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bootup - 系统启动流程
在系统启动过程中要涉及多个不同的组件。 按下电源按钮后，首先BIOS/UEFI做最基本的硬件自检与初始化， 然后加载预设/手动选择的磁盘/网络上的引导加载器(例如GRUB2)， 引导加载器进一步从磁盘/网络上加载操作系统内核(例如Linux)。 对于Linux来说，内核将会(可选的)解压一个initrd(initial RAM disk)镜像(可以用 dracut(8) 之类的工具生成)， 并执行由"rdinit="内核引导选项指定的init程序(例如 systemd(1)) 以寻找并挂载根文件系统。 完成根文件系统的挂载之后，内核启动由"init="内核引导选项指定的init程序(例如 systemd(1)) 以接管系统的控制权。 该init程序将会负责检测所有其他的硬件设备、挂载必要的文件系统、启动所有必要的服务，等等。
关机时， init程序将会停止所有服务、 卸载所有文件系统、 (可选的)返回initrd环境卸载根文件系统， 最后关闭电源。
其他有关系统启动流程的信息可以参考 boot(7) 手册。
当成功挂载了"root="内核引导选项指定的根文件系统之后，内核将启动由"init="内核引导选项指定的init程序， 从这个时间点开始，即进入了"常规启动流程"： 检测硬件设备并加载驱动、挂载必要的文件系统、启动所有必要的服务，等等。对于 systemd(1) 系统来说，上述"init程序"就是 systemd 进程， 而整个"常规启动流程"也以几个特殊的 target 单元(详见 systemd.target(5)) 作为节点，被划分为几个阶段性步骤。 在每个阶段性步骤内部，任务是高度并行的， 所以无法准确预测同一阶段内单元的先后顺序， 但是不同阶段之间的先后顺序总是固定的。
当启动系统时， systemd 将会以 default.target 为启动目标， 借助单元之间环环相扣的依赖关系，即可完成"常规启动流程"。 default.target 通常只是一个指向 graphical.target(图形界面) 或 multi-user.target(文本控制台) 的软连接。 为了强制启动流程的规范性以及提高单元的并行性， 预先定义了一些具有特定含义的 target 单元。详见 systemd.special(7) 手册。
下面的图表解释了 这些具有特定含义的 target 单元之间的依赖关系 以及各自在启动流程中的位置。 图中的箭头表示了单元之间的依赖关系与先后顺序， 整个图表按照自上而下的时间顺序执行。
local-fs-pre.target
|
v
(各个 mounts 与 (各个 swap (各个加密块设备
fsck services...) devices...) devices...) (各个底层服务: (各个底层虚拟
| | | udevd, tmpfiles, 文件系统 mounts:
v v v random seed, mqueue, configfs,
local-fs.target swap.target cryptsetup.target sysctl, ...) debugfs, ...)
| | | | |
\__________________|_________________ | ___________________|____________________/
\|/
v
sysinit.target
|
____________________________________/|\________________________________________
/ | | | \
| | | | |
v v | v v
(各个 (各个 | (各个 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- (图形界面所必需 (各个系统服务)
manager.service 的各个系统服务) |
| | |
| | v
| | multi-user.target
| | |
\_________________ | _________________/
\|/
v
graphical.target
用斜体标识的目标单元经常被用作启动目标。 有两种方法可以指定启动目标： (1)使用 systemd.unit= 内核引导选项(参见 systemd(1))； (2)使用 default.target 软连接。
因为 timers.target 以异步方式包含在 basic.target 中， 所以 timer 单元可以依赖于在 basic.target 之后才启动的服务。
在initrd内部， 也可以将 systemd 用作init程序(由"rdinit="内核引导选项指定)。
此时 initrd.target 将是默认目标。 initrd内部启动流程的上半部分与前一小节 basic.target 之前的部分完全相同。 随后的启动流程将以 initrd.target 为目标(如下图所示)。 当根文件系统设备可用时，将到达 initd-root-device.target 目标。 如果成功的将根文件系统挂载到 /sysroot 目录，那么 sysroot.mount 单元将被启动，然后进一步到达 initrd-root-fs.target 目标。 initrd-parse-etc.service 将会分析 /sysroot/etc/fstab 文件以挂载 /usr (若需要) 与带有 x-initrd.mount 标记的挂载点。 所有这些挂载点都将被挂载到 /sysroot 之下，然后流程到达 initrd-fs.target 目标。再接下来 initrd-cleanup.service 将会使用 systemctl --no-block isolate 命令启动 initrd-switch-root.target 目标。 因为 isolate 表示立即停止所有在新的目标单元中不需要的进程， 所以此动作实际上是为接下来切换根目录做预先的准备(也就是清理环境)。 最后，启动 initrd-switch-root.service 服务，将系统的根目录切换至 /sysroot 目录。
(之前的流程与上一小节完全相同)
:
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
(各个自定义的 |
initrd services...) v
| (sysroot-usr.mount 以及
| fstab 中带有 x-initrd.mount
| 标记的各个挂载点)
| |
| v
| initrd-fs.target
\______________________ |
\|
v
initrd.target
|
v
initrd-cleanup.service
(使用 isolates 启动 initrd-switch-root.target)
|
v
______________________/|
/ v
| initrd-udevadm-cleanup-db.service
v |
(各个自定义的 |
initrd services...) |
\______________________ |
\|
v
initrd-switch-root.target
|
v
initrd-switch-root.service
|
v
切换到主机上的操作系统
systemd 系统在关机时同样遵循固定的流程， 具体如下图所示：
(与所有系统服务互斥) (与所有文件系统 mounts, swaps, cryptsetup devices 互斥)
| |
v v
shutdown.target umount.target
| |
\____________________________________ ______/
\ /
v
(各个底层 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
用斜体标识的目标单元经常被用作关机目标。
systemd(1), boot(7), systemd.special(7), systemd.target(5), dracut(8)
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翻译人员：金步国
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