Как загружается Linux

Когда я осваивал Linux, мне было очень интересно что происходит при загрузке системы. Попытка разобраться в процессе загрузки привела меня в исходники загрузочных скриптов (/etc/inittab, /etc/rc*, /etc/init.d/*, …) и их конфигов (/etc/sysconfig/*, /etc/cond.f/*, …). Надо отметить серьёзные размеры и сложность этих скриптов - чтобы в них разобраться потребовалось немало времени. Но я в те времена искренне верил, что загрузка это сложный процесс, и что размеры и сложность загрузочных скриптов вполне оправданы. Когда меня окончательно достал RedHat, я решил собрать свой дистрибутив на базе LFS. Для своего дистрибутива пришлось самостоятельно разрабатывать загрузочные скрипты, и тут-то выяснилась правда: ничего сложного в процессе загрузки нет! Проработав 2.5 года на своём дистрибутиве (PoWeR Linux) я мигрировал на Gentoo (на качественную поддержку своего просто не хватало времени). Изучив загрузочные скрипты Gentoo я пришёл в ужас! Их размеры и сложность были ещё больше, чем у старого RedHat. После детального изучения стала ясна причина: один и тот же комплект загрузочных скриптов использовался и для LiveCD и для обычной системы - такой себе универсальный монстрик. Так что при переходе на Gentoo я решил взять загрузочные скрипты из PoWeR Linux а стандартные Gentoo-шные не использовать (т.е. у меня от Gentoo используется только portage). И с тех пор ещё 4 года эти скрипты работают у меня на домашней рабочей станции и кучке удалённых серверов.

Характеристики

Размер скриптов (всех вместе) - 316 строк, 7.5KB:

$ wc 1 3 lib.sh
199 703 5152 1
89 272 1671 3
28 118 770 lib.sh
316 1093 7593 итого

Минусы:

Всё в одном файле - при обновлении приложений практически невозможно автоматически обновить код инициализации этого приложения. Например, когда обновляется ALSA, то пакет может просто заменить файлы /etc/init.d/alsasound, /etc/conf.d/alsasound, /etc/modules.d/alsa. А в моём случае админу нужно будет ручками править /etc/runit/1. Нет поддержки всего на свете. Например, я не использую RAID и LVM - так что команды для их инициализации вам нужно будет добавлять самостоятельно. Вам нужно будет самостоятельно поддерживать эти скрипты. Я обычно при обновлении Gentoo поглядываю на изменения в (неиспользуемых мной) /etc/init.d/* скриптах и если меняется что-то важное - обновляю свои скрипты. Но, на практике, необходимость в таких изменениях возникает примерно раз в два года.

Плюсы:

Всё в одном небольшом файле - нет необходимости разыскивать по куче скриптов и их конфигов где настраивается то, что вам понадобилось; можно быстро и легко увидеть все базовые настройки системы.

Есть поддержка всего, что мне и моим друзьям за 6.5 лет было нужно на домашних компах и серверах.

Идеальны для изучения процесса инициализации Linux. Вы работаете с реальными базовыми командами Linux, которые одинаковы во всех дистрибутивах, а не со скриптами и конфигами специфичными для вашего дистрибутива.

Ускоряют загрузку системы. У меня домашняя машина грузится в single user mode (6 консолек с getty, syslog, klog, gpm) за 16.5 секунд. Я экспериментировал с параллельной загрузкой в стиле initng - эффект скорее отрицательный за счёт усложнения скриптов и порождения лишних процессов. Initng хорош для ускорения загрузки традиционных, раздутых скриптов, выполняющих множество ненужных действий, а в моём случае ускорять просто нечего. :) Не смотря на малый размер эти скрипты не только надёжно и быстро грузят систему, но и поддерживают несколько фич облегчающих жизнь админу:

Выполняемые команды сгруппированы в блоки по типам. В процессе загрузки выводятся названия блоков, с информацией были ли ошибки при выполнении команд блока. Если при выполнении блока команд были ошибки - выводится детальная информация по командам этого блока и возникшим ошибкам, после чего система ждёт 5 секунд нажатия любой кнопки для запуска bash и ручного исправления ошибок. После выхода из bash предлагается либо продолжить загрузку либо перегрузиться. Если ничего не нажимать, загрузка продолжится. Логи всего, что выводится при загрузке и отключении на экран (названия блоков команд и информация по возникающим ошибкам) сохраняются в файлах /var/log/boot, /var/log/shutdown. Благодаря этому можно на удалённых серверах посмотреть, как проходила загрузка/отключение. Пример сообщений выводимых при загрузке

+ UDEV
+ MODULES
+ SYSCTL
+ MTAB
- MOUNTALL
++ swapon -a
++ false
EXIT CODE: 1
++ mount -at nocoda,nonfs,noproc,noncpfs,nosmbfs,noshm
... press any key in 5 seconds to open shell ...
+ CLEANTMP
+ RANDOMSEED
+ HWCLOCK
+ SENSORS
+ LOADKEYS
+ SOUND
+ HOST_NAME
+ ENVUPDATE
+ NETWORK
+ RUNIT
+ DMESG

Runit

Для загрузки я вместо SysVinit использую Runit. Runit не поддерживает /etc/inittab, вместо этого в нём используется простая схема: При загрузке запускается скрипт /etc/runit/1. Его задача полностью проинициализировать систему. По завершению скрипта /etc/runit/1 запускается скрипт /etc/runit/2, который должен запустить все необходимые сервисы (syslog, getty, ssh, apache, …). Когда пользователь останавливает/перегружает систему запускается скрипт /etc/runit/3 который должен подготовить систему к отключению (завершить все процессы, отмонтировать диски, etc.). При желании можно настроить SysVinit для работы в том же стиле: Запуск /etc/runit/{1,2,3} из SysVinit: /etc/inittab id:3:initdefault: rc::bootwait:/etc/runit/1 l0:0:wait:/bin/sh -c '/etc/runit/3; exec /sbin/halt' l3:3:once:/etc/runit/2 l6:6:wait:/bin/sh -c '/etc/runit/3; exec /sbin/reboot' ca:12345:ctrlaltdel:/sbin/shutdown -r now

Сервисы Для запуска всех сервисов (getty, syslog, mysql, etc.) я использую тот же runit (по сути это просто немного улучшенный вариант daemontools). Но это отдельная большая тема, так что просто уточню что в этой статье скриптов для запуска сервисов нет, здесь только инициализация/отключение системы.

Исходники Вспомогательные функции: /etc/runit/lib.sh

#!/bin/bash
startlog() { exec 3>&1 4>&2 1> >(tee $1) 2>&1; }
stoplog() { exec 1>&3- 2>&4-; }
wanna() {
echo -e "\a... press any key in $2 seconds to $1 ..."
read -t $2 -n 1 -s </dev/console
}
emergency() {
if wanna "open shell" 5; then
bash --norc </dev/console &>/dev/console
if [[ "$0" == "/etc/runit/1" ]] && wanna "reboot now" 3; then
exit 100
fi
fi
}
trace() { trap 'ERR=$?' ERR; set -Ex; $1 2>&1; set +Ex; trap ERR; } 2>&-
try() {
local output=$( trace $1 )
if [[ "$output" =~ "ERR=" ]]; then
echo -e "\e[1m\e[31m - \e[37m$1\e[0m"
echo "$output" | sed $'s/.*ERR=\(.*\)/\a\033[36mEXIT CODE: \\1\033[0m/g'
emergency
else
echo -e "\e[1m\e[32m + \e[37m$1\e[0m"
fi
}

Startup: /etc/runit/1

#!/bin/bash
CONSOLE() {
dmesg -n 1
}
INIT() {
mount -n -t proc none /proc
mount -n -t sysfs none /sys
mount -n -t ramfs none /dev
mknod -m 660 /dev/console c 5 1
mknod -m 660 /dev/null c 1 3
ln -snf /proc/self/fd /dev/fd # needed for startlog in /etc/runit/lib.sh
}
UDEV() {
udevstart
### Standard add-on
ln -snf /proc/self/fd/0 /dev/stdin
ln -snf /proc/self/fd/1 /dev/stdout
ln -snf /proc/self/fd/2 /dev/stderr
ln -snf /proc/kcore /dev/core
mkdir /dev/pts
mkdir /dev/shm
mount -n -t devpts -o gid=5,mode=0620 none /dev/pts
### My custom add-on
ln -s vcs /dev/vcs0
ln -s dvd2 /dev/dvd
ln -s cdrom2 /dev/cdrom
mkdir /dev/lirc
mknod /dev/lirc/0 c 61 0
mknod /dev/vmmon c 10 165
mknod /dev/sdb b 8 16
mknod /dev/sdb1 b 8 17
}
MODULES() {
update-modules
### Network
modprobe -q skge
modprobe -q 8139too media=56 # 1=10half 17=10full 56=100full
modprobe -q sky2
### Lirc
setserial /dev/ttyS1 uart none
modprobe -q lirc_serial io=0x2f8 irq=3 # io=0x3f8 irq=4
### VMware
modprobe -q vmmon
modprobe -q vmnet
}
SYSCTL() {
sysctl -p /etc/sysctl.conf
}
MTAB() {
# Adding already-mounted fs to /etc/mtab
>/etc/mtab
mount -f /
awk '$2 != "/" {print}' /proc/mounts >> /etc/mtab
for i in $(cut -d ' ' -f 2 </etc/mtab); do mount -f -o remount "$i"; done
}
MOUNTALL() {
swapon -a
mount -at nocoda,nonfs,noproc,noncpfs,nosmbfs,noshm
}
CLEANTMP() {
# Cleaning up temporary files and locks, prepare utmp & wtmp
rm -rf /var/lib/net-scripts/state/*
rm -rf /var/run/console.lock /var/run/console/* # reset pam_console
find /var/lock -type f -print0 | xargs -0 rm -f --
find /var/run ! -type d ! -name utmp ! -name innd.pid \
! -name random-seed -exec rm -f -- {} \;
> /var/lock/.keep
rm -f /tmp/.X*-lock /tmp/esrv* /tmp/kio* /tmp/jpsock.* /tmp/.fam* /tmp/iceauth.* /tmp/xauth.*
rm -rf /tmp/.esd* /tmp/orbit-* /tmp/ssh-* /tmp/ksocket-* /tmp/.*-unix
rm -rf /tmp/.{ICE,X11}-unix
mkdir -p /tmp/.{ICE,X11}-unix
chmod 1777 /tmp/.{ICE,X11}-unix
}
RANDOMSEED() {
# Restoring random-seed.
[ -f /var/run/random-seed ] && cat /var/run/random-seed >>/dev/urandom
rm -f /var/run/random-seed
( umask 077 ; dd if=/dev/urandom of=/var/run/random-seed count=1 2>/dev/null )
}
HWCLOCK() {
if [ ! -f /etc/adjtime ]; then echo "0.0 0 0.0" > /etc/adjtime ; fi
hwclock --adjust --localtime
hwclock --hctosys --localtime
}
SENSORS() {
sensors -s
}
LOADKEYS() {
# Commands for TTY initialization like 'setfont' and 'echo -ne "\033(K"'
# shouldn't be executed in /etc/runit/1 because:
# - which TTYs should be initialized may depend on current runlevel
# - if TTY state become broken (for ex. after 'cat /dev/urandom'),
# then after logout and login TTY state should be reinitialized
# these commands should be executed before each getty invocation instead.
loadkeys koi2 # -q windowkeys
}
SOUND() {
alsactl -f /etc/asound.state restore
}
HOST_NAME() {
hostname home
echo "HOSTNAME='$(hostname)'" >/etc/env.d/01hostname
}
ENVUPDATE() {
env-update.sh -u
}
NETWORK() {
ifconfig lo 127.0.0.1 up
route add -net 127.0.0.0 netmask 255.0.0.0 gw 127.0.0.1 dev lo
iptables-restore </etc/iptables
ifconfig eth2 192.168.2.1 broadcast 192.168.2.255 netmask 255.255.255.0
ifconfig eth2:0 192.168.2.254
ifconfig eth1 192.168.1.2 broadcast 192.168.1.255 netmask 255.255.255.0
ifconfig eth0 192.168.10.2 broadcast 192.168.10.255 netmask 255.255.255.0
#route add default gw 192.168.1.1 dev eth1
}
RUNIT() {
# Set default action (shutdown or not) if Ctrl+Alt+Del pressed,
# but /etc/runit/ctrlaltdel don't setup /etc/runit/stopit.
touch /etc/runit/stopit
chmod 100 /etc/runit/stopit
# Set default action on shutdown (halt or reboot) if:
# - /etc/runit/1 crash or exit 100
# - /etc/runit/2 exit non 111
# - Ctrl+Alt+Del pressed, but /etc/runit/ctrlaltdel don't setup /etc/runit/reboot
touch /etc/runit/reboot
chmod 100 /etc/runit/reboot
# Set runlevel to:
# - single if kernel has param: S
# - RUNLEVELNAME if kernel has param: runlevel=RUNLEVELNAME
# - default if kernel has no params or unable to set requested runlevel
grep -q '\(^\| \)S\( \|$\)' /proc/cmdline && runlevel='single'
runsvchdir ${runlevel:-default} || runsvchdir default
}
SEND_MAIL() {
echo -e "To: root\nSubject: reboot at $(date)" | sendmail -t
}
DMESG() {
# Create an 'after-boot' dmesg log
touch /var/log/dmesg
chmod 640 /var/log/dmesg
dmesg > /var/log/dmesg
}
PATH=/sbin:/usr/sbin:/bin:/usr/bin
trap ':' INT QUIT TSTP
. /etc/runit/lib.sh
try CONSOLE
try INIT
startlog /var/log/boot
try UDEV
try MODULES
try SYSCTL
try MTAB
try MOUNTALL
try CLEANTMP
try RANDOMSEED
try HWCLOCK
try SENSORS
try LOADKEYS
try SOUND
try HOST_NAME
try ENVUPDATE
try NETWORK
try RUNIT
#try SEND_MAIL
try DMESG
stoplog
# Select next stage (exit 0 for stage 2, exit 100 for stage 3):
exit 0

Shutdown: /etc/runit/3

#!/bin/bash
CONSOLE() {
chvt 1
# Required in case getty was last process in this console and it leave
# console in broken state (\n work as <LF> without <CR>).
{ stty sane ; echo ; } >/dev/console
}
TERM() {
# Give a chance for all processes for clean exit.
# This also will kill all 'runsvdir' and signal all 'runsv' to exit.
killall5 -15
}
HWCLOCK() {
hwclock --systohc --localtime
}
SERVICES() {
sv force-stop /var/service/* &>/dev/null || :
}
SOUND() {
alsactl -f /etc/asound.state store
}
RANDOMSEED() {
umask 077
dd if=/dev/urandom of=/var/run/random-seed count=1 2>/dev/null
}
NETWORK() {
for i in $(ifconfig | grep '^[^ ]' | cut -d ' ' -f 1 | tac); do
ifconfig "$i" down
done
}
WTMP() {
/sbin/halt -w
}
KILL() {
# Goodbye to everybody...
killall5 -9
}
UMOUNTPSEUDO() {
# Unmounting memory filesystems:
umount -a -t tmpfs
swapoff -a
# Unmounting loopback devices first:
for d in $(grep '^/dev/loop' /proc/mounts | cut -d ' ' -f 2 | tac); do
eval "umount -d -r -f $'$d'"
done
umount -d -r -f -a -O bind
}
UMOUNTHDD() {
# Unmounting all filesystems:
for d in $(egrep -v '^[^/]|^/dev/root' /proc/mounts | cut -d ' ' -f 2 | tac); do
eval "umount -d -r -f $'$d'"
done
}
FINI() {
sync; sync
mount -n -o remount,ro / || { sleep 1; mount -n -o remount,ro /; }
}
PATH=/sbin:/usr/sbin:/bin:/usr/bin
trap ':' INT QUIT TSTP
. /etc/runit/lib.sh
try CONSOLE
startlog /var/log/shutdown
try TERM
try HWCLOCK
try SERVICES
try SOUND
try RANDOMSEED
try NETWORK
try WTMP
try KILL
try UMOUNTPSEUDO
try UMOUNTHDD
stoplog
try FINI