Arch boot process (Italiano)

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Questo articolo intende descrivere l'ordine cronologico del processo di avvio di Arch, ed i file che lo interessano, fornendo link a sezioni del wiki dove necessario. Arch come BSD utilizza init, contrariamente al più diffuso SysV. Ciò implica una lieve distinzione tra i runlevel, dato che il sistema di default usa gli stessi moduli e gli stessi processi in tutti i runlevel. Il vantaggio è che gli utenti potranno configurare in maniera molto semplice il processo di avvio(vedere rc.conf); lo svantaggio è che alcune configurazioni interessanti che offre SysV vanno perse. Consultare la guida su come aggiungere runlevel in modo da utilizzare alcune opzioni di SysV in Arch. Consultare Wikipedia:init per approfondire maggiormente le distinzioni tra SysV ed il metodo BSD.

Prima di init

Dopo che la macchina viene accesa ed il POST è stato completato, il BIOS identifica la periferica impostata per il boot e passa il controllo al settore di avvio (Master Boot Record) della periferica. Su una macchina GNU/Linux, spesso viene installato sul MBR del disco un bootloader come GRUB Legacy o LILO. Il bootloader offre diverse opzioni di avvio, come Arch Linux e Windows configurati in dual-boot. Una volta che viene selezionata Arch, il bootloader carica il kernel (vmlinuz-linux) ed Il ramdisk iniziale (initramfs-linux.img) in memoria e dopo avvia il kernel, passando all'indirizzo di memoria dell'immagine.

Il kernel è il cuore di un sistema operativo. Esso lavora a basso livello (kernelspace) interagendo tra le periferiche della macchina, ed i programmi che ne richiedono le risorse per funzionare. Per sfruttare la CPU in modo efficiente, il kernel usa un sistema di pianificazione per decidere a quale processo assegnare la priorità e quando, creando così l'illusione(per l'occhio umano) che i processi vengano eseguiti contemporaneamente.

Dopo essere stato caricato, il kernel decomprime l'initramfs (initial RAM filesystem), che diventa il file system di root iniziale. Il kernel successivamente esegue /init come primo processo. La fase early userspace inizia.

L'obiettivo di initramfs è di effettuare il bootstrap del sistema fino a che quest'ultimo non sia in gradi di accedere al filesystem di root (vedi FHS per maggiori informazioni). Ciò significa che ogni modulo richiesto dalle periferiche come dischi IDE, SCSI, o SATA (oppure USB/FireWire, se si effettua il boot da una di queste periferiche) deve essere caricabile dall'initramfs se non è stato compilato all'interno del kernel; Una volta sono caricati i moduli necessari, (sia da un programma, sia con uno script che tramite udev), il processo di boot continua. Per questa ragione nell'initramfs è necessaria la sola presenza dei moduli assolutamente indispensabili per l'accesso al filesystem di root(/); non è quindi necessario che contenga tutti i moduli che servono al completo funzionamento della macchina. La maggior parte dei moduli sarà caricata in seguito da udev, durante la fase di init.

Alla fase finale della early userspace, la vera root è stata montata, e si sostituisce al file system di root iniziale. /sbin/init è eseguito, sostituendo il processo /init.

Vedi anche:Early Userspace in Arch Linux

init e gli script di boot di Arch

Il principale processo di avvio di Arch è inizializzato da init, il quale genera tutti gli altri processi. L'obbiettivo di init è di portare il sistema ad uno stato in cui possa essere utilizzato, servendosi degli script di avvio. Come detto in precedenza Arch utilizza degli script di avvio simili a quelli di BSD. init legge il file /etc/inittab; il file inittab di default comincia così:

/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

...

La prima linea non commentata definisce il runlevel di default del sistema(3). Cosa succede quando il kernel richiama init:

  • Per prima cosa vine eseguito lo script di inizializzazione, /etc/rc.sysinit (uno script Bash).
  • Se si avvia in single user mode(runlevel 1 o S), verrà eseguito lo script /etc/rc.single.
  • Se viene avviato un altro runlevel(2-5), verrà lanciato invece lo script /etc/rc.multi.
  • L'ultimo script ad essere eseguito sarà /etc/rc.local (tramite /etc/rc.multi) che di default è vuoto.
Nota: Se si possono ottenere maggiori informazioni riguardo a Init e inittab.

/etc/rc.sysinit

Il file /etc/rc.sysinit è un grande script che si occupa di tutta la configurazione dell'hardware, e di alcuni compiti di inizializzazione. Può essere identificato da uno dei suoi primi compiti, inviare al video le linee:

Arch Linux
http://www.archlinux.org

I compiti di rc.sysinit sono:

  1. Includere il file /etc/rc.conf.
  2. Includere il file /etc/rc.d/functions.
  3. Visualizzare un messaggio di benvenuto.
  4. Montare vari filesystem virtuali.
  5. Assicurarsi che rootfs sia montato in sola lettura (se è richiesto).
  6. Avviare bootlogd.
  7. Visualizzare avvisi di deprecazioni.
  8. Configurare l'orologio del bios.
  9. Avviare udev, caricare i moduli dall'array MODULES definito in rc.conf ed attendere che udev finisca di processare gli eventi coldplug.
  10. Avviare l'interfaccia di loopback.
  11. Configurare RAID, btrfs e le mappature dei file system criptati.
  12. Controllare le partizioni (fsck).
  13. Rimontare rootfs al fine di applicare le opzioni di /etc/fstab.
  14. Montare i file system locali (le condivisioni di rete non verranno montate fino a che un profilo di rete non sarà attivo).
  15. Avviare il monitoraggio dei gruppi di volumi LVM.
  16. Attivare la swap.
  17. Impostare il fuso orario locale.
  18. Inizializzare il seme random.
  19. Rimuovere vari residui dei file temporanei come /tmp/*.
  20. Impostare il nome macchina (hostname), la lingua (locale) e l'orologio di sistema secondo le impostazioni di /etc/rc.conf.
  21. Configurare la lingua, la console e la mappatura della tastiera.
  22. Impostare i caratteri per la console.
  23. Scrivere gli output dei comandi in /var/log/dmesg.log.

/etc/rc.sysinit è uno script e non un file di configurazione. Esso include (quindi ottiene le variabili da) rc.conf per le configurazioni e /etc/rc.d/functions per le funzioni che producono l'output grafico (colori, allineamento, ad esempio il passaggio dei demoni da 'busy' a 'done' ecc.). Questo file non dovrebbe essere modificato manualmente dato che viene sovrascritto con gli upgrade di initscripts. Per aggiungere personalizzazioni è consigliato usare gli hook come descritto più sotto.

/etc/rc.single

La modalità a singolo utente(single-user mode) si avvierà come utente root, e dovrebbe essere usata se il sistema non riesce ad avviarsi normalmente o in caso di manutenzione del sistema. Questo script assicura che non siano in esecuzione altri demoni se non quelli essenziali: syslog-ng ed udev. La modalità single-user è utile per la manutenzione del sistema essa infatti impedisce agli utenti di connettersi da remoto evitando quindi che vengano effettuate operazioni che possano portare a perdite di dati o danneggiamenti. Dalla modalità single-user gli utenti possono tornare ad effettuare l'accesso alla normale sessione (multi-user) digitando "exit" nel prompt dei comandi.

/etc/rc.multi

/etc/rc.multi viene eseguito per tutti i runlevel multiutente (es. 2, 3, 4 e 5), cioè ad ogni normale avvio. Normalmente, gli utenti non si accorgono del passaggio da rc.sysinit a rc.multi perché anche esso usa /etc/rc.d/functions per mandare messaggi a video. Questo script ha tre compiti:

  1. Innanzitutto, esegue sysctl (per modificare i parametri del kernel a runtime) facendo riferimento alle configurazioni presenti in /etc/sysctl.conf. Arch prevede già alcune opzioni all'interno del file; principalmente si tratta di opzioni di rete.
  2. Si occupa di avviare i demoni, secondo la disposizione nell'array DAEMONS in rc.conf.
  3. Infine, esegue /etc/rc.local.

/etc/rc.local

/etc/rc.local è lo script di avvio locale per le sessioni multiutente. È vuoto di default, è un ottimo posto dove inserire eventuali comandi che devono essere eseguiti alla fine del processo di boot. Alcune configurazioni (caricamento di moduli, cambiamenti nei font della console, accensione di periferiche) solitamente hanno un apposito file dove poter essere inserite. Per evitare confusione, assicurarsi che qualsiasi comando si voglia aggiungere al file rc.local non sia possibile inserirlo in /etc/profile.d, o in qualsiasi altro file di configurazione.

Mentre si modifica questo file, tenere presente che verrà eseguito dopo il setup di base (moduli/demoni), verrà eseguito come utente root, e sia che il server grafico (X) sia avviato o meno. In questo esempio viene utilizzato per togliere il muto ad alcuni canali audio di ALSA:

/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

Hook personalizzati

Gli HOOK possono essere utilizzati per inserire del codice personalizzato in varie parti degli script rc.*.

Nome Hook Tempi di esecuzione degli hook
sysinit_start All'inizio di rc.sysinit
sysinit_udevlaunched Dopo che udev è stato lanciato in rc.sysinit
sysinit_udevsettled Dopo che uevent si è stabilito in rc.sysinit
sysinit_prefsck Prima che fsck sia eseguito in rc.sysinit
sysinit_postfsck Dopo che fsck viene eseguito in rc.sysinit
sysinit_premount Prima che i file system locali siano montati, ma dopo che root venga montato in modalità lettura-scrittura in rc.sysinit
sysinit_end Alla fine di rc.sysinit
multi_start All'inizio di rc.multi
multi_end Alla fine di rc.multi
single_start All'inizio di rc.single
single_prekillall Prima che tutti i processi vengano uccisi in rc.single
single_postkillall Prima che tutti i processi vengano uccisi in rc.single
single_udevlaunched Dopo che udev è stato lanciato in rc.single
single_udevsettled Dopo che uevents si è stabilito in rc.single
single_end Alla fine di rc.single
shutdown_start All'inizio di rc.shutdown
shutdown_prekillall Prima che tutti i processi vengano uccisi in rc.shutdown
shutdown_postkillall Dopo che tutti i processi vengano uccisi in rc.shutdown
shutdown_poweroff Direttamente prima del powering off in rc.shutdown

Per definire una funzione hook, creare un file in /etc/rc.d/functions.d usando:

function_name() {
   ...
}
add_hook hook_name function_name

I file in /etc/rc.d/functions.d sono originati da /etc/rc.d/functions. È possibile registrare funzioni hook multiple per lo stesso hook, così come registrare la stessa funzione hook per hook multipli. Non definire funzioni chiamate add_hook o run_hook in questi file, dal momento che sono definiti in /etc/rc.d/functions.

Esempio

Aggiungendo il seguente file si consente la disattivazione della cache write-back su un hard drive prima che tutti i demoni vengano avviati (utile per drives contenenti file MySQL InnoDB).

/etc/rc.d/functions.d/hd_settings
hd_settings() {
    /sbin/hdparm -W0 /dev/sdb
}
add_hook sysinit_udevsettled hd_settings
add_hook single_udevsettled  hd_settings

Prima di tutto definisce la funzione hd_settings, e poi la registra per gli hook single_udevsettled e sysinit_udevsettled. La funzione viene quindi richiamata immediatamente dopo che uvents si è stabilito in /etc/rc.d/rc.sysinit o /etc/rc.d/rc.single.

init: Login

Di default, dopo che gli script di boot di Arch sono stati eseguiti, il programma /sbin/agetty richiede all'utente il nome di login. Dopo che il nome utente è stato digitato, /sbin/agetty richiama /bin/login il quale richiede la password.

Infine, una volta effettuato l'accesso, /bin/login avvierà la shell di default dell'utente. La shell di default e le variabili di ambiente possono essere definite nel file /etc/profile. Tutte le variabili dichiarate all'interno della cartella utente andranno a sostituire quelle definite in /etc. Ad esempio se definiamo la stessa variabile sia in /etc/profile che in ~/.bashrc quella che prevarrà sarà quella definita in ~/.bashrc.

Altre alternative sono mingetty che permette di effettuare l'auto-login (agetty ha l'opzione per l'auto-login a partire dalla versione 2.20 di util-linux) oppure rungetty che anch'essa permette l'auto-login ed inoltre permette di lanciare comandi e programmi in automatico, esempio htop.

La maggior parte degli utenti vorrà avviare un server X (server grafico) durante la fase di boot, e dovranno quindi installare un display manager per effettuare l'accesso, consultare Display Manager per maggiori dettagli. Alternativamente, questo articolo spiega come sia possibile fare a meno di un display manager.

Altre risorse