适用范围 SUSE Linux Enterprise Server 15

10 引导过程简介 #

引导 Linux 系统涉及不同组件和任务。BIOS 或 UEFI 会初始化硬件本身，并通过引导加载程序启动内核。在此之后，引导进程完全由操作系统控制，并由 systemd 处理。systemd 会提供一组“目标”，用于引导与日常使用、维护或紧急情况相关的设置。

10.1 Linux 引导进程 #

Linux 引导进程包括多个阶段，每个阶段由一个不同组件来代表。下面的列表简要总结了引导过程并介绍了所涉及的所有主要组件：

BIOS/UEFI. 在打开计算机之后，BIOS 或 UEFI 将初始化屏幕和键盘并测试主内存。直到这一阶段，计算机不访问任何大容量储存媒体。随后，将从 CMOS 值装载有关当前日期、时间和最重要的外设的信息。当识别出第一块硬盘及其几何属性之后，系统控制将从 BIOS 传递到引导加载程序。如果 BIOS 支持网络引导，则也可以配置提供引导加载程序的引导服务器。在 AMD64/Intel 64 系统上需要进行 PXE 引导。其他体系结构通常使用 BOOTP 协议获得引导加载程序。有关 UEFI 的详细信息，请参见第 11 章 “UEFI（统一可扩展固件接口）”。
引导加载程序. 第一块硬盘的前 512 个字节的物理数据扇区将被装载到主储存器中，位于此扇区开始位置的引导加载程序将接管系统控制。引导加载程序执行的命令决定了引导进程剩余的部分。因此，第一块硬盘的前 512 个字节称为主引导记录 (MBR)。引导加载程序随后将控制传递到实际的操作系统（在本例中即 Linux 内核）。有关 Linux 引导加载程序 GRUB 2 的详细信息，请参见第 12 章 “引导加载程序 GRUB 2”。对于网络引导，BIOS 充当了引导加载程序。它会从引导服务器获取引导映像，然后启动系统。这完全不依赖本地硬盘。
如果根文件系统无法从引导环境中装入，则必须先对其进行检查和修复，才能继续引导。如果文件系统为 Ext3 和 Ext4，文件系统检查程序将会自动启动。如果是 XFS 和 Btrfs 文件系统，则不会自动开始修复过程，而是向用户显示有关可用于修复文件系统的选项的信息。成功修复文件系统后，退出引导环境将会使系统重试装入根文件系统。如果装入成功，将正常继续引导。
内核和 initramfs. 为了转交系统控制权，引导加载程序会将内核和基于 RAM 的初始文件系统 (initramfs) 两者都装载到内存中。内核可以直接使用 initramfs 的内容。initramfs 包含一个小的可执行文件 init，它可以处理真实根文件系统的装入。如果需要特殊硬盘驱动程序才能访问大容量储存，则这些程序必须在 initramfs 中。有关 initramfs 的详细信息，请参见第 10.2 节 “initramfs”。如果系统没有本地硬盘，则 initramfs 必须为内核提供根文件系统。这可以使用网络块设备（如 iSCSI 或 SAN）进行，但也可以使用 NFS 作为根设备。
注意：init 进程命名
有两个不同的程序通常命名为“init”：
1. 用于装入根文件系统的 initramfs 进程
2. 用于设置系统的操作系统进程
在本章中，我们将它们分别称为“initramfs 上的 init”和“systemd”。
initramfs 中的 init. 此程序执行装入正确根文件系统所需的全部操作。它为所需的文件系统提供内核功能，并为使用 udev 的大量储存控制器提供设备驱动程序。找到 root 文件系统后，对其进行错误检查并装入。如果装入成功，系统会清理 initramfs 并执行根文件系统上的 systemd 守护程序。有关 initramfs 上的 init 的更多信息，请参见第 10.3 节 “initramfs 中的 init”。有关 udev 的详细信息，请参见第 22 章 “使用 udev 进行动态内核设备管理”。
systemd. systemd 通过启动服务并装入文件系统来处理实际的系统引导。第 13 章 “systemd 守护程序”中介绍了 systemd。

`10.2 initramfs #`

initramfs 是一个小型 cpio 存档，可由内核装载到 RAM 磁盘中。它提供了一个最小的 Linux 环境，可在装入实际 root 文件系统之前执行程序。这个最小的 Linux 环境由 BIOS 或 UEFI 例程载入内存，而且除了需要足够的内存外没有特定的硬件要求。initramfs 存档必须始终提供一个名为 init 的可执行文件，该文件执行根文件系统上的 systemd 守护程序，使引导进程得以继续。

在能够装入 root 文件系统并启动操作系统之前，内核需要相应的驱动程序来访问 root 文件系统所在的设备。这些驱动程序可能包括用于特定类型硬盘的特殊驱动程序，甚至还可能包括访问网络文件系统所需的网络驱动程序。root 文件系统所需的模块可以由 initramfs 上的 init 来装载。装载模块后，udev 将为 initramfs 提供所需的设备。在引导过程的后面，更改 root 文件系统之后需要重新生成设备。将 systemd 单元 udev.service 与 udevtrigger 命令结合使用可以实现此目的。

如果需要更换硬件（例如硬盘），并且引导时此硬件需要内核中的不同驱动程序，则您必须更新 initramfs 文件。通过调用 dracut -f（选项 -f 会覆盖现有 initramfs 文件）执行此操作。要添加适用于新硬件的驱动程序，请编辑 /etc/dracut.conf.d/01-dist.conf，添加下面一行。如果该文件不存在，请予以创建。

force_drivers+="DRIVER1"

用驱动程序的模块名称替换 DRIVER1。如果您需要添加多个驱动程序，请将其全部列出并以空格分隔 (DRIVER1 DRIVER2)。

重要：更新 initramfs 或 init

    引导加载程序装载 initramfs 或 init 的方式与内核相同。更新 initramfs 或 init 后无需重新安装 GRUB 2，因为 GRUB 2 会在引导时从该目录中搜索正确的文件。

提示：更改内核变量

    如果您在 sysctl 界面中通过编辑相关文件（/etc/sysctl.conf 或 /etc/sysctl.d/*.conf）更改了内核变量的值，系统下次重引导时，这项更改将会丢失。即使您在运行时使用 sysctl --system 装载这些值，更改也不会保存到 initramfs 文件中。您需要调用 dracut
     -f（选项 -f 会重写现有 initramfs 文件）来更新该文件。

`10.3 initramfs 中的 init #`

initramfs 上的 init 的主要用途是准备真实 root 文件系统的装入和访问。根据您的系统配置的不同，initramfs 上的 init 负责以下任务。

装载内核模块

根据硬件配置的不同，可能需要一些特殊的驱动程序来访问计算机的硬件组件（最重要的组件是硬盘）。要访问最终的 root 文件系统，内核需要装载适当的文件系统驱动程序。

提供块特殊文件

内核对每个装载的模块生成设备事件。udev 会处理这些事件并在 RAM 文件系统的 /dev 中生成所需的特殊块文件。没有这些特殊文件，文件系统和其他设备将不可访问。

管理 RAID 和 LVM 设置

如果将系统配置为在 RAID 或 LVM 下保存根文件文件系统，则 initramfs 上的 init 将设置 LVM 或 RAID 以支持以后对根文件系统的访问。

要在不使用 YaST 的情况下直接更改 /usr 或 swap 分区，则需要执行另外的操作。如未执行这些步骤，您的系统将会以紧急模式启动。为避免以紧急模式启动系统，请执行以下步骤：

过程 10.1︰在切换到逻辑卷时更新 Init RAM 磁盘 #

编辑 /etc/fstab 中的相应项，并将先前的分区替换为逻辑卷。
执行以下命令：
```
root # mount -a
root # swapon -a
```
使用 mkinitrd 或 dracut 重新生成初始 RAM 磁盘 (initramfs)。
如果是 IBM Z，另外还需运行 grub2-install。

有关 RAID 和 LVM 的详细信息，请参见第 10 章 “专家分区程序”。

管理网络配置

如果将系统配置为使用通过网络装入的根文件系统（通过 NFS 装入），则 initramfs 上的 init 必须确保装载了正确的网络驱动程序，并确保将其设置为支持访问根文件系统。

如果文件系统驻留在一个联网的块设备（如 iSCSI 或 SAN）上，则与储存服务器的连接也由 initramfs 上的 init 设置。SUSE Linux Enterprise Server 支持在主要目标不可用的情况下从次要 iSCSI 目标引导。有关 iSCSI 引导目标配置的更多细节，请参见第 14.3.1 节 “使用 YaST 执行 iSCSI 发起端配置”。

如果在安装过程的初始引导阶段调用 initramfs 上的 init，它要执行的任务将与上述任务不同：

查找安装媒体: 当您启动安装进程时，计算机会装载一个安装内核以及一个包含 YaST 安装程序的特殊 init。YaST 安装程序正在 RAM 文件系统中运行，它需要知道安装媒体的位置，才能访问安装媒体以安装操作系统。
启动硬件识别并装载适当的内核模块: 如第 10.2 节 “initramfs” 中所述，引导进程从可用于大多数硬件配置的一组最小的驱动程序开始。init 将启动初始硬件扫描进程，以确定适合您的硬件配置的一组驱动程序。这些驱动程序用于生成引导系统所需的自定义 initramfs。如果引导时不需要这些模块，但冷插拔时需要，您可以使用 systemd 装载这些模块。有关详细信息，请参见第 13.6.4 节 “装载内核模块”。
装载安装系统: 系统在正确识别硬件后会装载相应的驱动程序。udev 程序会建立特殊的设备文件，init 将使用 YaST 安装程序启动安装系统。
启动 YaST: 最后，init 将启动 YaST，由后者启动包安装和系统配置。