linux UEFI启动显示NBP downloaded sucessfully

转载

mob64ca14010a69 2024-12-20 13:54:45

文章标签 linux 内核启动加载 sed 配置文件 文章分类 架构后端开发

一介绍

linux启动过程涉及很多阶段，如固件初始化，引导程序执行，内核镜像加载和启动，各种守护进程和脚本的运行。每一步都有不同的不同的方法。

开机后，会执行主板上固件（firmware）里的程序，它会枚举硬件并正确的初始化，然后从配置的启动设备中加载引导程序。

固件分为两种：BIOS和UEFI。BIOS会从MBR中读取程序（引导程序）并运行在实地址模式。
而UEFI更为强大，几乎可以完成内核的工作。使用特定的EFI分区，避免了MBR512KB的限制。可以直接装入内核并运行，但一般EFi中储存引导程序。但UEFI也会兼容BIOS。UEFI与GPT分区表的组合很常见。

引导程序很多种，如LILO、GRUB2、SYSLINUX、Loadlin等等，但在linux中GRUB2最为常用。GRUB2能够识别一些文件系统，因此能够找到内核并加载。它会先加载自己的配置文件，然后列出启动菜单项供用户选择系统启动。之后加载内核。GRUB2功能很强大，可以链式加载（chain-loading）其他引导程序。

GRUB2功能多，MBR并不能装下，GRUB2会想尽办法在其他地方存入GRUB2代码（如MBR与第一个分区之间），而MBR中只加载这些代码。非MBR的情况下，策略也不同。
在启动菜单项中，我们可以进入GRUB2中修改内核启动参数，如果内核不能识别参数，就将参数传给第一个用户进程：init进程。

内核被加载进来后先解压，然后内核会处理所有的操作系统任务，如内存管理、任务调度、I/O、进程通信和其他系统控制任务，之后挂载根目录。一旦内核全面运转，就会执行第一用户进程init。

一般内核会挂载内存中的initrd，作为临时根目录，引导程序在加载内核的同时也会加载initrd。initrd中存有一些驱动模块，如访问文件系统的驱动，然后通过这些驱动挂载真正的根目录（只读）。通过将内核部分模块分离到initrd中，能够有效减小内核的大小。

init是所有进程的父进程，由内核执行，负责所有进程的启动和关闭。init在linux有很多种实现，如SysV、systemd、upstart。sysv是很老的方法，目前systemd已成为主流，同时也兼容sysv。尽管有了内核后，但没有用户进程，不能进行太多的操作，因此init进程需要启动大量的程序，让系统达到可能的地步。所有的linux发行版的区别就在于此。可以将系统启动到援救模式、单人默认、多用户模式、图形模式，因此出现了运行级别（sysv中）、target（systemd中）的概念，这些模式的区别在于运行着不同的程序。

二 systemd

2.1 介绍

内核启动后，systemd主要用于启动各种服务、守护进程、挂载其他目录等任务，达到用户可用的状态。systemd对所有的任务提供了一个抽象的概念：unit。一共有12中类型的unit，unit之间有依赖关系，也即启动一个unit的同时会造成其他unit同时启动，这些通过依赖联系的unit位于同一个事务中。systemd会维护事务，通过去掉不必要的jobs（也即进程）解决它们的依赖冲突，然后启动事务中全部进程，事务结束。

所有的unit类型如下：

Service units, which start and control daemons and the processes they consist of.
Socket units, which encapsulate local IPC or network sockets in the system, useful for socket-based activation.
Target units are useful to group units, or provide well-known synchronization points
Device units expose kernel devices in systemd and may be used to implement device-based activation.
Mount units control mount points in the file system
Automount units provide automount capabilities, for on-demand mounting of file systems as well as parallelized boot-up.
Snapshot units can be used to temporarily save the state of the set of systemd units,which later may be restored by activating the saved snapshot unit.
Timer units are useful for triggering activation of other units based on timers.
Swap units are very similar to mount units and encapsulate memory swap partitions or files of the operating system.
Path units may be used to activate other services when file system objects change or are
modified.
Slice units may be used to group units which manage system processes (such as service and scope units) in a hierarchical tree for resource management purposes.
Scope units are similar to service units, but manage foreign processes instead of
starting them as well.

其中，我们经常配置或使用的是service unit和target unit。内核启动后，systemd会启动default.target，它一般是一个指向multi-user.target或graphical.targer的符号链接，即启动程序到出现命令行或图形界面的地步。

2.2 配置

unit一般的状态：active、inactive、中间态(activing,deactivating)，fail。unit通过配置文件来配置，配置文件放置的目录如下（同名文件，前面的优先级高）：

/etc/systemd/system
/run/systemd/system
/usr/lib/systemd/system

配置文件语法很简单，所有的unit都通用的选项被配置在[Unit]或[Install] section中，其他的选项特定于对应类型unit的section中。还有一些选项适用于service、socket、mount、swap，请查看systemd.exec、systemd.swap的手册。

空行，以#和;开始的行会被忽略。

2.2.1 [Unit]

[Unit] section中含有所有unit都通用的选项，下面列出常用的：

Description：一段描述unit的字符串。
Requires：配置该unit的依赖，多个依赖空格分隔。该unit被启动时，依赖也会被同时启动，加入到事务中；如果依赖结束或启动失败，该unit也会结束，事务失败。
Wants：配置该unit的依赖，多个依赖空格分隔。是Requires的弱化版，如果依赖启动失败，则依赖不会被加入事务。
Conflicts：配置与该unit冲突的依赖，空格分隔。假设运行着的A unit有对B unit的冲突依赖，则B被阻止运行。如果A与B在一个事务中同时运行，则systemd会考虑是否可以修复它。
Before，After：配置该unit的顺序依赖。一般unit会与它的Requires依赖同时运行，与Before，After一起使用后，会造成该unit先或后于依赖执行。如果顺序依赖于该unit不处于同一事务，则无任何影响。

关机时，unit之间结束的顺序相反

2.2.2 [Install]

[Install] section的选项并不会被systemd解析，而是被systemctl的enable或disable命令使用的：

WantedBy，RequiredBy：空格分隔的unit列表。使用了systemctl enable命令后，会在列表依赖的unit_name.wants/或unit_name.requireds/目录下建立该unit的符号链接。使用disable命令则删除符号链接。

unit对应的wants、requires目录隐式称为该unit的Wants或Requires依赖。这样的好处是不用修改其他的配置文件，就能成为其他unit的依赖。

2.2.3 [Service]

[Service] section的选项仅适用于service类型的unit配置文件，注意文件以.service结尾。默认隐含有对于basic.target的Requires和After依赖，和对shutdown.target的Conflicts和Before依赖。保证service在基本系统初始化后运行，系统关闭之前结束。

Type：服务进程启动类型，可选值simple、forking、oneshot、dbus、notify、idle。

simple：无Type和BusName，仅有ExecStart情况下的默认类型。systemd认为ExecStart上运行的进程为主进程，一旦启动就会执行接下来的units。
forking：如果ExecStart配置的进程可以自己成为守护进程（即后台运行且脱离控制终端，则通过fork子进程实现，父进程结束），则适合forking。一旦父进程结束，systemd会启动其他的units。但是如果子进程多于1个，systemd并不知道哪个子进程是主进程，因此需要PIDFile选项指定进程自己提供pid文件（含有进程号）位置。
oneshot：与simple类似，但systemd期待在开启其他unit前结束，Type和ExceStart都不存在的默认类型。适合于RemainAfterExit一起使用。
…：请看man手册

总之，进程在shell中运行不返回提示符的使用simple；进程在shell中运行，会自动后台运行且返回提示符的（能自己守护进程话），用forking；进程在shell中运行并返回提示符，此时进程也结束了，使用oneshot。

PIDFile：指定守护进程的pid文件的绝对路径，适合与forking搭配使用。服务结束后，systemd会删除该文件。
ExecStart：服务启动时执行的命令。

注意，命令不是通过shell执行的，而是systemd执行的，注意语法。下同

ExecStop：停止服务所执行的命令。如果没有设置，systemd会发送对应的信号结束服务。
ExecReload：服务需要重新加载时所执行的命令。如果没有设置，systemd会发送HUP信号重启服务。
User，Group：设置进程用户或组，默认root。systemd.exec中的内容

2.2.4 其他

target类型的配置文件没有多余的选项，因为它仅仅只是作为一个同步点而存在的。比如假设systemd默认启动graphical.target，则最终系统会将所有图形界面环境运行起来，相关的依赖大多会在其他unit文件中的[Install]中配置。

#  This file is part of systemd.
#
#  systemd is free software; you can redistribute it and/or modify it
#  under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
#  the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
#  (at your option) any later version.

[Unit]
Description=Graphical Interface
Documentation=man:systemd.special(7)
Requires=multi-user.target
Wants=display-manager.service
Conflicts=rescue.service rescue.target
After=multi-user.target rescue.service rescue.target display-manager.service
AllowIsolate=yes

其他的请查看man手册。具体例子请看man systemd.service下最后一节内容。

2.2.5 systemd参数

systemd也是有参数的，不过systemd是内核执行的，因此可以在GRUB2的开始菜单中修改内核参数达到设置systemd启动参数的目的，因此内核不认识的参数会传给init进程。部分参数如下：

systemd.unit=：设置启动的unit，默认default.target。
…：没了？？。。是的，你没看错。

2.3 systemctl

用于控制systemd系统和服务的管理器。命令如下：

list-units：列出所有已知的units。
start：启动unit
stop：停止unit
restart:重启unit。
status：查看unit状态
enable：根据[Install]创建对应的符号链接
disable:将符号链接删除。
isolate：停止所有进程，启动指定的unit。如果unit名字没有后缀，默认target。类似于sysv的切换运行级别。
get-default：获得自启时默认的default target，即返回default.target指向的unit名。
set-default：设置自启时默认的default target，即修改符号链接default.target。

2.4 关机

关机命令很多，但实现原理一致，通过init进程关机，init进程阻止其他非root用户登陆，然后在systemd中会启动shutdown unit，它会关闭所有程序，最后通知内核结束自己。

shutdown用于停止、关机、重启主机，还可定时、发送警告给所有用户。
shutdown [OPTIONS...] [TIME] [WALL...] 时间形式可以hh:mm，指定小时分钟；可为+m，指定m分钟后关机；now，立即关机，相当于+0；无，则使用+1。
-H:停止cpu。类似命令halt
-P:关闭主机。类似命令poweroff
-r:重启主机。类似命令reboot
-c:取消定时的关机。