Linux 系统启动流程、关键操作及基础运用详解
一、开篇介绍
Linux 系统的启动是一个按序执行的复杂过程，从计算机通电到登录界面出现，涉及多个环节的协同运作。掌握这一流程，有助于理解系统工作机制，也是排查启动故障的基础。本文将详细解析 Linux 系统的启动步骤，以及相关的运行级别设置、GRUB2 操作和 root 密码破解等关键内容，同时补充一些基础运用知识，帮助读者更好地进行系统日常操作。
二、Linux 系统启动的详细步骤
（一）开机自检（POST）
计算机加电后，首先执行开机自检（POST，Power-On Self-Test），该过程由 BIOS（基本输入输出系统）或 UEFI（统一可扩展固件接口）主导。其核心任务是检测内存、CPU、硬盘、显卡、键盘等核心硬件组件的可用性。若硬件存在故障，系统会通过蜂鸣声或屏幕提示等方式报错。
自检完成后，BIOS/UEFI 依据预设的启动顺序（可在固件设置中修改）检索启动设备（如硬盘、U 盘、光盘等），确定启动设备后进入下一阶段。
（二）MBR 引导
启动设备确定后，BIOS/UEFI 读取该设备的主引导记录（MBR）。MBR 位于硬盘第一个扇区，固定为 512 字节，包含引导加载器的关键信息。
Linux 系统中，主流引导加载器为 GRUB2。BIOS/UEFI 读取 MBR 后，将系统控制权移交至 GRUB2，由其继续引导启动流程。
（三）GRUB 菜单
GRUB2 获得控制权后，读取配置文件 /boot/grub2/grub.cfg。该文件记录系统内安装的内核版本、操作系统信息等关键配置。
根据配置文件内容，GRUB2 在屏幕显示引导菜单。若系统存在多个内核或操作系统，用户可通过方向键选择启动项；若未进行操作，GRUB2 将按默认配置启动。
（四）加载 Linux 内核
GRUB2 根据选择加载对应的 Linux 内核文件（通常以 vmlinuz 为前缀）至内存。内核是系统核心，负责管理系统资源。
内核载入内存后，GRUB2 完成使命，控制权移交内核。CPU 随即执行内核代码，进行初始化操作，包括任务调度系统初始化、内存分配机制设置、必要硬件驱动加载等，为内核构建稳定运行环境。
（五）运行 systemd 进程
内核初始化完成后，启动系统首个用户空间进程 systemd，其进程号固定为 1，所有其他进程均由其直接或间接启动。
systemd 启动后，读取 /etc/systemd/system/default.target 文件，该文件用于设定系统运行级别。运行级别决定系统启动的服务及功能范围。
三、运行级别详解
Linux 系统定义 7 种运行级别（0-6），各级别功能明确：
0：关机级别，触发系统关机操作。
1：单用户模式，仅 root 用户可登录，用于系统维护与故障排查（如密码修改）。
2：多用户模式，无网络功能，支持多用户登录但无法联网。
3：完全多用户模式（命令行界面），服务器常用模式，支持多用户登录及网络功能，通过命令行操作。对应 systemd 目标为 multi-user.target。
4：保留级别，暂未定义具体用途。
5：图形化界面模式，启动图形桌面环境，支持鼠标与图标操作。对应 systemd 目标为 graphical.target。
6：重启级别，执行系统重启操作。
（一）查看和设置默认运行级别
查看当前默认运行级别的命令：
systemctl get-default执行后显示默认目标（如 multi-user.target 对应 3 级，graphical.target 对应 5 级）。
修改默认运行级别的命令：
systemctl set-default 目标名称
示例：
设置为命令行界面（3 级）：
systemctl set-default multi-user.target设置为图形化界面（5 级）：
systemctl set-default graphical.target（二）临时切换到图形化界面
当前为命令行界面（3 级）时，临时切换至图形化界面（5 级）的命令：
systemctl isolate graphical.target该切换为临时生效，重启后恢复默认运行级别。
四、GRUB2 相关操作
（一）更新 GRUB2 配置文件
安装新内核或修改启动选项后，需更新配置文件 /boot/grub2/grub.cfg 使修改生效，命令为：
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg或
grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg两者功能一致，均根据系统当前状态重新生成配置文件并保存。
（二）修复 GRUB2
若 grub2 目录被删除导致启动引导器失效，修复步骤如下：
重新在硬盘安装启动引导器：
grub2-install /dev/sda其中 /dev/sda 为硬盘设备名，需根据实际情况调整。执行后恢复 grub2 目录。
-
重新生成 grub.cfg 文件：
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
（三）GRUB2 加密
为防止未授权修改启动选项，可对 GRUB2 加密，支持明文与密文两种方式。
明文加密:
vim /etc/grub.d/00_header
cat << EOF
set superusers="hina"
password hina 123456
EOF其中 "hina" 为超级用户名，"123456" 为密码，可自定义。
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg打开配置文件：
在文件中添加：
更新配置使加密生效:
密文加密:
密文加密更安全，步骤如下：
grub2-mkpasswd-pbkdf2输入密码后，复制生成的密文（注意避免多余空格）。
vim /etc/grub.d/00_header
cat << EOF
set superusers="hina"
password_pbkdf2 hina 粘贴密文密码
EOF其中 "hina" 为超级用户名，粘贴密文至对应位置
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg生成密文密码：
打开配置文件：
添加内容：
更新配置：
五、破解 Linux 管理员 root 密码
遗忘 root 密码时，可按以下步骤破解：
重启系统，GRUB2 引导菜单出现时按 "e" 进入编辑模式。
找到 Linux 内核所在行，在末尾添加 "rd.break"，按 Ctrl+X 启动。
进入伪系统后，重新挂载根目录并赋予读写权限：
mount -o remount,rw /sysroot进入真实系统：
chroot /sysroot修改 root 密码，两种方式可选：
输入passwd root，按提示输入新密码并确认。
echo linux123 | passwd --stdin root直接将密码设为 linux123（可替换为自定义密码）。
为 SELinux 写入标签：
touch /.autorelabel
两次输入exit退出，系统重启后即可用新密码登录 root 用户。
此外，设置 root 密码也可使用：
echo redhat | passwd --stdin root该命令将密码设为 redhat，可按需修改。
六、基础运用内容
（一）系统状态查看
查看系统版本信息：不同的 Linux 发行版查看系统版本的命令有所不同。在 CentOS 系统中，可使用cat /etc/redhat-release命令；在 Ubuntu 系统中，可使用lsb_release -a命令。这些命令能帮助我们快速了解所使用的系统版本，以便进行相应的操作和配置。
查看系统运行时间：使用uptime命令可以查看系统的运行时间、当前登录用户数以及系统的平均负载。平均负载是指在特定时间间隔内运行队列中的平均进程数，一般来说，平均负载的值不超过系统 CPU 核心数较为合理。
查看内存使用情况：free -h命令可以以人类可读的方式显示内存的使用情况，包括总内存、已使用内存、空闲内存、共享内存、缓冲和缓存等信息。通过这些信息，我们可以判断系统内存是否充足，是否需要进行内存优化或扩容。
查看磁盘使用情况：df -h命令用于查看文件系统的磁盘空间使用情况，包括每个分区的总容量、已使用容量、可用容量以及挂载点等。当磁盘空间不足时，该命令能帮助我们找到占用空间较大的文件或目录，以便进行清理。
查看进程信息：ps aux命令可以显示系统中所有正在运行的进程信息，包括进程 ID、用户、CPU 使用率、内存使用率、启动时间等。如果需要查看特定进程的信息，可结合grep命令使用，例如ps aux | grep nginx可以查看 nginx 进程的相关信息。
（二）服务管理
查看服务状态：使用systemctl status 服务名称命令可以查看指定服务的运行状态，例如systemctl status sshd可以查看 ssh 服务是否正在运行、启动时间等信息。如果服务正在运行，会显示 "active (running)"；如果服务未运行，会显示 "inactive (dead)"。
启动服务：systemctl start 服务名称命令用于启动指定的服务，例如systemctl start httpd可以启动 Apache 服务。
停止服务：systemctl stop 服务名称命令用于停止指定的服务，例如systemctl stop mysql可以停止 MySQL 服务。
重启服务：当服务的配置文件进行修改后，通常需要重启服务使修改生效，可使用systemctl restart 服务名称命令，例如systemctl restart nginx重启 nginx 服务。
设置服务开机自启：为了保证服务在系统重启后能自动运行，可使用systemctl enable 服务名称命令设置服务开机自启，例如systemctl enable sshd设置 ssh 服务开机自启。如果需要取消开机自启，可使用systemctl disable 服务名称命令。
（三）日志查看
系统日志：Linux 系统的日志文件通常存放在/var/log目录下，其中/var/log/messages是系统的主要日志文件，记录了系统的各种重要事件，如系统启动、服务启动和停止、错误信息等。使用tail -f /var/log/messages命令可以实时查看日志文件的最新内容，便于及时发现系统问题。
服务日志：许多服务都有自己的日志文件，例如 Apache 服务的日志文件通常在/var/log/httpd目录下，包括访问日志（access_log）和错误日志（error_log）；MySQL 服务的日志文件位置可在其配置文件中查看。查看服务日志有助于排查服务运行过程中出现的问题。
七、总结
Linux 系统启动流程包括开机自检、MBR 引导、GRUB 菜单、加载内核、运行 systemd 进程五个核心步骤，各环节紧密衔接。掌握运行级别设置、GRUB2 操作及 root 密码破解等知识，对系统管理与维护至关重要。同时，了解系统状态查看、服务管理和日志查看等基础运用内容，能帮助我们更好地进行日常的系统操作和问题排查。通过本文解析，可全面理解 Linux 启动机制及相关基础运用，为实际操作与故障处理提供支撑。