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bootup - 系統啟動流程
描述
在系統啟動過程中要涉及多個不同的元件。 按下電源按鈕後，首先BIOS/UEFI做最基本的硬體自檢與初始化， 然後載入預設/手動選擇的磁碟/網路上的引導載入器(例如GRUB2)， 引導載入器進一步從磁碟/網路上載入作業系統核心(例如Linux)。 對於Linux來說，核心將會(可選的)解壓一個initrd(initial RAM disk)映象(可以用 dracut(8) 之類的工具生成)， 並執行由"rdinit="核心引導選項指定的init程式(例如 systemd(1)) 以尋找並掛載根檔案系統。 完成根檔案系統的掛載之後，核心啟動由"init="核心引導選項指定的init程式(例如 systemd(1)) 以接管系統的控制權。 該init程式將會負責檢測所有其他的硬體裝置、掛載必要的檔案系統、啟動所有必要的服務，等等。
關機時， init程式將會停止所有服務、 解除安裝所有檔案系統、 (可選的)返回initrd環境解除安裝根檔案系統， 最後關閉電源。
其他有關係統啟動流程的資訊可以參考 boot(7) 手冊。
常規啟動流程
當成功掛載了"root="核心引導選項指定的根檔案系統之後，核心將啟動由"init="核心引導選項指定的init程式， 從這個時間點開始，即進入了"常規啟動流程"： 檢測硬體裝置並載入驅動、掛載必要的檔案系統、啟動所有必要的服務，等等。對於 systemd(1) 系統來說，上述"init程式"就是 systemd 程序， 而整個"常規啟動流程"也以幾個特殊的 target 單元(詳見 systemd.target(5)) 作為節點，被劃分為幾個階段性步驟。 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。
當啟動系統時， systemd 將會以 default.target 為啟動目標， 藉助單元之間環環相扣的依賴關係，即可完成"常規啟動流程"。 default.target 通常只是一個指向 graphical.target(圖形介面) 或 multi-user.target(文字控制檯) 的軟連線。 為了強制啟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 以及各自在啟動流程中的位置。 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 (各個加密塊裝置
fsck services...) devices...) devices...) (各個底層服務: (各個底層虛擬
| | | udevd, tmpfiles, 檔案系統 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- (圖形介面所必需 (各個系統服務)
manager.service 的各個系統服務) |
| | |
| | v
| | multi-user.target
| | |
\_________________ | _________________/
\|/
v
graphical.target
用斜體標識的目標單元經常被用作啟動目標。 有兩種方法可以指定啟動目標： (1)使用 systemd.unit= 核心引導選項(參見 systemd(1))； (2)使用 default.target 軟連線。
因為 timers.target 以非同步方式包含在 basic.target 中， 所以 timer 單元可以依賴於在 basic.target 之後才啟動的服務。
INITRD(INITIAL RAM DISK) 啟動流程
在initrd內部， 也可以將 systemd 用作init程式(由"rdinit="核心引導選項指定)。
此時 initrd.target 將是預設目標。 initrd內部啟動流程的上半部分與前一小節 basic.target 之前的部分完全相同。 隨後的啟動流程將以 initrd.target 為目標(如下圖所示)。 當根檔案系統裝置可用時，將到達 initd-root-device.target 目標。 如果成功的將根檔案系統掛載到 /sysroot 目錄，那麼 sysroot.mount 單元將被啟動，然後進一步到達 initrd-root-fs.target 目標。 initrd-parse-etc.service 將會分析 /sysroot/etc/fstab 檔案以掛載 /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 命令啟動 initrd-switch-root.target 目標。 因為 isolate 表示立即停止所有在新的目標單元中不需要的程序， 所以此動作實際上是為接下來切換根目錄做預先的準備(也就是清理環境)。 最後，啟動 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 啟動 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
切換到主機上的作業系統
關機流程
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) (與所有檔案系統 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
用斜體標識的目標單元經常被用作關機目標。
參見
systemd(1), boot(7), systemd.special(7), systemd.target(5), dracut(8)
跋
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翻譯人員：金步國
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