Внутреннее устройство Linux, стр. 32
5. Как происходит загрузка ядра Linux
Теперь вы знаете о физической и логической структуре системы Linux, что такое ядро и как работать с процессами. В этой главе вы получите информацию о том, как ядро начинает работу или загружается, иначе говоря, как ядро перемещается в память до того момента, где начинается первый пользовательский процесс.
Упрощенная схема процесса загрузки выглядит так.
1. Система BIOS или прошивка загрузки загружают и запускают загрузчик системы.
2. Загрузчик системы отыскивает образ ядра на диске, загружает его в память и запускает.
3. Ядро выполняет инициализацию устройств и их драйверов.
4. Ядро монтирует корневую файловую систему.
5. Ядро запускает команду init с идентификатором процесса 1. Эта точка является началом пространства пользователя.
6. Команда init приводит в действие остальные системные процессы.
7. В определенный момент команда init запускает процесс, позволяющий вам войти в систему. Обычно это происходит в конце или незадолго до окончания загрузки системы.
В этой главе рассмотрены шаги с первого по четвертый, основное внимание уделено загрузчикам ядра и системы. В главе 6 продолжается рассказ о загрузке пространства пользователя.
Способность определять каждую стадию процесса загрузки окажется неоценимой, когда вам придется устранять проблемы при загрузке, а также поможет понять систему в целом. Однако принятый по умолчанию режим загрузки во многих версиях Linux зачастую затрудняет (если не делает невозможным) идентификацию некоторых первых этапов, и вам, вероятно, удастся посмотреть на них только по их завершении, после входа в систему.
5.1. Сообщения при запуске
Традиционные системы Unix во время загрузки выводят множество диагностических сообщений, чтобы проинформировать вас о ходе загрузки. Эти сообщения исходят сначала от ядра, а затем от процессов и процедур инициализации, которые запускает команда init. Однако такие сообщения не очень привлекательны и последовательны, а в некоторых случаях они даже не слишком информативны. В большинстве современных версий Linux стараются скрыть их с помощью экранов загрузки, заполнителя и параметров загрузки. Кроме того, улучшенные аппаратные средства привели к тому, что ядро загружается намного быстрее, чем раньше, поэтому сообщения проскакивают настолько быстро, что было бы трудно уяснить, что происходит.
Существуют два способа увидеть сообщения ядра о загрузке и оперативной диагностике. Вы можете:
• заглянуть в системный журнал ядра. Обычно он находится в файле /var/log/kern.log, но в зависимости от конфигурации вашей системы может также оказаться вместе с другими системными журналами в каталоге /var/log/messages или где-либо еще;
• воспользоваться командой dmesg, не забыв при этом указать параметр less, поскольку результаты займут намного больше места, чем один дисплей. Команда dmesg использует циклический буфер ядра, размер которого ограничен, но в большинстве новых версий ядра буфер достаточно велик, чтобы хранить сообщения в течение длительного времени.
Вот пример того, что можно ожидать в результате работы команды dmesg:
$ dmesg
[ 0.000000] Initializing cgroup subsys cpu
[ 0.000000] Linux version 3.2.0-67-generic-pae (buildd@toyol) (gcc version 4.
6.3 (Ubuntu/Linaro 4.6.3-1ubuntu5) ) #101-Ubuntu SMP Tue Jul 15 18:04:54 UTC 2014
(Ubuntu 3.2.0-67.101-generic-pae 3.2.60)
[ 0.000000] KERNEL supported cpus:
—snip—
[ 2.986148] sr0: scsi3-mmc drive: 24x/8x writer dvd-ram cd/rw xa/form2 cdda tray
[ 2.986153] cdrom: Uniform CD-ROM driver Revision: 3.20
[ 2.986316] sr 1:0:0:0: Attached scsi CD-ROM sr0
[ 2.986416] sr 1:0:0:0: Attached scsi generic sg1 type 5
[ 3.007862] sda: sda1 sda2 < sda5 >
[ 3.008658] sd 0:0:0:0: [sda] Attached SCSI disk
—snip—
Процедура запуска пространства пользователя часто оставляет сообщения после запуска ядра. Эти сообщения будет сложнее увидеть и просмотреть, поскольку в большинстве систем они не находятся в одном файле журнала. Сценарии запуска, как правило, выводят собщения в консоль, а по завершении процесса загрузки они стираются. Тем не менее это не является проблемой, поскольку каждый сценарий обычно ведет собственный журнал. Определенные версии команды init, например Upstart и systemd, способны перехватывать диагностические сообщения процесса загрузки и обычной работы, которые в обычном случае отображаются в консоли.
5.2. Инициализация ядра и параметры загрузки
Во время запуска ядро системы Linux выполняет инициализацию в следующем порядке.
1. Проверка центрального процессора.
2. Проверка оперативной памяти.
3. Обнаружение шины устройств.
4. Обнаружение устройств.
5. Настройка вспомогательной подсистемы ядра (сеть и т. п.).
6. Монтирование корневой файловой системы.
7. Запуск пространства пользователя.
Первые шаги не слишком примечательны, но зато, когда ядро добирается до устройств, возникает вопрос о зависимостях. Например, драйверы дисковых устройств могут зависеть от поддержки шины и подсистемы SCSI.
Далее в ходе инициализации ядро должно смонтировать корневую файловую систему до запуска команды init. Как правило, вам не придется беспокоиться об этих процессах, исключая тот случай, когда необходимые компоненты являются загружаемыми модулями ядра, а не частями основного ядра. На некоторых компьютерах вам может потребоваться загрузить такие модули ядра до монтирования реальной корневой файловой системы. Мы рассмотрим этот вопрос и обходные пути его решения в разделе 6.8.
На момент написания книги ядро не выводит каких-либо специальных сообщений, когда оно готово к запуску первого пользовательского процесса. Тем не менее приведенные ниже сообщения об управлении памятью являются верным признаком того, что скоро вступит в игру пространство пользователя, так как именно сейчас ядро защищает собственную память от процессов из пространства пользователя:
Freeing unused kernel memory: 740k freed
Write protecting the kernel text: 5820k
Write protecting the kernel read-only data: 2376k
NX-protecting the kernel data: 4420k
Вы можете также увидеть сообщение о том, что в данный момент происходит монтирование корневой файловой системы.
примечание
Можете спокойно переходить к главе 6, чтобы узнать об особенностях запуска пространства пользователя и команде init, которую ядро запускает в качестве первого процесса. Далее в данной главе приводятся подробности запуска ядра.
5.3. Параметры ядра
При запуске ядра Linux загрузчик передает ему набор текстовых параметров ядра, которые говорят ядру о том, как оно должно быть запущено. Эти параметры описывают различные варианты действий, такие как, например, величина выполняемого ядром диагностического вывода и варианты настроек, зависящие от драйверов устройств.
Параметры ядра при загрузке вашей системы можно увидеть в файле /proc/cmdline:
$ cat /proc/cmdline
BOOT_IMAGE=/boot/vmlinuz-3.2.0-67-generic-pae root=UUID=70ccd6e7-6ae6-44f6-
812c-51aab8036d29 ro quiet splash vt.handoff=7
Эти параметры являются либо простыми однословными флагами, вроде ro и quiet, либо парами key=value, например vt.handoff=7. Многие из этих параметров не являются существенными, например флаг splash, отвечающий за отображение экрана загрузки. Действительно важным является параметр root. Он задает местоположение корневой файловой системы, без него ядро не может отыскать команду init, а следовательно, и выполнить запуск пространства пользователя.
Корневая файловая система может быть определена как файл устройства, например так:
root=/dev/sda1