第 3 章 系統初始化

BIOS 是啓動過程的第一階段，在上電事件後開始。CPU 的程序計數器在上電事件後被初始化爲一個特定的內存地址，駐留在只讀存儲器（ROM）中的 BIOS 就是從這個特定的內存地址開始執行。

BIOS 執行硬件的基本初始化（POST: 上電自檢）並將系統控制權交給你指定的下一步驟。BIOS 通常和硬件一同提供。

BIOS 啓動屏幕通常指示了進入 BIOS 配置界面所需的按鍵。流行的按鍵是 F1、F2、F10、Esc、Ins 和 Del 鍵。假如你的啓動屏幕被一個漂亮的圖形界面隱藏，你可以按下某些按鍵（比如 ESC）取消隱藏。這些按鍵高度依賴於硬件。

硬件位置和 BIOS 啓動的代碼的優先級可以在 BIOS 配置界面中選擇。通常，在已選擇的設備（硬盤、軟件、CD-ROM……）中，最先找到的設備的最開始的幾個扇區將被加載到內存，並執行其中的初始化代碼。初始化代碼可以是以下任意一種。

通常，系統從主硬件的特定分區中引導。傳統 PC 硬盤的最開始兩個扇區中包含了主引導記錄（MBR）。在 MBR 的末尾記錄了磁盤分區信息及引導選擇。BIOS 中執行的首段引導加載代碼佔據了 MBR 的其餘部分。

引導加載程序是啓動過程的第二階段，由 BIOS 啓動。引導加載程序將系統內核映像和 initrd 映像加載到內存並將控制權交給它們。initrd 映像是根文件系統映像，其支持程度依賴於所使用的引導加載程序。

Debian 系統通常使用 Linux 核心作為其預設的系統核心。當前 2.6/3.x 版本 Linux 核心的 initrd 映象從技術上說是 initramfs（初始化 RAM 檔案系統）映象。基本的 initrd 映象是 root 檔案系統中各個檔案使用 cpio 壓縮得到的。 核心可以在啟動流程中非常早的階段，在載入基本的 initrd 映象之前即更新微碼。 以未壓縮 cpio 格式儲存微碼二進位制檔案的 initrd 映象和基本 initrd 映象兩部分可以聯合組成一個 initrd 映象，從而幫助實現上述功能。

Debian 系統默認將 PC 平臺的 GRUB 引導加載程序的第一階段代碼安裝在 MBR 中。可用的引導加載程序和配置選項如下。

	警告
	假如沒有從 grub-rescue-pc 軟體包中的映像製作出來的可引導修復盤（隨身碟、CD 或軟盤），請勿玩弄引導載入程式。即使硬碟上沒有可正常工作的引導載入程式，可引導修復盤也能引導你的系統。

傳統 GRUB 的菜單配置文件位於 /boot/grub/menu.lst。例如，文件中有如下的配置條目。

title           Debian GNU/Linux
root            (hd0,2)
kernel          /vmlinuz root=/dev/hda3 ro
initrd          /initrd.img

GRUB 第 2 版的菜單配置文件位於 /boot/grub/grub.cfg。此文件由 /usr/sbin/update-grub 根據 "/etc/grub.d/*" 中的模板及 "/etc/default/grub" 中的設置自動生成。例如，文件中有如下的配置條目。

menuentry "Debian GNU/Linux" {
        set root=(hd0,3)
        linux /vmlinuz root=/dev/hda3
        initrd /initrd.img
}

這些示例中，GRUB 參數的含義如下。

	注意
	傳統 GRUB 使用的分區號爲 Linux 內核及各種實用工具使用的分區號減 1。GRUB 第 2 版修復了這個問題。

	提示
	在標識一個塊設備時，可能需要使用 UUID（參見第 9.5.3 节 “使用 UUID 訪問分割槽”）而不是類似 "/dev/hda3" 這樣的文件名，例如 "root=UUID=81b289d5-4341-4003-9602-e254a17ac232 ro"。

	提示
	如果使用了 GRUB，內核的啓動參數可以在 /boot/grub/grub.cfg 裏面設置。在 Debian 系統裏，你不應該直接編輯 /boot/grub/grub.cfg。你可以通過編輯 /etc/default/grub 文件中 GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT 的值並運行 update-grub(8) 來更新 /boot/grub/grub.cfg。

	提示
	通過使用鏈式引導技術，你可以在一個引導裝載程序中啓動另一個引導裝載程序。

參見 “info grub” 及 grub-install(8)。

常規 Debian 系統是啓動流程的第四階段，由迷你 Debian 系統啓動。迷你 Debian 系統的內核在此環境下繼續運行。根文件系統將由內存切換到實際的硬盤文件系統上。

init 程序是系統執行的第一個程序（PID=1），它啓動其它各種程序以完成主引導流程。init 程序的默認路徑是 ”/sbin/init“，但可通過內核啓動參數修改，例如 ”init=/path/to/init_program"。

默認的 init 程序一直在變化中：

	提示
	有關啟動流程加速的最新資訊，請參見 Debian 維基：啟動流程加速詞條。

硬碟和網路檔案系統的掛載選項可以在 "/etc/fstab" 中設定，參見 fstab(5) 和 第 9.5.7 节 “通過掛載選項優化檔案系統”。

加密檔案系統的配置設定在“/etc/crypttab”中。參見 crypttab(5)

軟 RAID 的配置 mdadm(8) 設定在 "/etc/mdadm/mdadm.conf". 參見 mdadm.conf(5).

對於使用 systemd 的現代 Debian 桌面系統，網路介面通常由兩個服務進行初始化：lo 介面通常在“networking.service”處理，而其它介面則由“NetworkManager.service”處理。

參見 第 5 章 網絡設置 來獲取怎樣來配置它們的資訊。

在控制檯上顯示的核心錯誤資訊，能夠透過設定他們的閾值水平來配置。

# dmesg -n3

在 systemd 下, 核心和系統的資訊都透過日誌服務 systemd-journald.service (又名 journald)來記錄，放在"/var/log/journal"下的不變的二進位制資料，或放在"/run/log/journal/"下的變化的二進位制資料.這些二進位制日誌資料，可以透過 journalctl(1) 命令來訪問。

在 systemd 下,系統日誌工具 rsyslogd(8) 改變它的行為來讀取變化的二進位制資料(代替 systemd 之前的預設的"/dev/log") ，並能夠建立傳統的不變的 ASCII 系統日誌資料。

"/etc/default/rsyslog" 和 "/etc/rsyslog.conf" 能夠自定義系統訊息的日誌檔案和螢幕顯示。參見 rsyslogd(8) 和 rsyslog.conf(5)，也可以參見第 9.2.2 节 “日誌分析”。

systemd 不僅僅提供系統初始化，還提供通用的系統管理功能。比如說日誌記錄，登入管理，時間管理，網路管理等等。

systemd(1) 通過幾個命令來管理：

• systemctl(1) 命令控制 systemd 的系統和服務管理器（命令列）,

• systemsdm(1) 命令控制 systemd 的系統和服務管理器(圖形介面),

• journalctl(1) 命令查詢 systemd 日誌,

• loginctl(1) 命令控制 systemd 登入管理器，

• systemd-analyze(1) 分析系統啟動效能。

這裡有一個典型的 systemd 管理命令片段列表。確切含義，請閱讀相關 man 手冊頁。

這裡, 上面例子中的"$unit"，可以是一個單元名（字尾.service 和 .target 是可選的)，或者，在很多情況下，也可以是匹配的多個單元 (shell 式樣的全域性萬用字元"*", "?", "[]"，透過使用 fnmatch(3) ，來匹配目前在記憶體中的所有單元的基本名稱).

上面列子的系統狀態改變命令，通常是透過"sudo"來處理，用以獲得需要的系統管理許可權。

"systemctl status $unit|$PID|$device" 的輸出使用有顏色的點("●")來概述單元狀態，讓人看一眼就知道。

• 白色的 "●" 表示一個 "不活動"或"變為不活動中"的狀態。

• 紅色的 "●"表示“失敗”或者“錯誤”狀態。

• 綠色"●"表示“活動”、“重新載入中”或“啟用中”狀態。

使用預設安裝，透過 systemd 啟動的過程中，在 network.target 啟動後，很多網路服務 (參見 第 6 章 網路應用)作為後臺守護程序（daemon）啟動。 "sshd" 也不列外。讓我們修改為按需啟動"sshd" 作為一個定製化的例子。

首先，禁用系統安裝的服務單元。

 $ sudo systemctl stop sshd.service
 $ sudo systemctl mask sshd.service

傳統 Unix 服務的按需套接字啟用（on-demand socket activation）系統由 indetd 超級服務來提供。在 systemd 下, 相同功能能夠透過增加*.socket 和 *.service 單元配置檔案來啟用。

sshd.socket 用來定義一個監聽的套接字

[Unit]
Description=SSH Socket for Per-Connection Servers

[Socket]
ListenStream=22
Accept=yes

[Install]
WantedBy=sockets.target

sshd@.service 作為 sshd.socket 匹配的服務檔案

[Unit]
Description=SSH Per-Connection Server

[Service]
ExecStart=-/usr/sbin/sshd -i
StandardInput=socket

然後重新載入。

 $ sudo systemctl daemon-reload

通過 modprobe(8) 程式新增和刪除核心模組，使我們能夠從使用者程序來配置正在執行的 Linux 核心。udev 系統(參見 第 3.3 节 “udev 系統”)自動化它的呼叫來幫助核心模組初始化。

下面的非硬體模組和特殊的硬體驅動模組，需要被預先載入，把它們在"/etc/modules"檔案裡列出 (參見 modules(5)).

modprobe(8) 程式的配置檔案是按 modprobe.conf(5)的說明放在"/etc/modprobes.d/" 目錄下，(如果你想避免自動載入某些核心模組，考慮把它們作為黑名單放在"/etc/modprobes.d/blacklist" 檔案裡.)

"/lib/modules/<version>/modules.dep" 檔案由 depmod(8) 程式生成，它描述了 modprobe(8) 程式使用的模組依賴性.

modinfo(8) 程式顯示 Linux 核心模組資訊。

lsmod(8) 程式以好看的格式展示"/proc/modules"的內容,顯示當前核心載入了哪些模組。