工程技术

How Linux Works:User Space

摘要

Linux 用户空间启动顺序

How User Space Starts

  1. init
  2. 必要的低层服务例如：udevd 和 syslog
  3. 网络配置
  4. 中高层服务例如 ：cron , printing
  5. 登录提示、图形界面及其它高层次应用

一号进程

init（initialization的简写）是 Unix 和 类Unix 系统中用来产生其它所有进程的程序。它以守护进程的方式存在，其进程号为1。Linux系统在开机时加载Linux内核后，便由Linux内核加载init程序，由init程序完成余下的开机过程，比如加载运行级别，加载服务，引导Shell/图形化界面等等。

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[root@li1437-101 ~]# ps -ef | grep init
root         1     0  0 Feb27 ?        00:03:05 /sbin/init
root     28683 28663  0 02:44 pts/0    00:00:00 grep --color=auto init
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// Mac OS
bash-3.2$ ps -ef | grep init
	0   243     1   0 15 517  ??         0:00.74 /System/Library/CoreServices/CrashReporterSupportHelper server-init
	0   533     1   0 15 517  ??         0:02.07 /System/Library/CoreServices/SubmitDiagInfo server-init
  501 52150     1   0 日01下午 ??         0:15.49 /usr/libexec/secinitd
	0 69864     1   0 11:35上午 ??         0:00.20 /usr/libexec/secinitd
	0 72830     1   0  1:51下午 ??         0:00.19 /usr/libexec/secinitd
Darwin ACA80166.ipt.aol.com 16.5.0 Darwin Kernel Version 16.5.0: Fri Mar  3 16:52:33 PST 2017; root:xnu-3789.51.2~3/RELEASE_X86_64 x86_64
bash-3.2$

在Linux发行版中，init有三种主要的实现形式：

  1. System V init: 传统的
  2. systemd: 所有主流Linux发行版中的标准init
  3. Upstart: Ubuntu

Android 和 BSD （运行存放于’/etc/rc’的初始化 shell 脚本）也有它们自己的init版本，一些发行版也将System V init 修改为类似BSD风格的实现。目前大部分Linux发行版都已采用新的systemd替代System V和Upstart，但systemd向下兼容System V。

System V init: 存在一个启动序列，同一时间只能启动一个任务，这种架构下，很容易解决依赖问题，但是性能方面要受一些影响。
systemd is goal oriented. : 针对System V init的不足，systemd所有的服务都并发启动。systemd时基于目标的，需要定义要实现的目标，以及它的依赖项。systemd 将所有过程都抽象为一个配置单元，即 unit。可以认为一个服务是一个配置单元；一个挂载点是一个配置单元。

systemd Unit target Tree

Upstart is reactionary.:Upstart是基于事件的，Upstart的事件驱动模型允许它以异步方式对生成的事件作出回应。

System V init Vs UpStart Vs Systemd

The Initial RAM filesystem

Linux内核不能通过访问PC BIOS 或者 EFI接口从磁盘获取数据，所以为了mount它的root filesystem, 对于底层存储需要驱动程序支持。解决方案是在内核运行之前，由boot loader加载驱动模块及工具到内存。在启动时，内核读取相关模块到一个临时的RAM filesystem(initramfs),挂载在／根目录,initramsfs允许内核为真正的root filesystem加载必要的驱动模块。
最后，再挂载真正的root filesystem、启动init。

Linux在很多场景下都需要创建一个基于内存的文件系统，提供一个可以接近零延迟的快速存储区域。目前有两类主要的RAM磁盘可用，她们个有优劣：ramfs和tmpfs。(注意：创建之前可以使用 free 命令查看未使用的RAM)

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# mkdir /mnt/ramdisk
# mount -t tmpfs -o size=512m tmpfs /mnt/ramdisk
# vi /etc/fstab
#tmpfs       /mnt/ramdisk tmpfs   nodev,nosuid,noexec,nodiratime,size=1024M   0 0

扩展阅读

电子书《Linux Perf Master》

性能诊断指南

How Linux Works

动态追踪技术

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