1.3 Linux的引导与登录
Linux安装完后，在机器中是如何引导的？它的启动过程有是如何？是否与其他的操作系统有不同之处呢？我们就介绍Linux如何启动，以及与之相关的进程，并简要介绍用户如何进行登录。
1.3.1 Linux的启动过程
当用户打开PC的电源，BIOS开机自检，按BIOS中设置的启动设备（通常是硬盘）启动，接着启动设备上安装的引导程序lilo或grub开始引导Linux，Linux首先进行内核的引导，接下来执行init程序，init程序调用了rc.sysinit和rc等程序，当rc.sysinit和rc完成系统初始化和运行服务的任务后，返回init；init启动了mingetty后，打开了终端供用户登录系统，用户登录成功后进入了Shell，这样就完成了从开机到登录的整个启动过程，如图1-3所示。
图1-3 Linux启动过程
1．内核的引导（核内引导）
Red Hat Enterprise Linux AS4可以使用lilo或grub等引导程序开始引导Linux系统，当引导程序成功完成引导任务后，Linux从它们手中接管了CPU的控制权，然后CPU就开始执行Linux的核心映像代码，开始了Linux启动过程。这里使用了几个汇编程序来引导Linux，这一步涉及到Linux源代码树中的“arch/i386/boot”下的这几个文件：bootsect.S、setup.S、video.S等。
其中bootsect.S是生成引导扇区的汇编源码，它完成加载动作后直接跳转到setup.S的程序入口。setup.S的主要功能就是将系统参数（包括内存、磁盘等，由BIOS返回）复制到特殊内存中，以便以后这些参数被保护模式下的代码来读取。此外，setup.S还将video.S中的代码包含进来，检测和设置显示器和显示模式。最后，setup.S将系统转换到保护模式，并跳转到0x100000。0x100000这个内存地址存放的是解压后的内核，因为Red Hat提供的内核包含了众多驱动和功能而显得比较大，所以在内核编译中使用了“makebzImage”方式，从而生成压缩过的内核，在RedHat中内核常常被命名为vmlinuz，在Linux的最初引导过程中，是通过“arch/i386/boot/compressed/”中的head.S利用misc.c中定义的decompress_kernel()函数，将内核vmlinuz解压到0x100000的。
当CPU跳到0x100000时，将执行“arch/i386/kernel/head.S”中的startup_32，它也是vmlinux的入口，然后跳转到start_kernel()中。start_kernel()是“init/main.c”中的定义的函数，start_kernel()中调用了一系列初始化函数，以完成kernel本身的设置。在start_kernel()函数中，做了大量的工作来建立基本的Linux核心环境。如果顺利执行完start_kernel()，则基本的Linux核心环境已经建立起来了。
在start_kernel()的最后，通过调用init()函数，系统创建第一个核心线程，启动了init过程。而核心线程init()主要是来进行一些外设初始化的工作的，包括调用do_basic_setup()完成外设及其驱动程序的加载和初始化，并完成文件系统初始化和root文件系统的安装。
当do_basic_setup()函数返回init()，init()又打开了/dev/console设备，重定向三个标准的输入输出文件stdin、stdout和stderr到控制台，最后，搜索文件系统中的init程序（或者由init=命令行参数指定的程序），并使用execve()系统调用加载执行init程序。到此init()函数结束，内核的引导部分也到此结束了。
2．运行init
init的进程号是1，从这一点就能看出，init进程是系统所有进程的起点，Linux在完成核内引导以后，就开始运行init程序。init程序需要读取配置文件/etc/inittab。inittab是一个不可执行的文本文件，它有若干行指令所组成。在Redhat系统中，inittab的内容如下所示（以“###”开始的中注释为笔者增加的）：
#
# inittab This file describes how the INIT process should set up
# the system in a certain run-level.
#
# Author: Miquel van Smoorenburg,
# Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes
#
# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:
# 0 - halt （Do NOT set initdefault to this）
# 1 - Single user mode
# 2 - Multiuser, without NFS （The same as 3, if you do not havenetworking）
# 3 - Full multiuser mode
# 4 – unused
# 5 - X11
# 6 - reboot （Do NOT set initdefault to this）
#
###表示当前默认运行级别为5（initdefault）；
id:5:initdefault:
###启动时自动执行/etc/rc.d/rc.sysinit脚本（sysinit）
# System initialization.
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
###当运行级别为5时，以5为参数运行/etc/rc.d/rc脚本，init将等待其返回（wait）
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6
###在启动过程中允许按CTRL-ALT-DELETE重启系统
# Trap CTRL-ALT-DELETE
ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now
# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few minutes
# of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.
# This does, of course, assume you have powerd installed and your
# UPS connected and working correctly.
pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 "Power Failure; System Shutting Down"
# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.
pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c "Power Restored; Shutdown Cancelled"
###在2、3、4、5级别上以ttyX为参数执行/sbin/mingetty程序，打开ttyX终端用于用户登录，
###如果进程退出则再次运行mingetty程序（respawn）
# Run gettys in standard runlevels
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
###在5级别上运行xdm程序，提供xdm图形方式登录界面，并在退出时重新执行（respawn）
# Run xdm in runlevel 5
x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon
以上面的inittab文件为例，来说明一下inittab的格式。其中以#开始的行是注释行，除了注释行之外，每一行都有以下格式：
id:runlevel:action:process
对上面各项的详细解释如下：
（1）id
id是指入口标识符，它是一个字符串，对于getty或mingetty等其他login程序项，要求id与tty的编号相同，否则getty程序将不能正常工作。
（2）runlevel
runlevel是init所处于的运行级别的标识，一般使用0~6及S或s。0、1、6运行级别被系统保留：其中0作为shutdown动作，1为重启至单用户模式，6为重启；S和s意义相同，表示单用户模式，且无需inittab文件，因此也不在inittab中出现，实际上，进入单用户模式时， init直接在控制台（/dev/console）上运行/sbin/sulogin。在一般的系统实现中，都使用了2、3、4、5几个级别，在RedHat系统中，2表示无NFS支持的多用户模式，3表示完全多用户模式（也是最常用的级别），4保留给用户自定义，5表示XDM图形登录方式。7~9级别也是可以使用的，传统的UNIX系统没有定义这几个级别。runlevel可以是并列的多个值，以匹配多个运行级别，对大多数action来说，仅当runlevel与当前运行级别匹配成功才会执行。
（3）action
action是描述其后的process的运行方式的。action可取的值包括：initdefault、sysinit、boot、bootwait等。
initdefault是一个特殊的action值，用于标识默认的启动级别；当init由核心激活以后，它将读取inittab中的initdefault项，取得其中的runlevel，并作为当前的运行级别。如果没有inittab文件，或者其中没有initdefault项，init将在控制台上请求输入runlevel。
sysinit、boot、bootwait等action将在系统启动时无条件运行，而忽略其中的runlevel。
其余的action（不含initdefault）都与某个runlevel相关。各个action的定义在inittab的man手册中有详细的描述。
（4）process
process为具体的执行程序，程序后面可以带参数。
3．系统初始化
在init的配置文件中有这么一行：
si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit
它调用执行了/etc/rc.d/rc.sysinit，而rc.sysinit是一个bash Shell的脚本，它主要是完成一些系统初始化的工作，rc.sysinit是每一个运行级别都要首先运行的重要脚本。它主要完成的工作有激活交换分区、检查磁盘、加载硬件模块，以及其他一些需要优先执行任务。
当rc.sysinit程序执行完毕后，将返回init继续下一步。
4．启动对应运行级别的守护进程
在rc.sysinit执行后，将返回init继续其他的动作，通常接下来会执行到/etc/rc.d/rc程序。以运行级别3为例，init将执行配置文件inittab中的以下这行：
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
这一行表示以5为参数运行/etc/rc.d/rc，/etc/rc.d/rc是一个Shell脚本，它接收5作为参数，去执行/etc/rc.d/rc5.d/目录下的所有的rc启动脚本，/etc/rc.d/rc5.d/目录中的这些启动脚本实际上都是一些链接文件，而不是真正的rc启动脚本，真正的rc启动脚本实际上都是放在/etc/rc.d/init.d/目录下。而这些rc启动脚本有着类似的用法，它们一般能接收start、stop、restart、status等参数。
/etc/rc.d/rc5.d/中的rc启动脚本通常是K或S开头的链接文件，对于以S开头的启动脚本，将以start参数来运行。而如果发现存在相应的脚本也存在K开头的链接，而且已经处于运行状态了（以/var/lock/subsys/下的文件作为标志），则将首先以stop为参数停止这些已经启动了的守护进程，然后再重新运行。这样做是为了保证当init改变运行级别时，所有相关的守护进程都将重启。
至于在每个运行级中将运行哪些守护进程，用户可以通过chkconfig或setup中的“System Services”来自行设定。常见的守护进程有：
● amd：自动安装NFS守护进程。
● apmd：高级电源管理守护进程。
● arpwatch：记录日志并构建一个在LAN接口上看到的以太网地址和IP地址对数据库。
● autofs：自动安装管理进程automount，与NFS相关，依赖于NIS。
● crond：Linux下的计划任务的守护进程。
● named：DNS服务器。
● netfs：安装NFS、Samba和NetWare网络文件系统。
● network：激活已配置网络接口的脚本程序。
● nfs：打开NFS服务。
● portmap：RPC portmap管理器，它管理基于RPC服务的连接。
● sendmail：邮件服务器sendmail。
● smb：Samba文件共享/打印服务。
● syslog：一个让系统引导时启动syslog和klogd系统日志守候进程的脚本。
● xfs：X Window字型服务器，为本地和远程X服务器提供字型集。
● Xinetd：支持多种网络服务的核心守护进程，可以管理wuftp、sshd、telnet等服务。
这些守护进程也启动完成了，rc程序也就执行完了，然后又将返回init继续下一步。
5．建立终端
rc执行完毕后，返回init。这时基本系统环境已经设置好了，各种守护进程也已经启动了。init接下来会打开6个终端，以便用户登录系统。通过按Alt+Fn组合健（n对应1~6）可以在这6个终端中切换。在inittab中的以下6行就是定义了6个终端：
1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6
从上面可以看出在2、3、4、5的运行级别中都将以respawn方式运行mingetty程序，mingetty程序能打开终端、设置模式。同时它会显示一个文本登录界面，这个界面就是我们经常看到的登录界面，在这个登录界面中会提示用户输入用户名，而用户输入的用户名将作为参数传给login程序来验证用户的身份。
6．登录系统，启动完成
对于运行级别为5的图形方式用户来说，他们的登录是通过一个图形化的登录界面。登录成功后可以直接进入KDE、Gnome等窗口管理器，如图1-4所示。
图1-4 RedHat Enterprise Linux AS4图形界面
本章主要讲的是文本方式登录的情况，跟图形方式实际上是一样的。当看到mingetty的登录界面时，就可以输入用户名和密码来登录系统了。
Linux的账号验证程序是login，login会接收mingetty传来的用户名作为用户名参数，然后login会对用户名进行分析。如果用户名不是root，且存在/etc/nologin文件，login将输出nologin文件的内容，然后退出。这通常用来系统维护时防止非root用户登录。只有/etc/securetty中登记了的终端才允许root用户登录，如果不存在这个文件，则root可以在任何终端上登录。/etc/usertty文件用于对用户做出附加访问限制，如果不存在这个文件，则没有其他限制。
在分析完用户名后，login将搜索/etc/passwd与/etc/shadow来验证密码，以及设置账户的其他信息，如主目录是什么、使用何种Shell。如果没有指定主目录，将默认为根目录；如果没有指定Shell，将默认为/bin/bash。
login程序成功后，会向对应的终端在输出最近一次登录的信息（在/var/log/lastlog中有记录），并检查用户是否有新邮件（在/usr/spool/mail/的对应用户名目录下），然后开始设置各种环境变量。对于bash来说，系统首先寻找/etc/profile脚本文件，并执行它；然后如果用户的主目录中存在.bash_profile文件，就执行它，在这些文件中又可能调用了其他配置文件，所有的配置文件执行后，各种环境变量也设好了，这时会出现用户熟悉的命令行提示符，到此整个启动过程就结束了。
1.3.2 Linux的关闭与重新引导
使用shutdown命令关闭Red Hat Enterprise Linux，表1-1是shutdown命令参数选项表。
表1-1 shutdown命令参数选项表
一般情况下输入shutdown –h now就可以关闭Linux，如图1-5所示。
图1-5 关闭RedHat Enterprise Linux AS4系统
1.3.3 Linux的登录和退出
Linux是一个多用户的操作系统，用户要使用该系统，首先必须登录系统，使用完系统后，必须退出系统。用户登录系统时，为了使系统能够识别自己，必须输入用户名和密码，经系统验证无误后方能进入系统。在系统安装过程中可以创建两种账号：
● root——超级用户账号，使用这个账号可以在系统中做任何事情。
● 普通用户——这个账号供普通用户使用，可以进行有限的操作。
一般的Linux使用者均为普通用户，而系统管理员一般使用超级用户账号完成一些系统管理的工作。如果只需要完成一些由普通账号就能完成的任务，建议不要使用超级用户账号，以免无意中破坏系统。
用户登录分两步进行：第一步，输入用户的登录名，系统根据该登录名来识别用户；第二步，输入用户的口令，该口令是用户自己选择的一个字符串，对其他用户是保密的，是在登录时系统用来辨别真假用户的关键字。
在Linux系统中，系统管理员在为用户建立新账号时赋给用户一个用户名和一个初始的口令。另外，Linux系统给计算机赋予一个主机名。主机名用于在网络上识别独立的计算机（即使用户的计算机没有联网，也应该有一个主机名）。Linux系统给出的默认主机名为：localhost。
1．进入系统（登录）
（1）超级用户登录
超级用户的用户名为root，密码在安装系统时已设定。系统启动成功后，屏幕显示下面的提示：
localhost login:
这时输入超级用户名“root”，然后按Enter键。此时，用户会在屏幕上看到输入口令的提示：
localhost login:root
Password:
这时，需要输入口令。输入口令时，口令不会在屏幕上显示出来。如果用户输入了错误的口令，就会在屏幕上看到下列信息：
login incorrect.
这时需要重新输入。当用户正确地输入用户名和口令后，就能合法地进入系统。屏幕显示：
[root@loclhost ~] #
此时说明该用户已经登录到系统中，可以进行操作了。这里“#”是超级用户的系统提示符，如图1-6所示。
图1-6 RedHat Enterprise Linux AS4登录界面
（2）普通用户登录
普通用户登录建立了普通用户账号以后，就可以进行登录了。登录步骤跟超级用户相同。
一般Linux也支持图形界面，如果想进入界面，则在命令行输入：
[root@loclhost ~] #startx
这时就可以转换到Linux图形界面下面。
2．虚拟控制台
Linux是一个真正的多用户操作系统，除可以同时接收多个用户登录外，Linux还允许一个用户进行多次登录，这是因为Linux和许多版本的UNIX一样，提供了虚拟控制台的访问方式，允许用户在同一时间从控制台（系统的控制台是与系统直接相连的监视器和键盘）进行多次登录。
虚拟控制台的选择可以通过按下Alt键和一个功能键来实现，通常使用F1~F6。
例如，用户登录后，按一下Alt+Shift+F2组合键，用户又可以看到“login:”提示符，说明用户看到了第二个虚拟控制台。然后只需按Alt+Shift+F1组合键，就可以返回到第一个虚拟控制台。一个新安装的Linux系统允许用户使用Alt+Shift+F1组合键到Alt+Shift+F6组合键来访问前六个虚拟控制台，Alt+Shift+F7组合键是返回图形桌面。
虚拟控制台可使用户同时在多个控制台上工作，真正感受到Linux系统多用户的特性。用户可以在某一虚拟控制台上进行的工作尚未结束时，切换到另一虚拟控制台开始另一项工作。例如，开发软件时，可以在一个控制台上进行编辑，在另一个控制台上进行编译，在第三个控制台上查阅信息。
3．退出系统
无论是超级用户，还是普通用户，需要退出系统时，在Shell提示符下，输入下列命令即可。
下面以普通用户的退出为例，说明退出系统的过程：
[xxq@loclhost ~] $ exit
还有其他退出系统的方法，但上面一种是最安全的。