Arch boot process (Česky)

zh-CN:Arch Boot Process

Tento článek má za úkol podat chronologický přehled průběhu bootování v distribuci Arch a také výčet s tím souvisejících systémových souborů a procesů s odkazy na relevantní wiki články, kde to je zapotřebí. Jak je známo, Arch následuje BSD init konvenci na rozdíl od častěji používané SysV metody. To znamená, že nejsou velké rozdíly mezi runlevely, neboť systém je standardně nastaven tak, že používá stejné moduly a procesy ve všech runlevelech.Výhodou je, že uživatelé mohou jednoduše nastavit průběh startu systému (viz. rc.conf); nevýhodou ale je ztráta možnosti některých jemných nastavení, které nabízí SysV. V článku Adding Runlevels (Česky) je popsán způsob, jak nahackovat některé jakoby SysV schopnosti do Archu. V článkuWikipedia:init jsou popsány další rozdíly mezi SysV a BSD metodou.

Before init

Poté, co je sytém zapnut a POST dokončen, nalezne BIOS preferované bootovací médium a předá kontrolu programu v Master Boot Record (Česky) na tomto médiu. Na GNU/Linux počítači se často v MBR nalézá bootloader jako je např. GRUB (Česky) nebo LILO (Česky). Bootloader pak uživateli nabídne možné operační systémy pro bootování, např. Arch Linux a Windows v tzv.dual-boot sestavě. Jakmile je Arch zvolen, dekomprimuje se a naloaduje do paměti obraz jádra (momentálně kernel26.img) ze složky /boot v souborovém systému na médiu.

Jádro je základ operačního systému. Operuje v nízké úrovni systému (kernelspace) a zprostředkovává interakce mezi hardwarem a programy. K dosažení efektivního využití CPU používá jádro plánovač, který určuje, jaký program bude mít v daném okamžiku prioritu, čímž docílí iluze, že je více programů prováděno zároveň.

Poté, co se jádro naloaduje, načte informace z initframs (initial RAM filesystem). Účel initramfs je zavést systém do stavu, kdy už má přístup ke kořenovému souborovému systému (viz. FHS ). To znamená, že moduly potřebné k přístupu k zařízením jako jsou např. IDE, SCSI, or SATA disky (nebo USB/FW, v případě bootování z USB/FW disku) musí být naloadovány. Jakmile se z initramfs naloadují správné moduly, buď manuálně, nebo prostřednictvím udev, předá se kontrola zpět jádru a bootování pokračuje. Díky tomu musí v initramfs být pouze moduly potřebné k přístupu ke kořenovému souborovému systému, tudíž nemusí obsahovat všechny ostatní moduly, které by mohly být kdy použity, protože většina modulů bude naloadována později během init procesu.

Pak jádro vyhledá init program, který se nachází v /sbin/init. init závisí na glibc, GNU C knihovně. Knihovny jsou sbírky často používaných programových rutin a jsou snadno identifikovatelné rdíky jejich souborové příponě *.so. Jsou nezbytné pro základní funkčnost systému. Tato část bootování se nazývá early userspace.

init: Arch bootovací skripty

Hlavní spouštěcí proces v Archu je inicializován programem init, který zavolá všechny ostatní procesy. Účelem init je dovést systém do použitelného stavu využitím bootovacích skriptů. Jak už bylo řečeno, Arch používá BSD-style boot skripty. init načte soubor /etc/inittab; standardní inittab začíná tímto:

/etc/inittab

...

# Boot to console
id:3:initdefault:
# Boot to X11
#id:5:initdefault:

rc::sysinit:/etc/rc.sysinit
rs:S1:wait:/etc/rc.single
rm:2345:wait:/etc/rc.multi
rh:06:wait:/etc/rc.shutdown
su:S:wait:/sbin/sulogin

...

První nezakomentovaný řádek definuje implicitní systémový runlevel (3). Když jádro zavolá init:

• Nejdřív se spustí inicializační skript /etc/rc.sysinit (což je Bash skript).
• Jestliže je definován single user mode (runlevel 1 nebo S), spustí se skript /etc/rc.single.
• Pro jakýkoli jiný runlevel (2-5) se spustí skript /etc/rc.multi.
• Poslední spuštěný skript je /etc/rc.local (prostřednictvím /etc/rc.multi), který je standardně prázdný.

/etc/rc.sysinit

rc.sysinit je obsáhlý skript, který v se podstatě postará o všechno nastavení hardwaru a další obecné inicializační úlohy. Jeho spuštění lze poznat díky jeho prvním úkonům - vypsání těchto řádků:

Arch Linux
https://www.archlinux.org
Copyright 2002-2007 Judd Vinet
Copyright 2007-2010 Aaron Griffin
Distributed under the GNU General Public License (GPL)

Hrubý přehled úloh:

• Zavolá (prostřednictvím programu source) /etc/rc.conf skript
• Zavolá /etc/rc.d/functions skript
• Zobrazí uvítací zprávu
• Namountuje různé virtuální souborové systémy
• Vytvoří soubory reprezentující formální zařízení
• Spustí minilogd
• Zobrazí output programu dmesg
• Nastaví hardwarové hodiny
• Vyprázdní soubor /proc/sys/kernel/hotplug
• Spustí udev zkontroluje udev události
• Spustí loopback rozhraní
• Naloaduje moduly definované v MODULES poli,které je definováno vrc.conf
• Nastaví RAID a mapování zašifrovaných souborových systémů
• Provede vynucenou kontrolu oddílů (fsck) v případě, že se v souboru /etc/fstab nacházejí potřebné instrukce
• Namountuje lokální oddíly a swap oblasti (síťové disky nejsou namountovány, dokud není aktivován síťový profil)
• Aktivuje swap oblasti
• Nastaví hostname, lokální a systémové hodiny na základě definic v rc.conf
• Odstraní různé zbylé/dočasné soubory, např. /tmp/*
• Nastaví lokalizaci, mapování konzole a klávesnice
• Nastaví font pro konzole
• Vypíše výstup dmesg do /var/log/dmesg.log

/etc/rc.sysinit je skript a není určen pro deklarace různých nastavení, protože zavolá (programem source - načte a zdědí proměnné a funkce) rc.conf kvůli nastavením /etc/rc.d/functions kvůli funkcím, které vytváří grafický výstup (hezké barvy, zarovnání, přepínání 'busy' na 'done', atd.). Tudíž neexistuje žádný zvláštní důvod pro editaci tohoto souboru, kromě případu, kdy záměr je urychlit bootování.

/etc/rc.single

Single-user mód nabootuje přímo do root účtu a měl by tedy být použit pouze v případě, že nelze nabootovat normálním způsobem. Tento skript zaručí, že budou spušteni pouze tito démoni: syslog-ng a udev. Tento mód je vhodný pro opravu sytému v případě, že je potřeba zamezit přístupu ostatních uživatelů, kteří by mohli způsobit ztrátu dat apod. Z toho módu lze pokračovat do multi-user módu zadáním příkazu 'exit'.

/etc/rc.multi

/etc/rc.multi is run on any multi-user runlevel (i.e. 2, 3. 4 and 5) which basically means any ordinary boot. Typically, users will not notice the transition from rc.sysinit to rc.multi as rc.multi also uses the functions file to produce output. This script has three tasks:

• First, it runs sysctl (to modify kernel parameters at runtime) which applies the settings in /etc/sysctl.conf. Arch has very few of these by default; mainly networking settings.
• Secondly, and most importantly, it starts daemons, as per the DAEMONS array in rc.conf.
• Finally, it will run /etc/rc.local.

/etc/rc.local

rc.local is the local multi-user startup script. Empty by default, it is a good place to put any last-minute commands the system should run at the very end of the boot process. Most common system configuration tasks (like loading modules, changing the console font, or setting up devices) usually have a dedicated place where they belong. To avoid confusion, ensure that whatever one intends to add to rc.local is not already residing in /etc/profile.d, or any other existing configuration location instead.

When editing this file, keep in mind that it is run after the basic setup (modules/daemons), as the root user, and whether or not X starts. Here is an example which just un-mutes the ALSA sound settings:

/etc/rc.local

#!/bin/bash

# /etc/rc.local: Local multi-user startup script.

amixer sset 'Master Mono' 50% unmute &> /dev/null
amixer sset 'Master' 50% unmute &> /dev/null
amixer sset 'PCM' 75% unmute &> /dev/null

Another common usage for rc.local is to apply various hacks when one cannot make the ordinary initialization work correctly.

Custom hooks

Hooks can be used to include custom code in various places in the rc.* scripts.

Hook Name	When hook is executed
sysinit_start	At the beginning of rc.sysinit
sysinit_udevlaunched	After udev has been launched in rc.sysinit
sysinit_udevsettled	After uevents have settled in rc.sysinit
sysinit_prefsck	Before fsck is run in rc.sysinit
sysinit_postfsck	After fsck is run in rc.sysinit
sysinit_premount	Before local filesystems are mounted, but after root is mounted read-write in rc.sysinit
sysinit_end	At the end of rc.sysinit
multi_start	At the beginning of rc.multi
multi_end	At the end of rc.multi
single_start	At the beginning of rc.single
single_prekillall	Before all processes are being killed in rc.single
single_postkillall	After all processes have been killed in rc.single
single_udevlaunched	After udev has been launched in rc.single
single_udevsettled	After uevents have settled in rc.single
single_end	At the end of rc.single
shutdown_start	At the beginning of rc.shutdown
shutdown_prekillall	Before all processes are being killed in rc.shutdown
shutdown_postkillall	After all processes have been killed in rc.shutdown
shutdown_poweroff	Directly before powering off in rc.shutdown

To define a hook function, create a file in /etc/rc.d/functions.d using:

function_name() {
   ...
}
add_hook hook_name function_name

Files in /etc/rc.d/functions.d are sourced from /etc/rc.d/functions. You can register multiple hook functions for the same hook, as well as registering the same hook function for multiple hooks. Don't define functions named add_hook or run_hook in these files, as they are defined in /etc/rc.d/functions.

Example

Adding the following file will disable the write-back cache on a hard drive before any daemons are started (useful for drives containing MySQL InnoDB files).

/etc/rc.d/functions.d/hd_settings

hd_settings() {
    /usr/bin/hdparm -W0 /dev/sdb
}
add_hook sysinit_udevsettled hd_settings
add_hook single_udevsettled  hd_settings

First it defines the function hd_settings, and then registers it for the single_udevsettled and sysinit_udevsettled hooks. The function will then be called immediately after uvents have settled in /etc/rc.d/rc.sysinit or /etc/rc.d/rc.single.

init: Login

By default, after the Arch boot scripts are completed, the /sbin/agetty program prompts users for a login name. After a login name is received, /sbin/agetty calls /bin/login to prompt for the login password.

Finally, with a successful login, the /bin/login program starts the user's default shell. The default shell and environment variables may be globally defined within /etc/profile. All variables within a user's home directory shall take precedence over those globally defined under /etc. For instance, if two conflicting variables are specified within /etc/profile and ~/.bashrc, the one dictated by ~/.bashrc shall prevail.

Other options include mingetty which allows for auto-login and rungetty which allows for auto-login and automatically running commands and programs, e.g. the always useful htop.

The majority of users wishing to start an X server during the boot process will want to install a display manager, and see Display Manager for details. Alternatively, Start X at Boot outlines methods that do not involve a display manager.

See also

• Startup files

External resources

• Boot Linux Grub Into Single User Mode
• Boot with GRUB
• Inside the Linux boot process
• Linux / Unix Command: sysctl.conf
• Search the forum for rc.local examples
• Wikipedia:Linux startup process
• Wikipedia:initrd