Linux发行版简介

• 严格来讲，Linux这个词本身只表示Linux内核，但实际上人们已经习惯了用Linux来形容整个基于Linux内核的操作系统。

• Linux 的发行版简单说就是将 Linux 内核与应用软件做一个打包。知名的发行版有：Ubuntu、RedHat、CentOS、Debian、Fedora、SuSE、OpenSUSE、Arch Linux

• Linux发行版主要有Debian与Redhat两大系列

	Debian	Redhat
发行版代表	Debian,Ubuntu,Linux Mint	Redhat,CentOS,Fedora
软件包管理方式	dpkg（管理本地的软件包，无法处理依赖关系）、 apt（联网下载软件包，自动处理依赖关系）	rpm（管理本地的软件包，无法处理依赖关系）、 yum（联网下载软件包，自动处理依赖关系）
安装包格式	deb	rpm

学习Linux的必备硬件知识

关键硬件器件——CPU

CPU是计算机的运算核心和控制核心，部分CPU内置核芯显卡

• x86架构：Intel、AMD、海光、兆芯等芯片
• ARM架构：飞腾、鲲鹏等

查看CPU的信息

• lscpu
• 
• cat /proc/cpuinfo
• 

关键硬件器件——存储

类型

• 固态硬盘（SSD）：读写速度快，价格较高
• 机械硬盘（HDD）：读写速度慢，价格便宜，容量大
• EMMC：多用于低端嵌入式设备，容量较小，云终端的EMMC有4GB、8GB、32GB几种规格

查看存储设备信息的命令

• fdisk
• 
• blkid
• 
• smartctl
• parted
• lsblk
• 

关键硬件器件——内存

目前最新是DDR4技术，速率可达3.2GHz

分为板载和插槽两种接口

云桌面的瘦终端采用1-2GB内存，胖终端标配4G或8GB内存，服务器一般是16GB*N的内存

查看内存的命令

• free
• cat /proc/meminfo

其他一些查看硬件信息的命令

查看PCI设备信息：lspci
查看USB设备信息: lsusb
查看网卡信息：ifconfig、ethtool、ip

Linux开机过程（以Ubuntu16.04为例）

• 命令行中输入systemd-analyze plot > boot.svg，用浏览器查看boot.svg
• 
• 从上图可看出开机过程包含了BIOS（firmware）、boot loader、kernel、systemd这4个阶段，再加上启动应用软件，共5个阶段
• 
• 虚拟中运行的Ubuntu则没有BIOS（firmware）和boot loader这两个阶段。

阶段1：BIOS

BIOS是（Basic Input Output System），是一组固化到计算机内主板上一个ROM芯片上的程序。它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、系统设置信息、开机后自检程序和系统自启动程序。 其主要功能是为计算机提供最底层的、最直接的硬件设置和控制。X86架构才有BIOS，ARM架构没有BIOS

DMI

• DMI (Desktop Management Interface)是帮助收集电脑系统信息的管理系统。通过DMI可以在Linux中查询到包括CPU、内存、I/O扩展槽等在内的系统配置信息。DMI通常将上述信息存储在BIOS中一个4KB大小的DMI数据区中

• 云终端的产品ID、产品型号、硬件版本、SN都存储在DMI中，可通过dmidecode命令查看。

BIOS与boot loader

• MBR与GPT
  MBR：Master Boot Record，主引导扇区，它在硬盘上的三维地址为**（柱面，磁头，扇区）＝（0，0，1）**。MBR中存放着boot loader（446字节）、分区表（64字节）和硬盘有效标志（55AA） 。MBR最多只能支持4个主分区，无法支持超过2T的硬盘。
  GPT： GUID Partition Table ，是一个实体硬盘的分区结构。最多支持 128 个分区，允许大于 2 TB 的卷容量

Legacy BIOS 与UEFI BIOS

Legacy BIOS：传统BIOS。Legecy BIOS从MBR中寻找boot loader。目前云桌面的服务器大多还是用Legacy BIOS。

UEFI BIOS：只支持64位系统且磁盘分区必须为GPT模式，可引导大于2T的硬盘，更快的启动速度。 UEFI BIOS会自动搜索硬盘根目录的EFI目录，而boot loader就在EFI文件夹中。目前云终端都采用UEFI BIOS。

**总结：**BIOS从硬盘的特定位置寻找boot loader

阶段2：boot Loader

主要功能

• 提供选择菜单，让使用者选择不同的开机项
• 加载内核，启动操作系统
• 将开机管理功能转交其他boot loader负责

常见的boot loader有GRUB(GRand Unified Bootloader )、uboot、LILO，云桌面的终端和服务器都使用GRUB

为什么平时一般见不到BootLoader的界面？因为超时时间被设为0了，直接从默认的启动项启动

• 修改终端的grub超时时间：vim.tiny /boot/grub/custom.cfg，将第一行的set timeout=0改为set timeout=3

• 查看grub.cfg：vi /boot/grub/grub.cfg

修改grub配置以及grub配置文件的各种设置选项：

https://help.ubuntu.com/community/Grub2/Setup

https://www.jianshu.com/p/a24d51276a82

https://blog.csdn.net/mr_zing/article/details/41055617

https://blog.csdn.net/dc_show/article/details/47396649

https://blog.csdn.net/shana_8/article/details/81455657

gurb.cfg

grub.cfg中，会用到/boot/vmlinuz和/boot/initrd.img两个文件

vmlinuz是可引导的、压缩的内核。“vm”代表 “Virtual Memory”，z代表用gzip压缩
initrd.img是个RAM Disk（通过软件将一部分RAM模拟为硬盘的技术）的映像文件，里面包含了linux启动时需要的目录、可执行文件、内核驱动模块等。

阶段3：kernel

当前流行的Linux版本一般都采用模块化的内核，这种方式可以在不重新编译构建内核的情形下增加功能模块（ko）。但考虑一种场景，如果磁盘是EMMC的，但相应驱动没有编译进kernel，kernel就无法访问磁盘了，更谈不上加载ko了。这时候就需要用到RAM Disk技术了。

1. boot loader载入kernel和initrd.img到内存中

2. kernel启动后自解压，将initrd.img的内容挂载为init根文件系统

3. kernel从init根文件系统中加载所需功能模块

4. kernel会根据grub.cfg中“root=XXX”部分所指定的内容创建一个根设备，然后将根文件系统以只读的方式挂载，并切换到真正的根文件系统上

5. 调用systemd程序，进入系统初始化阶段。

​ 详细流程可以参考man initrd

Bootloader引导内核后，进入第三个阶段：内核。这边并不打算介绍内核的函数调用流程，因为目前我自己在工作中还没遇到需要解决的问题。今天想要介绍的是内核阶段可能存在两个根文件系统。

阶段4：systemd

systemd 是 Linux 系统中最新的初始化系统，它主要的设计目标是克服 sysv init 固有的缺点，提高系统的启动速度。

在硬件驱动成功后，kernel 会主动呼叫 systemd 。从右图可以看出，graphical.target、multi-user.tartget、basic.target、sysinit.target存在依次依赖的关系，systemd按照依赖关系并发启动target包含的服务后，完成图形界面的启动

rc-local.service会执行/etc/rc.local，自研脚本可以从/etc/rc.local中进行启动

阶段5：应用软件

使用pstree可以查看进程树。可以看到systemd的PID为1，所有应用软件都是从systemd派生出来的

学习完linux开机的5个阶段，请大家思考下，我们学习这部分知识的目的是什么，能解决什么问题？

1 开机速度的优化

2 定位BUG在哪个阶段发生

3 调试，例如grub选择内核，编辑启动参数

4 功能开发，例如自研脚本的加入，systemd服务的编写