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Ubuntu 实现shell文件的开机运行（从原理到实现）

2023-05-16

目录

0、Linux的开机启动顺序

1、完善 rc-local.service 脚本

3、创建 rc.local 脚本

4、总结

设置 shell 脚本开机启动的方法有挺多，比如：

  • 添加到 init.d 中的方法：将要开机启动的脚本 copy 到 etc/init.d 中，执行 sudo chmod +x [your_startup] 赋予执行权限，然后执行 sudo update-rc.d [your_startup] defaults 来设置开机启动。
  • 创建 systemd 服务（.service）的方法
  • 写 rc.local 的方法

这里只记录一下写 rc.local 的方法。

0、Linux的开机启动顺序

要想整明白后面的开机启动的设置方法，最好不要只知其然而不知其所以然，这里要先从Linux的开机启动顺序开始说起。

Linux系统启动从你的设备接上电源按下开关开始到你登录系统结束，中间有一个复杂但很连贯的过程:

  1. 加载BIOS（Basic Input Output System，基本输入输出系统）。获取CPU相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息等信息
  2. 读取MBR（Master Boot Record，主引导记录）。MBR就是磁盘上第0磁道的第一个扇区，里面含有 boot loader 的代码。
  3. 运行 boot loader。Boot Loader 就是在操作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用操作系统内核做好一切准备。
  4. 加载内核。根据boot loader设定的内核映像所在的路径，读取内核映像并进行解压缩操作。
  5. 运行 init 程序。init永远是系统启动后运行的的第一个进程，PID（进程编号）为1。位置在sbin/init ，之后会按照设置执行一大堆系统启动时要启动的脚本、加载的驱动等功能，我们要设置的开机启动项就是在这一步执行的。
  6. 执行/bin/login程序，进入登录状态。

init 系统能够管理和控制 init 进程的行为，并负责组织和运行许多独立的或相关的工作，让系统进入一个用户设定的运行模式中。大多数Linux发行版的 init 系统是 system V 相兼容的，因此被称为 sysvinit，sysvinit 主要依赖于 shell 脚本，但是他一次一个串行的启动进程，决定了它最大的弱点：启动太慢。如果是服务器这类极少进行系统开关操作的话还好，但是如果是个人电脑这样需要经常开关机的话，开机时间太长就难以忍受了。

为了能够更快地启动系统，开发者们对 sysvinit 进行了改进，先后出现了 upstart 和 systemd 这两个主要的新一代 init 系统。目前最新的 Ubuntu 系统就是采用的 systemd 来管理系统，不过仍然兼容 init 系统的启动模式。可以看到 Ubuntu20 的 /sbin/init 是软链接到 /lib/systemd/systemd 上的。systemd 与 init 虽然启动过程不太一样，但最终的目的是一致的，都是要启动那一堆需要开机运行的脚本文件。

在 init 系统模式下，内核调用 init 进程后会首先获取系统运行级别（run-level）的信息，运行级别在这里不是启动优先级，可以理解为运行模式，运行级别共有 0~6 七种：

  • 0：关机
  • 1：单用户模式
  • 2：多用户模式，没有网络支持
  • 3：多用户模式，有网络支持
  • 4：保留，未使用
  • 5：X11，与运行级别 3 类似，但加载使用 X-windows 支持的图形界面
  • 6：重启

这几种模式有什么用呢？举个例子，在Ubuntu的终端下，重启指令除了 reboot 外，使用 init 6 也可以实现重启，6 对应的运行级别就是重启，类似地，运行 init 0 指令对应的就是关机。

知道启动级别后就到 /etc/rc.d 文件夹中查找相应的脚本并运行。还会在 /etc/modules-load.d/modules.conf 文件中查找装载到内核的模块。

rc.d 中含有 rc.sysinit、rcN.d（N=0~6，即不同的运行级别对应的运行文件夹，根据运行级别的不同，系统会运行 rc0.d 到 rc6.d 中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务）、rc.local 等文件及或脚本，目前 Ubuntu 已经没有 rc.d 文件夹了，而是把这个文件夹的大多内容直接放在了 /etc 文件夹下了，另外 rc.local 如果需要用到的话还需要自行创建。rc.local 是在所有 init 脚本执行完之后才会运行的脚本，也就是说留给用户用来做一些拓展功能的脚本。

打开 rcN.d 文件夹可以看到里面的文件都是以 S 或者 K 夹数字开头的脚本，S 待表 Start，K代表 Kill ，运行脚本时系统会根据这俩前缀符号来确定传入 start 或者 stop 参数。后面的数字代表执行优先级，也就是运行或者停止的执行优先级。

这里主要记录下如何在 Ubuntu20.04 中通过 /etc/rc.local 文件来设置 shell 脚本的开机启动。

1、完善 rc-local.service 脚本

在 Ubuntu20 的 systemd 启动方式下，rc.local 默认是没有启用的，启用它需要做些简单的配置。在 lib/systemd/system 里面有个叫 rc-local.service 的脚本，该脚本的内容规定了 rc.local 的启动顺序和行为，可以使用

cat /lib/systemd/system/rc-local.service 

命令查看这个文件的原始内容如下（中文注释是我后来加上的）：

#  SPDX-License-Identifier: LGPL-2.1+
#
#  This file is part of systemd.
#
#  systemd is free software; you can redistribute it and/or modify it
#  under the terms of the GNU Lesser General Public License as published by
#  the Free Software Foundation; either version 2.1 of the License, or
#  (at your option) any later version.

# This unit gets pulled automatically into multi-user.target by
# systemd-rc-local-generator if /etc/rc.local is executable.
[Unit]
Description=/etc/rc.local Compatibility  # 服务的描述，方便人们阅读
Documentation=man:systemd-rc-local-generator(8)  # 一组用空格分隔的文档URI列表，这些文档是对此单元的详细说明
ConditionFileIsExecutable=/etc/rc.local  # 检测指定的路径是否存在并且是一个可执行文件，必须使用绝对路径
After=network.target  # 定义启动顺序。
                      # Before=xxx.service,代表本服务在xxx.service启动之前启动；
                      # After=xxx.service,代表本服务在xxx.service之后启动。

[Service]
Type=forking
ExecStart=/etc/rc.local start  # 指定启动单元的命令或者脚本
TimeoutSec=0
RemainAfterExit=yes  # 如果设置这个选择为真，服务会被认为是在激活状态
GuessMainPID=no

不过，一般正常的启动文件要分为三部分：

[Unit]    : 启动顺序与依赖关系
[Service] : 启动行为,如何启动，启动类型
[Install] : 定义如何安装这个配置文件，即怎样做到开机启动

这个 .service 文件的 Unit 段有行代码：

ExecStart=/etc/rc.local start

这行代码规定了这个service在开机启动时所执行的命令是：/etc/rc.local start。即运行 /etc/rc.local 脚本。不过可以看出，这个脚本的内容少了 [Install] 段，也就是说，没有定义如何做到开机启动，所以显然这是这个service是无效的。 因此我们就需要在后面帮他加上 [Install] 段，首先执行 sudo chmod 777 /lib/systemd/system/rc-local.service 赋予修改权限，然后加入以下语句，然后保存退出。

[Install]
WantedBy=multi-user.target  # WantedBy：表示该服务所在的 Target(服务组)

然后设置该 rc-local 服务开机启动：

$ systemctl enable rc-local.service
Created symlink /etc/systemd/system/multi-user.target.wants/rc-local.service → /lib/systemd/system/rc-local.service.

这条指令的实际意义是向 /etc/systemd/system 中添加一个 /lib/systemd/system 的软链接（软链接可以理解为快捷方式），看终端中这条指令运行后打印的信息就知道了。

systemd 默认从目录 /etc/systemd/system 读取配置文件。但是，里面存放的大部分文件都是符号链接，指向目录 /lib/systemd/system，真正的配置文件存放在这个目录。systemclt enable 命令用于在上面两个目录之间建立符号链接关系。.service 文件在 Linux 中存在于三个位置：/etc/systemd/system、/run/systemd/system、/lib/systemd/system，这三个目录的配置文件优先级依次从高到低，如果同一选项三个地方都配置了，优先级高的会覆盖优先级低的。

另外：经过实际测试，不使用 systemclt enable 指令创建链接这一步其实也是可以实现开机启动的，这可能跟系统会在上述三种 system 目录下查找 service 并启动有关，只是启动顺序不同而已。

3、创建 rc.local 脚本

下一步是在 /etc 中创建 rc.local 脚本，然后可以把你要开机启动的内容写入到这个脚本中即可。

举个例子：

我现在在桌面新建一个 test 文件夹，在该文件夹内创建一个名为 hhh.sh 的 shell 脚本文件，内容如下：

#!/bin/sh
time_now=$(date "+%Y-%m-%d %H:%M:%S")
echo "test ok at [$time_now]" > a.log
exit 0

作用是获取当前时间，并将其写入 a.log 文件中，我们可以运行以下这个sh文件看看效果:

可以看到，执行完这个脚本之后在 test 文件夹下多出一个 a.log 的文件，里面就是我们要打印的内容。接下来，删除这个 a.log 文件，编辑前面在 /etc 文件夹下创建的 rc.local 脚本（sudo gedit rc.local）：

#!/bin/sh
cd /home/wsx/Desktop/test
chmod 777 hhh.sh
./hhh.sh &  # 最后加上 & 是让脚本启动后在后台运行的作用
exit 0

然后执行以下命令赋予 rc.local 执行权限，这步一定要有，否则没效果的

sudo chmod 777 etc/rc.local

然后重启 ubuntu，再在 test 文件夹下查看是否生成了 a.log 文件。 

成功生成 a.log 文件并打印正确信息，启动完成～ 

4、总结

总之，在确定你要开机启动哪个 shell 文件的前提下，只需两个步骤：

（1）在 /etc/systemd/system/rc-local.service 脚本中添加一个 Install 段

（2）在  /etc 目录下新建 rc.local 脚本，写入开机启动的 shell 命令，并使用 chmod 赋予其执行权限

参考文献

Linux启动过程详解（inittab、rc.sysinit、rcX.d、rc.local） - 走看看 (zoukankan.com)

Linux初始化系统init和systemd介绍_哔哩哔哩_bilibili

Linux /etc/systemd/system和/lib/systemd/system的区别_Linux_资源库

linux中systemd服务介绍_qq_863909的博客-CSDN博客_linux systemd详解

Ubuntu update-rc.d添加/禁止开机启动项_awtcheng的博客-CSDN博客_ubuntu禁止开机启动

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