Процесс загрузки, инициализация и завершение работы
Введение
Одна из наиболее мощных сторон Linux связана с ее открытым методом запуска и остановки операционной системы; Linux загружает определенные программы, используя их особую конфигурацию, что позволяет вам изменять эти конфигурации для контроля процесса загрузки и останавливать работу системы элегантно и организовано.Помимо задач контроля загрузки и процесса завершения работы, открытый характер Linux облегчает в большинстве случаев точное определение источников проблем, связанных с запуском и остановкой системы. Понимание основ этого является весьма полезным для всех, кто использует Linux.
Множество систем Linux используют lilo (LInux LOader) для загрузки операционных систем. Мы обсудим только GRUB, т. к. он проще в использовании и является более гибким. Если вам необходима информация о lilo, обратитесь к man-страницам и HOWTO. Оба загрузчика поддерживают двойные загрузки; мы ссылаемся на HOWTO по этому вопросу для практических примеров и справочной информации.
Загрузочный процесс
Когда загружается компьютер x86, процессор просматривает конец системной памяти на обнаружение BIOS (Basic Input/Output System) и запускает его. (Программа BIOS записывается в постоянной памяти только для чтения, и всегда доступна для использования.) BIOS обеспечивает низкоуровневый интерфейс для периферийных устройств и контролирует первый шаг процесса загрузки.BIOS тестирует систему, ищет и проверяет периферию, и затем ищет устройство, чтобы использовать его для загрузки системы. Обычно BIOS проверяет устройство для дискет (или на многих современных системах дисковод CD-ROM) на наличие загрузочного диска, если их там нет, то смотрит на жестком диске. Последовательность устройств, используемых для загрузки, обычно контролируется индивидуальными для системы настройками BIOS. После того, как Linux установлен на жесткий диск, BIOS ищет главную загрузочную запись (Master Boot Record - MBR), начиная с первого сектора первого жесткого диска, загружает его содержимое в память и передает ему управление.
MBR содержит инструкции о том, как загрузить загрузчик GRUB (или LILO), использующий предварительно заданные операционные системы. MBR загружает загрузчик, который принимает на себя процесс (если загрузчик установлен в MBR). В стандартной конфигурации Red Hat Linux GRUB использует настройки в MBR для отображения параметров загрузки в меню. Как только GRUB получил корректные инструкции для запуска операционной системы либо из его командной строки или из файла конфигурации, он находит необходимые загрузочные файлы и удаляется от управления машиной в данной операционной системе.
Особенности GRUB
Этот метод загрузки называется прямой загрузкой, поскольку инструкции используются для непосредственной загрузки операционной системы, без какого-либо промежуточного кода между загрузчиком и основными файлами операционной системы (например, ядром). Процесс загрузки, используемый в других операционных системах, может незначительно отличаться от вышеуказанного. Например, операционные системы Microsoft (DOS и Windows) полностью переписывают MBR, когда они устанавливаются без учета какой-либо текущей конфигурации MBR. Все они стирают любую другую информацию, хранящуюся в MBR от других операционных систем, таких как Linux. Операционные системы Microsoft, также как и другие разные проприетарные операционные системы, загружаются с помощью метода цепной загрузки. При использовании этого метода, MBR указывает на первый сектор раздела, на котором находится операционная система, где находит специальные файлы, необходимые для фактической загрузки данной операционной системы.GRUB поддерживает оба загрузочных метода, что позволяет использовать его практически с любой операционной системой, наиболее популярными файловыми системами, и практически любым жестким диском, который сможет распознать ваш BIOS.
GRUB содержит ряд других особенностей. Из них наиболее важные:
- GRUB обеспечивает истинно командное, предшествующее ОС, окружение на машинах x86 для обеспечения максимальной гибкости при загрузке операционной системы с определенными параметрами или сбора информации о системе.
- GRUB поддерживает режим логической адресации блоков (LBA), необходимый для доступа ко многим IDE и всем SCSI жестким дискам. До LBA жесткие диски могли столкнуться с 1024-цилиндровый пределом, когда BIOS после этого места не может найти файл.
- Конфигурационный файл GRUB читается с диска каждый раз при загрузке системы, освобождая вас от необходимости писать поверх MBR при каждом изменении параметров загрузки.
Init
Ядро, как только оно загружено, находит init в sbin и выполняет его.Когда init запускается, то становится родителем и прародителем всех процессов, которые запускаются автоматически в вашей системе Linux. Первое, что делает init, читает его файл инициализации /etc/inittab. Он инструктирует init прочитать первоначальный сценарий конфигурации для окружения, в котором определены пути, запускается своппинг, проверяются файловые системы и так далее. В принципе, этот шаг позаботится обо всем, что ваша система должна сделать при своей инициализации: установка часов, инициализация последовательных портов и т.д.
Затем init продолжает читать файл /etc/inittab, который описывает, каким образом система должна подниматься на каждом уровне запуска и устанавливает уровень выполнения по умолчанию. Уровень выполнения определяет конфигурацию процессов. Все UNIX-подобные системы могут работать в различных конфигурациях, среди них есть однопользовательский режим, который называется уровнем выполнения 1 или S (или s). В этом режиме только системный администратор может подключиться к системе. Он используется для выполнения задач по обслуживанию без риска повреждения системы или пользовательских данных. Естественно, в такой конфигурации нам не следует предоставлять пользовательские службы, так что все они будут отключены. Другой уровень выполнения — это режим перезагрузки, или уровень 6, который завершает все запущенные службы, выполнив надлежащие процедуры, и перезагружает систему.
Используйте who для проверки, каким является ваш текущий уровень выполнения:
willy@ubuntu:~$ who -r run-level 2 2006-10-17 23:22 last=SПодробнее об уровнях выполнения в следующем разделе, см. Раздел "Уровни выполнения Init".
После того, как для вашей системы определяется уровень выполнения по умолчанию, init запускает все фоновые процессы, необходимые для запуска системы, просматривая соответствующую для данного уровня выполнения директорию rc. init выполняет каждый kill-сценарий (их файловые имена начинаются с K) с параметром stop. Затем он проходит все запускающие сценарии (их имена файлов начинаются с S) в соответствующем уровню выполнения каталоге, с тем, чтобы все службы и приложения запустились правильно. На самом деле вы вручную можете выполнить те же сценарии после того, как система завершит загрузку, командами подобными /etc/init.d/httpd stop или service httpd stop, войдя в систему с правами root; в этом случае останавливается веб-сервер.
Особый случай.Обратите внимание, что при запуске операционной системы скрипты в rc2.d и rc3.d, как правило, выполняются. В этом случае, никакие службы не останавливаются (по крайней мере, не навсегда). Службы только запускаются.
[jean@blub /etc/rc5.d] ls K15httpd@ K45named@ S08ipchains@ S25netfs@ S85gpm@ K16rarpd@ K46radvd@ S08iptables@ S26apmd@ S90crond@ K20nfs@ K61ldap@ S09isdn@ S28autofs@ S90xfs@ K20rstatd@ K65identd@ S10network@ S30nscd@ S95anacron@ K20rusersd@ K74ntpd@ S12syslog@ S55sshd@ S95atd@ K20rwalld@ K74ypserv@ S13portmap@ S56rawdevices@ S97rhnsd@ K20rwhod@ K74ypxfrd@ S14nfslock@ S56xinetd@ S99local@ K25squid@ K89bcm5820@ S17keytable@ S60lpd@ K34yppasswdd@ S05kudzu@ S20random@ S80sendmail@Затем init проходит через уровень выполнения, чтобы задать уровень по умолчанию, сценарий /etc/inittab разветвляется процессом getty для каждой виртуальной консоли (приглашение на вход в текстовом режиме). getty открывает строки tty, устанавливает их режимы, печатает строку входа, получает имя пользователя, и затем начинает процесс входа для данного пользователя. Это позволяет пользователям представится системе и использовать ее. По умолчанию, большинство систем предлагают 6 виртуальных консолей, но, как вы можете увидеть из файла inittab, это можно изменить.
/etc/inittab может также указать init, как тот должен обрабатывать пользовательское нажатие Ctrl + Alt + Delete в консоли. Поскольку система должна надлежащим образом выключаться и перезапускаться, а не прекращать немедленно работу, init сообщается выполнить команду /sbin/shutdown -t3 -r now, например, когда пользователь нажимает эти клавиши. Кроме того, /etc/inittab устанавливает, что init должен делать в случае отключения электропитания, если у вашей системы есть UPS unit, прикрепленный к ней.
В большинстве систем, основанных на RPM, графический экран для входа запускается на уровне выполнения 5, где /etc/inittab запускает скрипт под названием /etc/X11/prefdm. Скрипт prefdm преимущественно работает в графическом менеджере X, основываясь на содержимом каталога /etc/sysconfig/desktop. Это, как правило, gdm, если вы работаете на GNOME или kdm, если вы используете KDE, но они могут быть смешаны, кроме того, есть xdm, который предоставляется при стандартной установке X.
Но есть и другие возможности. В Debian, например, есть initscript для каждого менеджера дисплея, и содержание /etc/X11/default-display-manager используется для определения того, какой из них запустить. Подробнее о графическом интерфейсе можно прочитать в Разделе 7.3. "Графическая среда". В конечном счете, ваша системная документация разъяснит подробности высокоуровневых аспектов init.
Каталоги /etc/default и/или /etc/sysconfig содержат записи для целого ряда функций и служб, все это читается во время загрузки. Местонахождение директории, содержащей системные настройки по умолчанию, может несколько различаться в зависимости от вашего дистрибутива Linux.
Кроме того, графическая среда пользователя, ряд других служб могут быть запущены также. Но если все пойдет хорошо, то когда процесс загрузки завершается, вы видите приглашение для входа или графический экран для входа.
Другие процедуры. Мы объяснили, как SysV init работ на базе x86. Запуск процедур может различаться на других архитектурах и дистрибутивах. Другие системы могут использовать BSD-стиль init, когда загрузочные файлы не разделяются на множество каталогов /etc/rc.d. Также может оказаться, что ваша система использует /etc/rc.d/init.d вместо /etc/init.d.
Уровни выполнения Init
Идея функционирования различных служб на разных уровнях выполнения по существу вращается вокруг того факта, что различные системы могут быть использованы по-разному. Некоторые службы не могут быть использованы, пока система находится в определенном состоянии или режиме, таком как быть готовой к более чем одному пользователю или доступной сети.Бывают периоды, в которые вы можете работать с системой в низкоуровневом режиме. Примеры: решение проблем испорченного диска на уровне выполнения 1, так чтобы у других пользователей не было возможности быть в системе, или оставить сервер на уровне выполнения 3 (без работающей X сессии). В этих случаях, функционирование сервисов, которые зависят от высокоуровневого режима системы, не имеет смысла, т. к. они не будут работать правильно в любом случае. Уже имеющимся службам назначается их запуск, когда будет достигнут определенный уровень выполнения; вы обеспечиваете последовательный запуск процессов, и вы можете быстро изменить режим машины, не беспокоясь о том, что вручную придется запускать и останавливать службы.
Доступные уровни выполнения, как правило, описаны в файле /etc/inittab, содержимое которого частично показано ниже:
# # inittab This file describes how the INIT process should set up # the system in a certain run-level. # Default run level. The run levels are: # 0 - halt (Do NOT set initdefault to this) # 1 - Single user mode # 2 - Multiuser, without NFS # (The same as 3, if you do not have networking) # 3 - Full multiuser mode # 4 - unused # 5 - X11 # 6 - reboot (Do NOT set initdefault to this) # id:5:initdefault: <--cut-->Вы можете настроить неиспользованные уровни выполнения (обычно уровень 4) как вы считаете нужным. Многие пользователи настраивают эти уровни выполнения, таким образом, который наиболее подходит для них, оставляя стандартные уровни, поскольку они существуют по умолчанию. Это позволяет им быстро входить в и выходить из их пользовательской конфигурации, не нарушая нормальной установки свойств на стандартных уровнях запуска.
Если ваша машина оказывается в ситуации, когда она не может загрузиться из-за испорченного /etc/inittab или не позволят вам войти, т.к. вы повредили файл /etc/passwd (или если вы просто забыли свой пароль), загрузитесь в однопользовательском режиме.
Без графики?Когда вы работаете в текстовом режиме, т. к. не был предоставлен экран графического входа на вашей машине, обычно вы можете переключаться на консоль 7. Если это не так, проверить текущий режим работы с помощью команды who -r. Если он установлен на что-нибудь другое, чем есть оригинальные установки по умолчанию в /etc/inittab, то вероятно это может быть причина того, что система не запускается в графическом режиме по умолчанию. В таком случае обратитесь к системному администратору или прочитайте man init. Заметим, что переключение режимов работы осуществляется преимущественно с использованием команды telinit; переключение из текстовой в графическую консоль или наоборот не подразумевает изменение режима выполнения.
Инструменты
Если в вашей системе установлены утилиты chkconfig или update-rc.d, то они обеспечат простой инструмент командной строки для поддержания иерархии каталога /etc/init.d. Это освобождает системных администраторов от необходимости напрямую управлять многочисленные символическими ссылками в каталогах в /etc/rc[x].d.Кроме того, некоторые системы предлагают инструмент ntsysv, который предоставляет текстовый интерфейс; вы можете сочти его легче в использовании, чем интерфейс командной строки chkconfig. В SuSE Linux, вы обнаружите инструменты yast и insserv. В Mandriva есть Mandriva Linux Control Center (Центр управления Mandriva Linux).
Большинство дистрибутивов обеспечивают графический пользовательский интерфейс для настройки процессов; обратитесь к вашей системной документации.
Все эти утилиты должны быть запущен под root. Системный администратор также может вручную создать соответствующие ссылки в каждом каталоге режима выполнения для того, чтобы запустить или остановить службы определенного режима.
Shutdown – выключение
UNIX была создана как система, которая не останавливается, но если вам это действительно надо, используйте команду shutdown. Опция -h будет остановить систему, а -r будет перезагружать ее.Команды reboot и halt теперь способны вызывать shutdown, когда система находится в режимах выполнения 1-5, и таким образом обеспечить надлежащее завершение ее работы, но это плохая привычка, поскольку не во всех версиях UNIX/Linux есть такая возможность.
Пока ваш компьютер сам не выключится, вы не должны выключать его, пока не увидите сообщение с указанием, что система остановилась или все процессы завершились, т. к. система должна отключить все разделы. Нетерпеливость может привести к потере данных.
