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在Linux中，shutdown、poweroff、halt 和 reboot 命令都是用来管理系统关机或重启操作的工具。尽管它们有着相似的目标，即控制系统的运行状态，但它们之间存在一些关键的区别，包括功能、操作方式、选项以及在内核源码中的实现。以下是结合Linux源码对这些命令的详细说明：

1. shutdown

功能与源码联系：
shutdown 命令提供了最为全面和灵活的系统关机或重启功能。它允许用户指定一个未来的时间点执行关机或重启操作，并且可以向所有登录用户广播一条消息，告知他们系统即将关闭。shutdown 主要通过调用 init 进程（进程号为1）来触发系统状态的改变。

在内核源码中，shutdown 命令的实现并不直接存在于内核代码中，而是作为用户空间的一个实用程序存在于诸如 /sbin/shutdown 文件中。它通常由 util-linux 或类似的系统工具包提供。shutdown 命令通过向 init 发送一个特定的信号（通常是 SIGTERM 或 SIGPWR），请求 init 改变运行级别（runlevel）。例如，发送 SIGTERM 请求 init 进入 runlevel 0（关机）或 runlevel 6（重启）。

源码示例：
在 util-linux 包中的 shutdown.c 文件中，可以找到 shutdown 命令的实现。关键部分可能包括：

static void do_shutdown(const char *mode, int runlevel)
{
    if (fork()) {
        /* Parent exits */
        exit(0);
    }
    setsid();
    kill(1, SIGTERM);  // Send SIGTERM to init to initiate shutdown/reboot
    sleep(2);  // Give init some time to react before sending a final SIGKILL
    kill(1, SIGKILL);  // If init didn't react, force it to terminate
    _exit(0);
}

...

if (!strcmp(mode, "halt"))
    runlevel = 0;  // Halt the system
else if (!strcmp(mode, "poweroff"))
    runlevel = 0;  // Power off the system
else if (!strcmp(mode, "reboot"))
    runlevel = 6;  // Reboot the system

do_shutdown(mode, runlevel);

这段伪代码展示了 shutdown 如何根据用户指定的模式（halt、poweroff、reboot）选择合适的运行级别，并通过向 init 发送信号来执行相应的操作。

2. poweroff

功能与源码联系：
poweroff 命令主要用于立即关闭系统电源。在现代Linux发行版中，poweroff 往往是 halt 命令的一个符号链接，或者直接实现为一个简单的包装器，调用 systemctl poweroff 或者直接向内核发送 reboot 系统调用，请求系统进行关机并切断电源。

在内核源码中，poweroff 操作通常由用户空间的 systemd 或其他初始化系统通过 sys_reboot() 系统调用触发。sys_reboot() 在内核中定义，通常位于 kernel/reboot.c 文件中。当传递特定的 magic 值（如 LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF）时，内核会执行关机并尝试触发硬件层面的电源关闭。

源码示例：
在 kernel/reboot.c 中，sys_reboot() 函数处理 poweroff 请求的部分可能如下：

asmlinkage long sys_reboot(int magic1, int magic2, unsigned int cmd, void __user *arg)
{
    ...
    switch (cmd) {
    case LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF:
        do_sync();
        machine_power_off();  // Actual power-off implementation
        break;
    ...
    }

    return 0;
}

static void machine_power_off(void)
{
    ...
    /* Call platform-specific power-off function */
    pm_power_off();
    ...
}

这段代码展示了当接收到 LINUX_REBOOT_CMD_POWER_OFF 命令时，内核如何调用 machine_power_off() 函数，进一步调用平台相关的 pm_power_off() 函数来执行实际的电源关闭操作。

3. halt

功能与源码联系：
halt 命令用于停止系统运行，使其进入一种“已停止”但仍然通电的状态。早期的 halt 实现可能仅执行必要的系统清理（如同步文件系统、关闭所有进程等），然后停止内核，但不涉及电源管理操作。现代系统中，halt 通常等同于 poweroff，确保系统彻底关闭电源。

在内核源码中，halt 操作的实现与 poweroff 类似，也是通过用户空间工具调用 sys_reboot() 系统调用，传递特定的 magic 值（如 LINUX_REBOOT_CMD_HALT）。然而，由于现代 halt 通常被链接到 poweroff，因此实际执行的是电源关闭操作。

4. reboot

功能与源码联系：
reboot 命令用于立即重启系统。它执行与关机相似的清理操作，但随后会触发系统重新初始化，而不是进入关机状态。

在内核源码中，reboot 的实现同样依赖于 sys_reboot() 系统调用。当传递 LINUX_REBOOT_CMD_RESTART 或类似值作为 cmd 参数时，内核会执行重启序列，包括保存必要的重启状态信息、清理系统资源、重置CPU状态等，最终触发硬件重启。

源码示例：
在 kernel/reboot.c 中，处理 reboot 请求的部分可能如下：

asmlinkage long sys_reboot(int magic1, int magic2, unsigned int cmd, void __user *arg)
{
    ...
    switch (cmd) {
    case LINUX_REBOOT_CMD_RESTART:
        do_sync();
        machine_restart(NULL);  // Actual reboot implementation
        break;
    ...
    }

    return 0;
}

static void machine_restart(char *cmd)
{
    ...
    /* Call platform-specific restart function */
    pm_restart(cmd);
    ...
}

这段代码展示了当接收到 LINUX_REBOOT_CMD_RESTART 命令时，内核如何调用 machine_restart() 函数，进一步调用平台相关的 pm_restart() 函数来执行实际的系统重启操作。

联系与区别总结：

• 联系：所有这些命令最终都依赖于内核提供的系统调用（如 sys_reboot()）来改变系统的运行状态。它们都涉及系统清理（如同步文件系统、关闭进程等）和状态转换（关机、重启或电源关闭）。

• 区别：

  • 功能：shutdown 具备定时关机/重启和通知用户的额外功能；poweroff 和 halt 主要用于立即关闭系统电源，但在现代系统中二者通常等同；reboot 用于立即重启系统。
  • 操作方式：shutdown 通过向 init 发送信号来改变运行级别；poweroff、halt 和 reboot 通常通过调用 sys_reboot() 系统调用来直接请求内核执行相应操作。
  • 内核源码实现：shutdown 作为用户空间实用程序，通过信号与 init 交互；poweroff、halt 和 reboot 通过调用 sys_reboot()，并在内核中执行具体的关机/重启/电源关闭操作。

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