名称

bootup — 系统启动流程

描述

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。

常规启动流程

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。

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。

initrd(Initial RAM Disk) 启动流程

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)。在挂载任何文件系统之前(也就是在启动 local-fs-pre.target 之前)， systemd-hibernate-resume@.service 将会首先完成启动， 以检查系统是要从先前的休眠状态中恢复， 还是要执行常规的启动流程。在检查完成之前，将不会挂载任何文件系统。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。

关机流程

systemd 系统在关机时同样遵循固定的流程， 具体如下图所示：

用斜体标识的目标单元经常被用作关机目标。

注意， systemd-halt.service(8), systemd-reboot.service, systemd-poweroff.service, systemd-kexec.service 会将系统与 systemd(PID=1) 带入关机流程的第二个阶段(由 systemd-shutdown 执行)， 也就是不再考虑任何服务与单元等概念， 只用一种简单粗暴的方式卸载所有文件系统、杀死所有进程、释放所有资源。一般来说，在第一阶段结束时，常规应用都已终止、常规资源都已释放，第二阶段只是一个兜底的安全网， 那些在第一阶段基于单元的关闭流程中(见前文) 未能结束的进程将被强制终止、未能释放的资源将被强制释放。