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Linux 控制引导过程

本章内容旨在帮助您理解现代 Linux 的引导过程，设置默认的 systemd 目标，以及处理一些常见的引导问题，如恢复 root 密码和修复文件系统损坏。

1. Linux 引导过程 (较新版本)

  • CentOS/Redhat 7 及以上版本的引导顺序发生了变化。
  • systemd 是 CentOS/RHEL 7 中的新服务管理器，负责管理引导序列。
  • 它向后兼容旧版 RedHat Linux (包括 RHEL 6) 中使用的 SysV init 脚本。
  • 每一位系统管理员都需要理解操作系统的引导过程，以便能够有效地进行故障排查。

systemd 引导流程详解

  1. BIOS = 基本输入输出设置 (固件接口)

    • 执行 POST = 开机自检。

  2. MBR = 主引导记录

    • 信息保存在硬盘的第一个扇区，它指明了 GRUB2 的位置，以便将其加载到计算机内存 (RAM) 中。

  3. GRUB2 = Grand Unified Boot Loader v2

    • 加载 Linux 内核。
    • 配置文件: /boot/grub2/grub.cfg。

  4. Kernel = 操作系统核心

    • 从 initrd.img 加载所需的驱动程序。
    • 启动第一个操作系统进程 (systemd)。

  5. Systemd = 系统守护进程 (PID # 1)

    • 启动所有必需的进程。
    • 读取 /etc/systemd/system/default.target 文件，将系统带入指定的运行级别。
    • 总共有 7 个运行级别 (0 到 6)。

2. 如何重启/关机

  • 要从命令行关闭或重启系统，您可以使用 systemctl 命令。
  • systemctl poweroff = 停止所有正在运行的服务，卸载所有文件系统，然后关闭系统。
  • systemctl reboot = 停止所有正在运行的服务，卸载所有文件系统，然后重启系统。
  • 您也可以使用这些命令的缩短版，如 shutdown, poweroff 和 reboot，它们是指向 systemctl 对应功能的符号链接。

3. 选择 systemd 目标 (Target)

systemd 是决定操作系统需要进入哪个运行级别的第一个 Linux 进程。这些运行级别现在被称为“目标 (targets)”。

重要目标列表

目标 (Target) 描述
graphical.target 系统支持多用户、图形化及文本方式登录。
multi-user.target 系统支持多用户、仅支持文本方式登录。
rescue.target 完成基础系统初始化后，进入一个 sulogin 提示符。
emergency.target initramfs pivot 完成后，系统 root 被挂载为只读，并进入一个 sulogin 提示符。

管理和查看目标

  • 检查当前目标或运行级别
    1
    2
    systemctl get-default
    who -r
  • 目标的依赖关系
    一个目标可以是另一个目标的一部分。例如，graphical.target 包含了 multi-user.target，而后者又依赖于 basic.target 和其他目标。
    • 您可以使用以下命令查看这些依赖关系：
      1
      systemctl list-dependencies graphical.target | grep target
  • 显示新的运行级别/目标
    • 您可以通过以下命令显示新的运行级别/目标文件：
      1
      ls -al /lib/systemd/system/runlevel*
  • 设置默认目标
    1
    systemctl set-default graphical.target

4. 故障排查

场景一：恢复 root 密码

如果忘记了 root 密码，可以通过修改内核引导参数来重置。

  1. 重启计算机并在 GRUB2 引导菜单出现时按 e 键，进入编辑模式。
  2. 找到以 linux 或 linux16 开头的行。
  3. 在该行的末尾添加 rd.break。
  4. 按 Ctrl + x 启动系统，这将使您进入一个临时的 root shell。
  5. 以读写模式重新挂载根文件系统：
    1
    mount -o remount,rw /sysroot
  6. 切换到系统的真实根环境：
    1
    chroot /sysroot
  7. 使用 passwd 命令修改 root 密码。
  8. 如果系统启用了 SELinux，需要创建一个 .autorelabel 文件以在下次启动时重建 SELinux 标签：
    1
    touch /.autorelabel
  9. 输入 exit 两次或直接重启 (reboot -f)，系统将使用新密码重启。

场景二：修复文件系统损坏

当您在 /etc 配置文件中出错或磁盘级文件系统损坏时，都可能导致文件系统损坏。在这些情况下，systemd 将无法在预设的目标中启动系统，而是会将系统带入紧急模式。

常见问题与现象

问题 系统现象
文件系统损坏 systemd 会尝试自动修复。如果问题严重，系统会进入紧急 Shell。
/etc/fstab 中引用了不存在的设备或 UUID systemd 会等待一段时间。超时后，系统进入紧急 Shell。
/etc/fstab 中指定了不存在的挂载点 系统直接进入紧急 Shell。
/etc/fstab 中指定了错误的挂载选项 系统直接进入紧急 Shell。

修复步骤

  • 在任何情况下，管理员都可以使用紧急目标来诊断和修复问题，因为在显示紧急 shell 之前，没有文件系统被挂载。
  • 当使用紧急 shell 修复文件系统问题时，在编辑 /etc/fstab 后，不要忘记运行 systemctl daemon-reload。如果不执行此重新加载操作，systemd 可能会继续使用旧版本（的配置）。