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BOOTUP(7) bootup BOOTUP(7)

bootup - 系統啓動流程

在系統啓動過程中要涉及多個不同的組件。 按下電源按鈕後,首先BIOS/UEFI做最基本的硬件自檢與初始化, 然後加載預設/手動選擇的磁盤/網絡上的引導加載器(例如GRUB2), 引導加載器進一步從磁盤/網絡上加載操作系統內核(例如Linux)。 對於Linux來說,內核將會(可選的)解壓一個initrd(initial RAM disk)鏡像(可以用 dracut(8) 之類的工具生成), 並執行由"rdinit="內核引導選項指定的init程序(例如 systemd(1)) 以尋找並掛載根文件系統。 完成根文件系統的掛載之後,內核啓動由"init="內核引導選項指定的init程序(例如 systemd(1)) 以接管系統的控制權。 該init程序將會負責檢測所有其他的硬件設備、掛載必要的文件系統、啓動所有必要的服務,等等。

關機時, init程序將會停止所有服務、 卸載所有文件系統、 (可選的)返回initrd環境卸載根文件系統, 最後關閉電源。

其他有關係統啓動流程的信息可以參考 boot(7) 手冊。

當成功掛載了"root="內核引導選項指定的根文件系統之後,內核將啓動由"init="內核引導選項指定的init程序, 從這個時間點開始,即進入了"常規啓動流程": 檢測硬件設備並加載驅動、掛載必要的文件系統、啓動所有必要的服務,等等。對於 systemd(1) 系統來說,上述"init程序"就是 systemd 進程, 而整個"常規啓動流程"也以幾個特殊的 target 單元(詳見 systemd.target(5)) 作爲節點,被劃分爲幾個階段性步驟。 在每個階段性步驟內部,任務是高度並行的, 所以無法準確預測同一階段內單元的先後順序, 但是不同階段之間的先後順序總是固定的。

當啓動系統時, systemd 將會以 default.target 爲啓動目標, 藉助單元之間環環相扣的依賴關係,即可完成"常規啓動流程"。 default.target 通常只是一個指向 graphical.target(圖形界面) 或 multi-user.target(文本控制檯) 的軟連接。 爲了強制啓動流程的規範性以及提高單元的並行性, 預先定義了一些具有特定含義的 target 單元。詳見 systemd.special(7) 手冊。

下面的圖表解釋了 這些具有特定含義的 target 單元之間的依賴關係 以及各自在啓動流程中的位置。 圖中的箭頭表示了單元之間的依賴關係與先後順序, 整個圖表按照自上而下的時間順序執行。

local-fs-pre.target
         |
         v
 (各個 mounts 與       (各個 swap      (各個加密塊設備
 fsck services...)     devices...)        devices...)         (各個底層服務:      (各個底層虛擬
         |                  |                  |              udevd, tmpfiles,    文件系統 mounts:
         v                  v                  v              random seed,        mqueue, configfs,
  local-fs.target      swap.target     cryptsetup.target          sysctl, ...)      debugfs, ...)
         |                  |                  |                    |                    |
         \__________________|_________________ | ___________________|____________________/
                                              \|/
                                               v
                                        sysinit.target
                                               |
          ____________________________________/|\________________________________________
         /                  |                  |                    |                    \
         |                  |                  |                    |                    |
         v                  v                  |                    v                    v
      (各個               (各個                |                  (各個           rescue.service
    timers...)          paths...)              |               sockets...)               |
         |                  |                  |                    |                    v
         v                  v                  |                    v              rescue.target
   timers.target      paths.target             |             sockets.target
         .                  |                  |                    |
         .                  \_________________ | ___________________/
         .................................... \|/
                                               v
                                         basic.target
                                               |
          ____________________________________/|                                 emergency.service
         /                  |                  |                                         |
         |                  |                  |                                         v
         v                  v                  v                                 emergency.target
     display-        (圖形界面所必需    (各個系統服務)
 manager.service      的各個系統服務)          |
         |                  |                  |
         |                  |                  v
         |                  |           multi-user.target
         |                  |                  |
         \_________________ | _________________/
                           \|/
                            v
                  graphical.target

斜體標識的目標單元經常被用作啓動目標。 有兩種方法可以指定啓動目標: (1)使用 systemd.unit= 內核引導選項(參見 systemd(1)); (2)使用 default.target 軟連接。

因爲 timers.target 以異步方式包含在 basic.target 中, 所以 timer 單元可以依賴於在 basic.target 之後才啓動的服務。

在initrd內部, 也可以將 systemd 用作init程序(由"rdinit="內核引導選項指定)。

此時 initrd.target 將是默認目標。 initrd內部啓動流程的上半部分與前一小節 basic.target 之前的部分完全相同。 隨後的啓動流程將以 initrd.target 爲目標(如下圖所示)。 當根文件系統設備可用時,將到達 initd-root-device.target 目標。 如果成功的將根文件系統掛載到 /sysroot 目錄,那麼 sysroot.mount 單元將被啓動,然後進一步到達 initrd-root-fs.target 目標。 initrd-parse-etc.service 將會分析 /sysroot/etc/fstab 文件以掛載 /usr (若需要) 與帶有 x-initrd.mount 標記的掛載點。 所有這些掛載點都將被掛載到 /sysroot 之下,然後流程到達 initrd-fs.target 目標。再接下來 initrd-cleanup.service 將會使用 systemctl --no-block isolate 命令啓動 initrd-switch-root.target 目標。 因爲 isolate 表示立即停止所有在新的目標單元中不需要的進程, 所以此動作實際上是爲接下來切換根目錄做預先的準備(也就是清理環境)。 最後,啓動 initrd-switch-root.service 服務,將系統的根目錄切換至 /sysroot 目錄。

                                    (之前的流程與上一小節完全相同)
                                               :
                                               v
                                         basic.target
                                               |                                 emergency.service
                        ______________________/|                                         |
                       /                       |                                         v
                       |            initrd-root-device.target                    emergency.target
                       |                       |
                       |                       v
                       |                  sysroot.mount
                       |                       |
                       |                       v
                       |             initrd-root-fs.target
                       |                       |
                       |                       v
                       v            initrd-parse-etc.service
              (各個自定義的                    |
             initrd services...)               v
                       |            (sysroot-usr.mount 以及
                       |             fstab 中帶有 x-initrd.mount
                       |               標記的各個掛載點)
                       |                       |
                       |                       v
                       |                initrd-fs.target
                       \______________________ |
                                              \|
                                               v
                                          initrd.target
                                               |
                                               v
                                     initrd-cleanup.service
                          (使用 isolates 啓動 initrd-switch-root.target)
                                               |
                                               v
                        ______________________/|
                       /                       v
                       |        initrd-udevadm-cleanup-db.service
                       v                       |
              (各個自定義的                    |
             initrd services...)               |
                       \______________________ |
                                              \|
                                               v
                                   initrd-switch-root.target
                                               |
                                               v
                                   initrd-switch-root.service
                                               |
                                               v
                                     切換到主機上的操作系統

systemd 系統在關機時同樣遵循固定的流程, 具體如下圖所示:

     (與所有系統服務互斥)    (與所有文件系統 mounts, swaps, cryptsetup devices 互斥)
            |                                             |
            v                                             v
     shutdown.target                                 umount.target
            |                                             |
            \____________________________________   ______/
                                                 \ /
                                                  v
                                        (各個底層 services)
                                                  |
                                                  v
                                            final.target
                                                  |
            _____________________________________/ \_________________________________
           /                         |                        |                      \
           |                         |                        |                      |
           v                         v                        v                      v
systemd-reboot.service   systemd-poweroff.service   systemd-halt.service   systemd-kexec.service
           |                         |                        |                      |
           v                         v                        v                      v
    reboot.target             poweroff.target            halt.target           kexec.target

斜體標識的目標單元經常被用作關機目標。

systemd(1), boot(7), systemd.special(7), systemd.target(5), dracut(8)

本頁面中文版由中文 man 手冊頁計劃提供。

翻譯人員:金步國
金步國作品集:http://www.jinbuguo.com
中文 man 手冊頁計劃:https://github.com/man-pages-zh/manpages-zh

systemd 231