Capítulo 3. A inicialização do sistema

Índice

3.1. Uma visão geral do processo de arranque
3.1.1. Estágio 1: a BIOS
3.1.2. Estágio 2: o gestor de arranque
3.1.3. Estágio 3: o mini-sistema Debian
3.1.4. Estágio 4: o sistema Debian normal
3.2. iniciação estilo SysV
3.2.1. O significado do runlevel
3.2.2. A configuração do runlevel
3.2.3. O exemplo de gestão do runlevel
3.2.4. O parâmetro predefinido para cada script de init
3.2.5. O nome da máquina
3.2.6. O sistema de ficheiros
3.2.7. Inicialização da interface de rede
3.2.8. Inicialização do serviço de rede
3.2.9. A mensagem do sistema
3.2.10. A mensagem do kernel
3.3. O sistema udev
3.3.1. A inicialização de módulos do kernel

É inteligente para si como o administrador do sistema ter uma ideia como o sistema Debian é arranca e é configurado. Apesar dos detalhes exactos estarem nos ficheiros de código-fonte dos pacotes instalados e nas suas documentações, é um pouco exagerado para a maioria de nós.

Eu fiz o meu melhor para disponibilizar uma visão geral breve dos pontos chave do sistema Debian a da sua configuração para sua referência, baseando-me em conhecimentos actuais e anteriores meus e de outros. Como o sistema Debian é um alvo em movimento, a situação sobre o sistema pode ter mudado. Antes da fazer quaisquer alterações ao sistema, você deve consultar a documentação mais recente de cada pacote.

O sistema do computador passa por várias fases de processos de arranque desde o ligar da energia até que oferece, ao utilizador, o sistema operativo (SO) totalmente funcional.

Para simplicidade, eu limito a discussão à plataforma PC típico com a instalação por omissão.

O processo típico de arranque é como um foguete de quatro etapas. Cada etapa do foguete entrega o controle do sistema à próxima etapa.

É claro que, estes podem ser configurados de modo diferente. Por exemplo, se você compilou o seu próprio kernel, você pode estar a saltar o passo com o mini sistema Debian. Portanto por favor não assuma que é este o caso para o seu sistema até que o verifique por si próprio.

[Nota] Nota

Para uma plataforma de PC não-legacy como o sistema SUN ou o Macintosh, a BIOS em ROM e o particionamento do disco podem ser bastante diferentes (Secção 9.5.2, “Configuração das partições do disco”). Por favor procure noutro lado a documentação específica da plataforma para tais casos.

A BIOS é o 1ª etapa do processo de arranque que é iniciado com o evento de ligar a energia. A BIOS que reside na read only memory (ROM) é executada a partir de um endereço de memória particular no qual o contador de programa da CPU é inicializado pelo evento de ligar a energia.

Esta BIOS executa a inicialização básica do hardware (POST: power on self test) e entrega o controle do sistema ao próximo passo que você disponibiliza. A BIOS é normalmente disponibilizada com o hardware.

O ecrã de arranque da BIOS geralmente indica que tecla(s) pressionar para entrar no ecrã de configuração da BIOS para configurar o comportamento da BIOS. As teclas populares são F1, F2, F10, Esc, Ins, e Del. Se o seu ecrã de arranque da BIOS está escondido por um vistoso ecrã gráfico, você pode pressionar algumas teclas como a Esc para o desactivar. Estas teclas dependem fortemente do hardware.

A localização do hardware e prioridade do código iniciado pela BIOS pode ser seleccionado no ecrã de configuração da BIOS. Tipicamente, os primeiros poucos sectores do primeiro dispositivo seleccionado encontrado (disco rígido, disquete, CD-ROM, ...) são carregados para a memória e este código inicial é executado. Este código inicial pode ser um dos seguintes:

  • O código do gestor de arranque

  • O código de kernel do SO da idade da pedra como o FreeDOS

  • O código do kernel do SO de destino se ele couber neste pequeno espaço

Tipicamente, o sistema é arrancado a partir da partição especificada das partições do disco rígido principal. Os primeiros 2 sectores do disco rígido em PCs legacy contêm o master boot record (MBR). A informação de partições do disco incluindo a selecção de arranque é gravada no final deste MBR. O código do primeiro gestor de arranque executado pela BIOS ocupa o resto deste MBR.

O gestor de arranque é o 2º estágio do processo de arranque que é iniciado pela BIOS. Ele carrega a imagem de kernel do sistema e a imagem initrd para a memória e passa o controle para eles. Esta imagem initrd é a imagem do sistema de ficheiros raiz e o seu suporte depende do gestor de arranque utilizado.

O sistema Debian normalmente usa o kernel Linux como kernel predefinido do sistema. A imagem initrd para o kernel Linux 2.6/3.x actual é tecnicamente a initramfs (sistema de ficheiros de RAM inicial). A imagem initramfs é um arquivo de ficheiros cpio gzipado no sistema de ficheiros raiz.

A instalação predefinida do sistema Debian coloca código da primeira etapa do gestor de arranque GRUB no MBR para a plataforma PC. Existem muitos gestores de arranque e opções de configuração disponíveis.


[Atenção] Atenção

Não brinque com os gestores de arranque sem ter discos de arranque de recuperação (CD ou disquete) criados a partir de imagens do pacote grub-rescue-pc. Torna-o capaz de arrancar o seu sistema mesmo sem um gestor de arranque funcional no disco rígido.

Para o GRUB Legacy, o ficheiro de configuração do menu está localizado em "/boot/grub/menu.lst". Por exemplo, tem entradas como a seguinte.

title           Debian GNU/Linux
root            (hd0,2)
kernel          /vmlinuz root=/dev/hda3 ro
initrd          /initrd.img

Para o GRUB 2, o ficheiro de configuração do menu está localizado em "/boot/grub/grub.cfg". É gerado automaticamente pelo "/usr/sbin/update-grub" utilizando modelos de "/etc/grub.d/*" e definições de "/etc/default/grub". Por exemplo, tem entradas como as que se seguem:

menuentry "Debian GNU/Linux" {
        set root=(hd0,3)
        linux /vmlinuz root=/dev/hda3
        initrd /initrd.img
}

Para estes exemplos, estes parâmetros do GRUB significam o seguinte.


[Nota] Nota

O valor do número de partição utilizado pelo programa GRUB legacy é menos um que o normal usado pelo kernel Linux e ferramentas utilitárias. O programa GRUB 2 corrige este problema.

[Dica] Dica

Pode ser utilizado o UUID (veja Secção 9.5.3, “Aceder a partição usando UUID”) para identificar um dispositivo especial de bloco em vez do seu nome de ficheiro como "/dev/hda3", ex. "root=UUID=81b289d5-4341-4003-9602-e254a17ac232 ro".

[Dica] Dica

Você pode iniciar um gestor de arranque a partir de outro gestor de arranque utilizando técnicas chamadas chain loading.

Veja "info grub" e grub-install(8).

O mini-sistema Debian é o 3º estágio do processo de arranque que é iniciado pelo gestor de arranque. Corre o kernel do sistema com o seu sistema de ficheiros raiz na memória. Este é um estágio preparatório opcional do processo de arranque.

[Nota] Nota

O termo "mini-sistema Debian" é cunhado pelo autor para descrever este 3º estágio do processo de arranque para este documento. Este sistema é geralmente referido como o initrd ou sistema initramfs. É utilizado pelo Instalador de Debian um sistema semelhante em memória .

O script "/init" é executado como o primeiro programa neste sistema de ficheiros raiz em memória. É um programa script de shell que inicializa o kernel no espaço de utilizador e entrega o controle ao próximo estágio. Este mini-sistema Debian oferece flexibilidade ao processo de arranque tal como adicionar módulos de kernel antes do processo de arranque principal ou montar o sistema de ficheiros raiz como um encriptado.

Você pode interromper esta parte do processo de arranque para obter a shell de root ao fornecer "break=init" etc. ao parâmetro de arranque do kernel. Veja o script "/init" para mais condições de interrupção. Este ambiente shell é suficientemente sofisticado para fazer uma boa inspecção do hardware da sua máquina.

Os comandos disponíveis neste mini-sistema Debian são versões reduzidas e disponibilizados principalmente por uma ferramenta GNU chamada busybox(1).

[Cuidado] Cuidado

Você precisa de utilizar a opção "-n" para o comando mount quando está no sistema de ficheiros raiz apenas de leitura.

O sistema Debian normal é o 4º estágio do processo de arranque que é iniciado pelo mini-sistema Debian. O kernel do sistema para o mini-sistema Debian continua a correr no seu ambiente. O sistema de ficheiros raiz é mudado daquele em memória para o que está no sistema de ficheiros do disco rígido real.

O programa init é executado como o primeiro programa com PID=1 para executar o processo de arranque principal de arrancar muitos programas. O caminho de ficheiro predefinido para o programa init é "/sbin/init" mas pode ser alterado pelo parâmetro de arranque do kernel como "init=/path/to/init_program".

O programa de iniciação predefinido tem sido alterado:

  • Debian antes de squeeze a iniciação de estilo SysV simples.

  • Debian de wheezy melhora a iniciação de estilo SysV ao ordenar a sequência de arranque com cabeçalho LSB e arrancando scripts de arranque em paralelo.

  • Debian após wheezy pode mudar o seu sistema de iniciação para um mais recente como upstart, systemd, …

[Dica] Dica

Todos os mecanismos de arranque são compatíveis através dos scripts "/etc/init.d/rc", "/etc/init.d/rcS", "/usr/sbin/update-rc.d", e "/usr/sbin/invoke-rc.d".

[Dica] Dica

O comando de iniciação actual do seu sistema pode ser verificado pelo comando "ps --pid 1 -f"

[Dica] Dica

systemd pode ser instalado juntamente com sysvinit sem nenhuma alteração ao sistema. Adicione "init=/lib/systemd/systemd" ao parâmetro de arranque do kernel para activar o systemd.

[Dica] Dica

Se for usado o GRUB, o parâmetro de arranque do kernel é definido em /boot/grub/grub.cfg. No sistema Debian, não se deve editar o /boot/grub/grub.cfg directamente. Deve editar o valor de GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT em /etc/default/grub e correr update-grub(8) para actualizar o /boot/grub/grub.cfg.


[Dica] Dica

O pacote readahead-fedora pode acelerar o arranque de um sistema com uma quantidade decente de DRAM.

[Dica] Dica

Veja Debian wiki: BootProcessSpeedup para as dicas mais recentes em como acelerar o processo de arranque.

Esta secção descreve como a iniciação ao estilo do bom e velho SysV costumava arrancar o sistema. O seu sistema Debian não funciona exactamente como descrito aqui, mas é bastante educativo saber estas bases já que os sistemas de iniciação mais recentes tendem a oferecer funcionalidades equivalentes.

O processo de arranque estilo SysV essencialmente segue o seguinte.

  1. O sistema Debian entra em runlevel N (nenhum) para inicializar o sistema ao seguir a descrição de "/etc/inittab".

  2. O sistema Debian entra em runlevel S para inicializar o sistema sob o modo de único-utilizador para completar a inicialização do hardware e etc.

  3. O sistema Debian vai para um dos runlevels de multi-utilizador (2 a 5) especificado para arrancar os serviços do sistema.

O runlevel inicial utilizado para modo de multi-utilizador é especificado com o parâmetro "init=" de arranque do kernel ou na linha "initdefault" de "/etc/inittab". O sistema Debian instalado arranca no runlevel 2.

Todos os ficheiros script executados pelo sistema init estão localizados no directório "/etc/init.d/".

Veja init(8), inittab(5), e "/usr/share/doc/sysv-rc/README.runlevels.gz" para a explicação exacta.

Quando os comandos init(8) ou telinit(8) vão para o runlevel para "<n>", o sistema basicamente executa os scripts de inicialização que se seguem.

  1. Os scripts cujos nomes começam com um "K" em "/etc/rc<n>.d/" são executados por ordem alfabética com o único argumento "stop". (matando os serviços)

  2. Os scripts cujos nomes começam com um "S" em "/etc/rc<n>.d/" são executados por ordem alfabética com o único argumento "start". (iniciando os serviços)

Por exemplo, se você tiver os links "S10sysklogd" e "S20exim4" num directório de runlevel, o "S10sysklogd" que está simbolicamente ligado a "../init.d/sysklogd" irá correr antes de "S20exim4" que está simbolicamente ligado a "../init.d/exim4".

A inicialização sequencial simples do sistema é o método de arranque tradicional System V e foi utilizado até ao sistema Debian lenny.

Em vez disso, o recente sistema Debian é optimizado para executar os scripts de inicialização de forma concorrente.

[Atenção] Atenção

Não é aconselhável fazer quaisquer alterações nos links simbólicos em "/etc/rcS.d/" a menos que você saiba mais que o responsável.

Por exemplo, vamos configurar o runlevel do sistema de certa maneira como o Red Hat Linux com o seguinte.

  • init arranca o sistema em runlevel=3 por predefinição

  • O init não arranca o gdm3(1) nos runlevel (0,1,2,6).

  • init arranca o gdm3(1) em runlevel=(3,4,5).

Isto pode ser feito com o editor no ficheiro "/etc/inittab" para alterar o runlevel de arranque e utilizar ferramentas de gestão do runlevel amigas do utilizador como o sysv-rc-conf ou o bum para editar o runlevel. Se utilizar apenas a linha de comandos, aqui está como fazê-lo (após a instalação predefinida do pacote gdm3 e seleccioná-lo para ser o gestor de ecrã escolhido).

# cd /etc/rc2.d ; mv S21gdm3 K21gdm3
# cd /etc ; perl -i -p -e 's/^id:.:/id:3:/' inittab

Por favor note que o ficheiro "/etc/X11/default-display-manager" é verificado quando se arrancam daemons de gestor de ecrã: xdm, gdm3, kdm, e wdm.

[Nota] Nota

Você pode ainda arrancar o X a partir de qualquer consola de shell com o comando startx(1).

O parâmetro predefinido para cada script de init em "/etc/init.d/" é dado pelo ficheiro correspondente em "/etc/default/" o qual contém apenas atribuições das variáveis de ambiente. Esta escolha de nome de directório é específica do sistema Debian. É grosseiramente o equivalente ao directório "/etc/sysconfig" encontrado em Red Hat Linux e outras distribuições. Por exemplo, "/etc/default/cron" pode ser utilizado para controlar como o "/etc/init.d/cron" funciona.

O ficheiro "/etc/default/rcS" pode ser utilizado para personalizar as predefinições no momento de arranque para motd(5), sulogin(8), etc.

Se não conseguir obter o comportamento que deseja ao alterar tais variáveis então pode modificar os scripts de init. Estes são ficheiros de configuração editáveis por administradores de sistemas.

Muitos serviços de rede (veja Capítulo 6, Aplicações de rede) são iniciados sob modo de multi-utilizador directamente como processos daemon durante o arranque pelo script de init, ex., "/etc/rc2.d/S20exim4" (para RUNLEVEL=2) o que é um link simbólico para "/etc/init.d/exim4".

Alguns serviços de rede podem ser iniciados a pedido utilizando o super-servidor inetd (ou o seu equivalente). O inetd é iniciado durante o arranque pelo "/etc/rc2.d/S20inetd" (para RUNLEVEL=2) o qual é um link simbólico para "/etc/init.d/inetd". Essencialmente, o inetd permite que um daemon a correr possa invocar vários outros, reduzindo a carga do sistema.

Sempre que um pedido para serviço chega ao super-servidor inetd, o seu protocolo e serviço é identificado ao procura-lo nas bases de dados em "/etc/protocols" e "/etc/services". O inetd então procura um serviço de Internet normal na base de dados "/etc/inetd.conf", ou um serviço baseado em Open Network Computing Remote Procedure Call (ONC RPC)/Sun RPC em "/etc/rpc.conf".

Por vezes, o inetd não arranca o servidor pretendido directamente mas arranca o programa wrapper de TCP, tcpd(8), com o nome do servidor pretendido como seu argumento em "/etc/inetd.conf". Neste caso, o tcpd corre o programa servidor apropriado após registar em log o pedido e fazer algumas verificações adicionais usando "/etc/hosts.deny" e "/etc/hosts.allow".

Para segurança do sistema, desactive o máximo possível de programas de serviço de rede. Veja Secção 4.6.4, “Restringindo acesso a alguns serviços de servidor”.

Veja inetd(8), inetd.conf(5), protocols(5), services(5), tcpd(8), hosts_access(5), hosts_options(5), rpcinfo(8), portmap(8), e "/usr/share/doc/portmap/portmapper.txt.gz".

Para o kernel Linux 2.6 e mais recentes, o sistema udev disponibiliza um mecanismo para a descoberta automática de hardware e sua inicialização (veja udev(7)). Após a descoberta de cada dispositivo pelo kernel, o sistema udev arranca um processo de utilizador que usa informação a partir do sistema de ficheiros sysfs (veja Secção 1.2.12, “procfs e sysfs”), carrega os módulos de kernel necessários para o suportar usando o programa modprobe(8) (veja Secção 3.3.1, “A inicialização de módulos do kernel”), e cria os nós correspondentes do dispositivo.

[Dica] Dica

Se "/lib/modules/<versão-de-kernel>/modules.dep" não foi gerado de modo apropriado pelo depmod(8) por alguma razão, os módulos podem não carregar como esperado pelo sistema udev. Execute "depmod -a" para o corrigir.

Os nomes dos nós de dispositivos podem ser configurados pelos ficheiros de regras do udev em "/etc/udev/rules.d/". As regras predefinidas actuais tentem a criar nomes gerados dinamicamente resultando em nomes de dispositivos não estáticos excepto para dispositivos de cd e de rede. Ao adicionar os seus ficheiros personalizados de modo semelhante ao que é feito pelos dispositivos de cd e rede, você também pode gerar nomes estáticos para dispositivos para outros dispositivos como pens USB de memória. Veja "Escrever regras do udev" ou "/usr/share/doc/udev/writing_udev_rules/index.html".

Como o sistema udev é de certa forma um alvo em movimento, eu deixo os detalhes para outras documentações e descrevo a informação mínima aqui.

[Dica] Dica

Para regras de montagem em "/etc/fstab", os nós de dispositivo não precisam de ser os estáticos. Você pode usar o UUID para montar os dispositivos em vez dos nomes de dispositivo como "/dev/sda". Veja Secção 9.5.3, “Aceder a partição usando UUID”.

O programa modprobe(8) permite-nos configurar o kernel Linux em execução a partir do processo de utilizador ao adicionar e remover módulos do kernel. O sistema udev (veja Secção 3.3, “O sistema udev”) automatiza a sua invocação para ajudar na inicialização dos módulos de kernel.

Existem módulos de não-hardware e módulos driver de hardware especial como os seguintes que precisam de ser pré-carregados ao listá-los no ficheiro "/etc/modules" (veja modules(5)).

Os ficheiros de configuração para o programa modprobe(8) estão localizados sob o directório "/etc/modprobes.d/" como explicado em modprobe.conf(5). (Se você deseja evitar que alguns módulos do kernel sejam carregados automaticamente, considere metê-los em lista negra no ficheiro "/etc/modprobes.d/blacklist".)

O ficheiro "/lib/modules/<version>/modules.dep" gerado pelo programa depmod(8) descreve as dependências dos módulos usados pelo programa modprobe(8).

[Nota] Nota

Se tiver problemas com o carregamento de módulos durante o arranque ou com o modprobe(8), "depmod -a" pode resolver esses problemas ao reconstruir "modules.dep".

O programa modinfo(8) mostra informação sobre um módulo do kernel Linux.

O programa lsmod(8) formata lindamente o conteúdo de "/proc/modules", e mostra que módulos do kernel que estão actualmente carregados.

[Dica] Dica

Você pode identificar o hardware exacto no seu sistema. Veja Secção 9.4.3, “Identificação do hardware”.

[Dica] Dica

Você pode configurar o hardware durante o arranque para activar as funcionalidades esperadas do hardware. Veja Secção 9.4.4, “Configuração do hardware”.

[Dica] Dica

Você pode provavelmente adicionar suporte para o seu dispositivo especial ao recompilar o kernel. Veja Secção 9.9, “O kernel”.