11、Linux 系统引导与 Systemd 服务管理详解

一、Linux 系统引导过程

Linux 系统从加电到进入登录界面，需要经历一系列引导步骤。下面按阶段梳理完整的引导流程。

1. 加电开机自检

过程：系统开机后，通过 BIOS 对 CPU、内存、显卡、键盘等设备进行初步检测，检测成功后根据 BIOS 设置的启动顺序，系统会选择一个设备（硬盘、光驱、U盘等）进行引导。

总结：开机上电后 BIOS 执行硬件自检，确认设备无异常；再按启动顺序查找引导介质，加载找到的第一个可启动设备。

要点：按下电源，BIOS 对 CPU、内存、显卡等硬件进行检测；自检通过后，按照预设启动顺序查找可引导设备（硬盘 / U 盘）。

2. MBR 引导

过程：如果从硬盘启动，系统会从硬盘的第一个扇区加载 MBR（主引导记录），并通过 MBR 启动菜单（如 GRUB）选择操作系统启动。

总结：读取硬盘 MBR 引导程序，运行 GRUB 引导加载器，找到操作系统所在路径，完成系统启动。

要点：BIOS 选定硬盘启动后，读取硬盘第一个扇区的 MBR 主引导记录，加载 GRUB 引导程序。

3. GRUB 引导菜单

过程：GRUB 是 Linux 常用的多重操作系统引导程序。GRUB 会显示启动菜单，用户选择启动项后加载操作系统的内核文件，并将控制权交给内核。

总结：GRUB 引导程序读取 /boot/grub2/grub.cfg 配置文件，找到内核与系统镜像路径，加载启动操作系统并将控制权移交内核。

要点：GRUB 读取 /boot/grub2/grub.cfg 配置文件，展示启动菜单，定位内核路径，加载 Linux 内核与临时镜像，将控制权交给内核。

4. 加载 Linux 内核

过程：内核文件就是一个预编译的二进制文件，介于硬件和系统程序之间，负责管理硬件资源和系统进程。

总结：将内核文件和镜像文件加载到内存，内核接管硬件资源管理与进程调度。

要点：内核文件与系统镜像载入内存，内核接管硬件资源，管理硬件与进程，完成硬件底层初始化。

5. init 进程初始化

过程：内核加载后，会启动系统的初始化进程 /sbin/init（现代 Linux 为 systemd），该进程辅助进一步的系统初始化工作，如加载硬件驱动、启动系统服务，最终等待用户登录。

总结：内核启动 init（systemd）进程，完成系统的初始化，加载硬件驱动、启动系统服务，最后进入登录界面。

要点：内核启动 PID=1 的 systemd（原 init）进程，加载硬件驱动、启动系统服务，最后调出登录界面，等待用户登录。

6. 极简版流程

• 加电自检：BIOS 检车硬件，查找引导设备
• MBR 引导：读取硬盘首扇区，加载 GRUB
• GRUB 菜单：读取 grub.cfg，加载内核，移交控制权
• 内核加载：内核与镜像载入内存，接管硬件管理
• systemd 初始化：启动一号进程，加载驱动、开机服务，进入登录界面

7. 补充：sysvinit 与 systemd 对比

二、Systemd 系统服务管理器

1. Systemd 的优点

并行启动服务：与传统的 SysVinit 相比，Systemd 支持并行启动多个服务，从而加速系统启动过程。

按需启动服务：Systemd 可以按需启动服务，避免了启动不必要的服务，提高系统的效率。

总结：Systemd 改善了系统的启动速度和服务管理效率，解决了 SysVinit 启动慢和脚本复杂的问题。

2. 运行级别与 Systemd 目标（runlevel）

在 Linux 系统中，运行级别（runlevel）定义了系统的运行状态。Systemd 通过目标（target）来代替传统的运行级别。以下是常见的运行级别与对应 Systemd 目标：

• 0 停机：关机，不可设为默认级别
• 1 单用户模式：root 维护模式，本地登录，无网络，可重置 root 密码
• 2 多用户模式：支持多用户、网络，无 NFS 文件共享
• 3 完整多用户文本模式：有网络+NFS，纯命令行（服务器最常用）
• 4 预留未使用：自定义备用，一般不用
• 5 图形 GUI 模式：带 X-window 图形桌面
• 6 重启：不可设为默认级别

3. 设置与切换运行级别

systemctl 常用命令：

• 查看（开机）默认目标：systemctl get-default
• 设置默认目标（修改开机默认，重启后生效）：systemctl set-default multi-user.target（多用户文本模式，相当于 runlevel3）
• 切换到指定目标（立即生效，重启后失效）：systemctl isolate graphical.target（图形 GUI 模式，相当于 runlevel5）
• 查看当前正在运行的 target：systemctl list-units –type=target

4. 服务管理

• systemctl start httpd.service 立即启动 httpd 服务（立即生效，重启失效）
• systemctl enable httpd.service 设置开机自启，不会立即启动服务
• systemctl enable –now httpd.service 启动+自启动
• systemctl disable httpd.service 取消开机自启，不会立即停止服务
• systemctl is-enabled httpd.service 查询开机自启状态（不是当前运行状态）
• systemctl list-units –type=service 查看当前已经加载激活、正在运行的服务
• hostnamectl set-hostname newname 永久修改主机名
• systemctl status sshd 查看服务详细状态
• systemctl stop sshd 停止服务
• systemctl stop firewalld.service 临时关闭防火墙，重启后恢复
• systemctl start firewalld.service 启动防火墙
• systemctl restart firewalld.service 重启服务：先 stop 再 start，服务会中断
• systemctl reload firewalld.service 重载配置：不中断服务进程，加载新配置

三、扩展：chkconfig 与 systemctl 对比

chkconfig 是 CentOS6（sysvinit）用来管理服务在不同运行级别开机自启的命令，CentOS7+ 用 systemctl，只是保留兼容。

常用命令（chkconfig 只管【开机是否自启】，不控制当前正在运行的服务）：

• 查看服务状态：chkconfig –list httpd（查看）
• 添加服务到系统：chkconfig –add http（注册脚本）
• 设置服务在特定级别下启动：chkconfig –level 35 httpd on（指定级别）
• 启动 / 停止服务（CentOS6）：service httpd start / service httpd stop