Capítulo 3. La inicialización del sistema

Tabla de contenidos

3.1. Un resumen del proceso de arranque
3.1.1. Fase 1: la BIOS
3.1.2. Fase 2: el cargador de arranque
3.1.3. Fase 3: el sistema mini-Debian
3.1.4. Fase 4: el sistema normal Debian
3.2. Systemd init
3.2.1. El nombre del equipo (hostname)
3.2.2. El sistema de archivos
3.2.3. Inicialización del interfaz de red
3.2.4. Los mensajes del núcleo
3.2.5. El sistema de mensajes
3.2.6. System management under systemd
3.2.7. Customizing systemd
3.3. El sistema udev
3.3.1. La inicialización del módulo del núcleo

Es inteligente por su parte como administrador de sistemas conocer profundamente como el sistema Debian comienza y se configura. Aunque los detalles concretos están en el código fuente de los paquetes instalados y su documentación, es un poco abrumador para la mayoría de nosotros.

Hice lo mejor que pude para proporcionar un resumen de los puntos principales del sistema Debian y su configuración en base al conocimiento actual y previo mio y de muchos otros. Ya que el sistema Debian es un elemento en movimiento, la situación del sistema puede haber cambiado. Antes de realizar cualquier cambio en el sistema, debería consultar la documentación actual de cada paquete.

[Sugerencia] Sugerencia

bootup(7) describe el proceso de arranque del sistema basado en systemd . (Debian reciente)

[Sugerencia] Sugerencia

boot(7) describeel proceso de arranque del sistema basado en UNIX System V Release 4. (Older Debian)

Un sistema de ordenador pasa por diferentes fases en el proceso de arranque desde el encendido hasta que le ofrece al usuario la funcionalidad completa del sistema operativo (SO).

Por simplicidad, limité la discusión a la de una típica plataforma PC con la instalación por defecto.

El proceso normal de arranque es como un cohete de cuatro fases. Cada fase del cohete cede el control del sistema a la siguiente.

Desde luego, esto puede ser configurado de otra manera. Por ejemplo, si compila su propio núcleo, puede saltar el paso del sistema mini-Debian. Así que, por favor, no asuma cuál es el caso de su sistema hasta que no lo compruebe por si mismo.

[Nota] Nota

Para plataformas de PC antiguas como los sistemas SUN o Macintosh, la BIOS en ROM y la partición en el disco puede ser bastante diferentes (Sección 9.5.2, “Configuración del particionado de disco”). Por favor busque la documentación específica de su plataforma para cada caso en el lugar correspondiente.

La BIOS es la primera fase del proceso de arranque que comienza con hecho del encendido. La BIOS que reside en la memoria de solo lectura (ROM) se ejecuta desde una dirección de memoria específica con la que es inicializada el contador del programa por el hecho del encendido.

La BIOS realiza la inicialización básica del «hardware« (POST: encendido y autocomprobación (power on self test)) y pasa el control del sistema al siguiente paso. La BIOS es normalmente proporcionado con el «hardware«.

La pantalla de inicio de la BIOS normalmente muestra que tecla(s) pulsar para entrar en la configuración de la BIOS para cambiar su comportamiento. Las teclas normalmente utilizadas son F1, F2, F10, Esc, Ins, and Del. Si la pantalla de inicio de la BIOS está oculta por alguna otra pantalla, puede pulsar algunas teclas como Esc para inhabilitarla. Estas teclas tienen una gran dependencia del «hardware«.

La ubicación del «hardware« y la prioridad del código de comienzo de la BIOS se pueden seleccionar desde la pantalla de configuración del BIOS. Por lo general, los primeros sectores del primer dispositivo seleccionado (disco duro, disquete, CD-ROM,...) se cargan en la memoria y se ejecuta dicho código inicial. Este código inicial puede ser cualquiera de los siguientes:

  • El código del cargador de arranque

  • El código del núcleo del escalón del SO como FreeDOS

  • El código del núcleo del SO objetivo si encaja en su pequeño espacio

Normalmente, el sistema se inicia desde una partición especifica del disco duro primario. En los PC antiguos los dos primeros sectores del disco duro contienen el registro maestro de arranque (master boot record , MBR). La información de la partición del disco incluye la selección de arranque que es guardada al final del MBR. El código de arranque que primero se ejecuta después de la BIOS es el que ocupa el resto del MBR.

El cargador de arranque es la segunda fase del proceso de arranque que comienza con la BIOS. Carga la imagen del núcleo del sistema y la imagen de initrd en memoria y pasa el control a estos. La imagen de initrd es la imagen del sistema de archivos raíz y su compatibilidad depende del cargador usado.

El sistema Debian usa habitualmente el núcleo de Linux como núcleo del sistema por defecto. La imagen initrd del núcleo de Linux actual 2.6/3.x es técnicamente la imagen initramfs (sistema de archivos inicial RAM). La imagen básica initramfs es un archivo comprimido cpio en sistema de archivos raíz. El núcleo puede actualizar microcódigo bastante temprano durante el inicio, antes de cargar la imagen básica initrd. Esto se facilita por la combinación de la imagen initrd, que es una masa de microcódigo binario en formato cpio sin comprimir, seguido por la imagen básica initrd.

[Sugerencia] Sugerencia

Puede inpeccionar el contentido de la imagen initrd usandolsinitramfs(8) y unmkinitramfs(8) del paqueteinitramfs-tools-core. Vea más en https://wiki.debian.org/initramfs.

La instalación por defecto del sistema Debian ubica el la primera fase el código del cargador de arranque GRUB en el MBR para la plataforma PC. Existen muchos cargadores de arranque y opciones de configuración disponibles.


[Aviso] Aviso

No pruebe cargadores de inicio sin tener un medio de inicio de rescate (USB, CD o disquete) creado de las imagenes del paquete grub-rescue-pc. Ello le permite iniciar su sistema incluso sin un cargador de inicio operativo en el disco duro.

En el antiguo GRUB el archivo del menú de configuración está ubicado en /boot/grub/menu.lst». Por ejemplo, podría tener las siguientes entradas:

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

En GRUB 2, el archivo del menú de configuración está ubicado en «/boot/grub/grub.cfg». Se genera automáticamente por «/usr/sbin/update-grub» usando las plantillas de «/etc/grub.d/*» y configuraciones de «/etc/default/grub». Por ejemplo, puede tener el contenido siguiente:

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

Para estos ejemplos, los parámetros de GRUB tienen el siguiente significado:


[Nota] Nota

El valor del número de la partición que utiliza el antiguo programa GRUB es uno menos que utilizado por el núcleo de Linux y las herramientas de uso común. El programa GRUB 2 soluciona este problema.

[Sugerencia] Sugerencia

UUID (consulte Sección 9.5.3, “Acceso al particionado utilizando UUID”) puede ser utilizado para identificar un dispositivo especial de bloque en vez del nombre del archivo como «/dev/hda3», p. ej. «root=UUID=81b289d5-4341-4003-9602-e254a17ac232 ro».

[Sugerencia] Sugerencia

Si se utiliza GRUB, el parámetro del núcleo de inicio esta asignado en /boot/grub/grub.cfg. En el sistema Debian no se debe modificar directamente /boot/grub/grub.cfg. Debe editar el valor de GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT en /etc/default/grub y ejecutar update-grub(8) para actualizar /boot/grub/grub.cfg.

[Sugerencia] Sugerencia

Puede iniciar un cargador de arranque desde otro cargados de arranque mediante la técnica llamada chain loading.

Consulte «info grub» y grub-install(8).

El sistema mini-Debian es la fase 3 del proceso de arranque que comienza con el cargador de arranque. Este ejecuta el núcleo del sistema con el sistema de archivos raíz en memoria. Esta es una fase preparatoria opcional del proceso de arranque.

[Nota] Nota

En este documento el término «el sistema mini-Debian« es como el autor describe la tercera fase del proceso de arranque. El sistema es conocido como initrd o sistema initramfs. El instalador de Debian usa un sistema parecido en memoria.

El primer programa que se ejecuta en el sistema de archivo raíz en memoria es /init». Es un programa que inica el núcleo en el espacio de usuario y entrega el control para la próxima fase. Este sistema mini-Debian ofrece flexibilidad al módulo al proceso de arranque, como agregar módulos del núcleo antes de que el proceso principal de arranque o el montaje de un sistema de archivos raíz cifrado.

  • El programa /inites una secuencia de códigos si initramfs ha sido creado por initramfs-tools.

    • Puede interrumpir esta parte del proceso de arranque para obtener un intérprete de órdenes de supuerusuario dandole al arranque del núcleo el parámetro «break=init» etc. Consulte el archivo de órdenes /init» para conocer más formas de interacción. Este entorno del intérprete de órdenes es suficientemente complejo para realizar una reconocimiento avanzado del «hardware« de su equipo.

    • Las órdenes disponibles en este sistema mini-Debian son básicas y las funciones principales las aporta la herramienta GNU llamada busybox(1).

  • El programa /init es un programa binario systemd si initramfs fue crado por dracut.

    • Los comandos disponibles en este sistema mini-Debian son básicamente el ambiente systemd(1).

[Atención] Atención

Necesita utilizar el parámetro «-n» en la orden mount cuando interaccione con el sistema de solo lectura del sistema de archivos raíz.

El sistema normal Debian es la cuarta fase del proceso de arranque el cual comienza con el sistema mini-Debian. El núcleo del sistema para el sistema mini-Debian continua ejecutandose en este entorno. El sistema de archivos raíz cambio del que existe en memoria a uno real sobre el sistema de archivos en disco duro.

El programa init es ejecutado en primer lugar con el PID=1 preparando el proceso de arranque principal para el cominezo de muchos programas. La ruta de archivo por defecto para el programa init es «/sbin/init» pero puede ser modificado por un párametro de arranque del núcleo como «init=/path/to/init_program».

El programa de inicio por defecto ha sido cambiado:

  • Antes de la versión squeeze de Debian utiliza el sencillo estilo SysV init.

  • La versión de Debian wheezy mejora el estilo SysV de init ordenando la secuencia de arranque con la cabecera LSB e inicia los archivos de órdenes de inicio en paralelo.

  • Debian jessie cambia su «init« por defecto a systemd para una inicialización en paralelo basada en eventos.

[Sugerencia] Sugerencia

Puede comprobar cual es el sistema init real que usa su equipo mediante la orden «ps --pid 1 -f».

[Sugerencia] Sugerencia

"/sbin/init" es un link simbolico a "/lib/systemd/systemd" desde Debian jessie.

Tabla 3.3. Relación de sistemas de arranque en el sistema Debian

paquete popularidad tamaño descripción
systemd V:810, I:916 15998 Demonio init(8) basado en eventos con concurrencia (opción a sysvinit)
systemd-sysv V:802, I:914 138 redirecciona salida estándar y el error estándar de orden al archivo foo
systemd-cron V:1, I:1 143 systemd units to provide cron daemon and anacron functionality
init-system-helpers V:675, I:930 131 helper tools for switching between sysvinit and systemd
initscripts V:91, I:323 176 archivos de órdenes de inicio y parada del sistema
sysvinit-core V:7, I:9 276 Programa estilo System-V init(8)
sysv-rc V:183, I:335 81 Mecanismo de cambio del nivel de ejecución estilo System-V
sysvinit-utils V:494, I:999 79 Programas estilo System-V (startpar(8), bootlogd(8), …)
lsb-base V:881, I:999 49 Funcionalidad de secuencia de órdenes «Linux Standard Base« init 3.2
insserv V:210, I:330 150 herramientas para organizar la secuencia de arranque usando las dependencias del archivo de órdenes init.d LSB
uswsusp V:3, I:8 714 herramientas para la suspensión de software en el espacio de usuario por Linux
kexec-tools V:1, I:8 278 Reincio (reincio caliente) kexec(8) de la herramienta kexec
systemd-bootchart V:0, I:1 128 analizador de desempeño del proceso de arranque
bootchart2 V:0, I:0 94 analizador de desempeño del proceso de arranque
pybootchartgui V:0, I:0 177 analizados del desempeño del proceso de arranque (visualización)
mingetty V:0, I:3 38 únicamente para consola getty(8)
mgetty V:0, I:1 315 sustituto de «modem« inteligente getty(8)

[Sugerencia] Sugerencia

Consulte la wiki de Debian : AcelerandoElProcesodeArranque para los consejos actualizados para mejorar la velocidad del proceso de arranque.

This section describes how system is started by the systemd(1) program with PID=1 (i.e., init process).

The systemd init process spawns processes in parallel based on the unit configuration files (see systemd.unit(5)) which are written in declarative style instead of SysV-like procedural style. These are loaded from a set of paths (see systemd-system.conf(5)) as follows:

  • "/lib/systemd/system": OS default configuration files

  • "/etc/systemd/system": archivos de configuración del administrador del sistema que anulan los archivos de configuración predeterminados del sistema operativo

  • "/run/systemd/system": archivos de configuración generados durante la ejecución que anulan los archivos de configuración instalados

Their inter-dependencies are specified by the directives "Wants=", "Requires=", "Before=", "After=", … (see "MAPPING OF UNIT PROPERTIES TO THEIR INVERSES" in systemd.unit(5)). The resource controls are also defined (see systemd.resource-control(5)).

El sufijo del archivo de configuración de la unidad codifica sus tipos como:

  • *.service describes the process controlled and supervised by systemd. See systemd.service(5).

  • *.device describes the device exposed in the sysfs(5) as udev(7) device tree. See systemd.device(5).

  • *.mount describes the file system mount point controlled and supervised by systemd. See systemd.mount(5).

  • *.automount describes the file system auto mount point controlled and supervised by systemd. See systemd.automount(5).

  • *.swap describes the swap device or file controlled and supervised by systemd. See systemd.swap(5).

  • *.path describes the path monitored by systemd for path-based activation. See systemd.path(5).

  • *.socket describes the socket controlled and supervised by systemd for socket-based activation. See systemd.socket(5).

  • *.timer describes the timer controlled and supervised by systemd for timer-based activation. See systemd.timer(5).

  • *.slice manages resources with the cgroups(7). See systemd.slice(5).

  • *.scope is created programmatically using the bus interfaces of systemd to manages a set of system processes. See systemd.scope(5).

  • *.target groups other unit configuration files to create the synchronization point during start-up. See systemd.target(5).

Tras el arranque del sistema (esencialmente init), el proceso systemd intenta iniciar /lib/systemd/system/default.target (normalmente enlazado simbólicamente a "graphical.target". Primero, algunas unidades objetivo especiales (vea systemd.special(7) como "local-fs.target", "swap.target" y "cryptsetup.target" son llamadas a montar el sistema de archivos. Luego, otras unidades objetivo son llamadas por las dependencias de la unidad objetivo. Para más detalles, lea bootup(7).

Systemd ofrece características de compatibilidad con versiones anteriores. Los archivos de órdenes de inicio de estilo SysV en «/etc/init.d/rc[0123456S].d/[KS]< <name>» son también analizados y telinit(8) se traduce a peticiones de activación de systemd.

[Atención] Atención

Los niveles de inicio emulados del dos al cuatro son enlaces simbólicos al mismo «multi-user.target».

The mount options of normal disk and network filesystems are set in "/etc/fstab". See fstab(5) and Sección 9.5.7, “Optimización de los sistemas de archivos a través de las opciones de montaje”.

The configuration of the encrypted filesystem is set in "/etc/crypttab". See crypttab(5)

The configuration of software RAID with mdadm(8) is set in "/etc/mdadm/mdadm.conf". See mdadm.conf(5).

[Aviso] Aviso

Trás montar todos los sistemas de archivos , los archivos temporales en «/tmp», «/var/lock» y «/var/run» se borran en cada inicio.

The systemd offers not only init system but also generic system management functionalities such as journal logging, login management, time management, network management. etc..

The systemd(1) is managed by several commands:

  • the systemctl(1) command controls the systemd system and service manager (CLI),

  • the systemsdm(1) command controls the systemd system and service manager (GUI),

  • the journalctl(1) command queries the systemd journal,

  • the loginctl(1) command controls the systemd login manager, and

  • the systemd-analyze(1) analyzes system boot-up performance.

Here are a list of typical systemd management command snippets. For the exact meanings, please read the pertinent manpages.

Tabla 3.5. Registro de acciones de la orden aptitude

Operation Type nombre de la orden,
GUI for service manager GUI «systemadm» (paquete systemd-ui)
List all target unit configuration Unit "systemctl list-units --type=target"
List all service unit configuration Unit "systemctl list-units --type=service"
List all unit configuration types Unit "systemctl list-units --type=help"
List all socket units in memory Unit "systemctl list-sockets"
List all timer units in memory Unit "systemctl list-timers"
Start "$unit" Unit "systemctl start $unit"
Stop "$unit" Unit "systemctl stop $unit"
Reload service-specific configuration Unit "systemctl reload $unit"
Stop and start all "$unit" Unit "systemctl restart $unit"
Start "$unit" and stop all others Unit "systemctl isolate $unit"
Switch to "graphical" (GUI system) Unit "systemctl isolate graphical"
Switch to "multi-user" (CLI system) Unit "systemctl isolate multi-user"
Switch to "rescue" (single user CLI system) Unit "systemctl isolate rescue"
Send kill signal to "$unit" Unit "systemctl kill $unit"
Check if "$unit" service is active Unit "systemctl is-active $unit"
Check if "$unit" service is failed Unit "systemctl is-failed $unit"
Check status of "$unit|$PID|device" Unit "systemctl status $unit|$PID|$device"
Show properties of "$unit|$job" Unit "systemctl show $unit|$job"
Reset failed "$unit" Unit "systemctl reset-failed $unit"
List dependency of all unit services Unit "systemctl list-dependencies --all"
List unit files installed on the system Unit file "systemctl list-unit-files"
Enable "$unit" (add symlink) Unit file "systemctl enable $unit"
Disable "$unit" (remove symlink) Unit file "systemctl disable $unit"
Unmask "$unit" (remove symlink to "/dev/null") Unit file "systemctl unmask $unit"
Mask "$unit" (add symlink to "/dev/null") Unit file "systemctl mask $unit"
Get default-target setting Unit file "systemctl get-default"
Set default-target to "graphical" (GUI system) Unit file "systemctl set-default graphical"
Set default-target to "multi-user" (CLI system) Unit file "systemctl set-default multi-user"
Show job environment Environment "systemctl show-environment"
Set job environment "variable" to "value" Environment "systemctl set-environment variable=value"
Unset job environment "variable" Environment "systemctl unset-environment variable"
Reload all unit files and daemons Lifecycle "systemctl daemon-reload"
Shut down the system System "systemctl poweroff"
Shut down and reboot the system System "systemctl reboot"
Suspend the system System "systemctl suspend"
Hibernate the system System "systemctl hibernate"
View job log of "$unit" Journal "journalctl -u $unit"
View job log of "$unit" ("tail -f" style) Journal "journalctl -u $unit -f"
Show time spent for each initialization steps Analyze "systemd-analyze time"
List of all units by the time to initialize Analyze "systemd-analyze blame"
Load and detect errors in "$unit" file Analyze "systemd-analyze verify $unit"
Track boot process by the cgroups(7) Cgroup "systemd-cgls"
Track boot process by the cgroups(7) Cgroup "ps xawf -eo pid,user,cgroup,args"
Track boot process by the cgroups(7) Cgroup Read sysfs under "/sys/fs/cgroup/systemd/"

Here, "$unit" in the above examples may be a single unit name (suffix such as .service and .target are optional) or, in many cases, multiple unit specifications (shell-style globs "*", "?", "[]" using fnmatch(3) which will be matched against the primary names of all units currently in memory).

System state changing commands in the above examples are typically preceded by the "sudo" to attain the required administrative privilege.

The output of the "systemctl status $unit|$PID|$device" uses color of the dot ("●") to summarize the unit state at a glance.

  • White "●" indicates an "inactive" or "deactivating" state.

  • Red "●" indicates a "failed" or "error" state.

  • Green "●" indicates an "active", "reloading" or "activating" state.

With default installation, many network services (see Capítulo 6, Aplicaciones de red) are started as daemon processes after network.target at boot time by systemd. The "sshd" is no exception. Let's change this to on-demand start of "sshd" as a customization example.

First, disable system installed service unit.

 $ sudo systemctl stop sshd.service
 $ sudo systemctl mask sshd.service

The on-demand socket activation system of the classic Unix services was through the indetd superserver. Under systemd, the equivalent can be enabled by adding *.socket and *.service unit configuration files.

sshd.socket for specifying a socket to listen on

[Unit]
Description=SSH Socket for Per-Connection Servers

[Socket]
ListenStream=22
Accept=yes

[Install]
WantedBy=sockets.target

sshd@.service as the matching service file of sshd.socket

[Unit]
Description=SSH Per-Connection Server

[Service]
ExecStart=-/usr/sbin/sshd -i
StandardInput=socket

Then reload.

 $ sudo systemctl daemon-reload

Desde el núcleo de Linux 2.6 en adelante, el sistema udev aporta mecanismos automáticos de descubrimiento e inicialización de «hardware« (consulte udev(7)). Después del descubrimiento de cada dispositivo por parte del núcleo, el sistema udev comienza un proceso de usuario el cual usa la información del sistema de archivos sysfs (consulte Sección 1.2.12, “procfs y sysfs”), carga los módulos necesarios para el núcleo mediante el programa modprobe(8) (consulte Sección 3.3.1, “La inicialización del módulo del núcleo”) y crea los nodos de dispositivo correspondientes.

[Sugerencia] Sugerencia

Si por cualquier motivo «/lib/modules/<núcleo-version>/modules.dep» no fue generado correctamente por depmod(8) , los módulos no pueden ser cargados por el sistema udev como se debería. Para solucionarlo ejecute «depmod -a».

El nombre de los nodos del dispositivo puede ser configurado por los archivos de relgas de udev en «/etc/udev/rules.d/». Las reglas predeterminadas actuales tienden a crear nombres generados dinámicamente, dando como resultado nombres de dispositivo no estático excepto para cd y red. Para añadir sus reglas personalizadas parecidas a lo que hace con los dispositivios de cd y red, se pueden generar nombres de dispositivo estáticos para, por ejemplo, llaveros de memoria, también. Consulte «Escribiendo reglas udev« o «/usr/share/doc/udev/writing_udev_rules/index.html».

Ya que udev es un sistema en evolución, dejaré los detalles para otra documentación y se describirá de forma mínima aquí.

[Sugerencia] Sugerencia

Para las reglas de montaje de «/etc/fstab», los nodos de dispositivos no necesitan nombres estáticos. Se puede usar UUID para los dispositivos montados en lugar de los nombres de los dispositivos como «/dev/sda». Consulte Sección 9.5.3, “Acceso al particionado utilizando UUID”.

El programa modprobe(8) nos permite configurar el núcleo de Linux en ejecución desde el proceso de usuario añadiendo o eliminando módulos al núcleo. El sistema udev (see Sección 3.3, “El sistema udev”) automatiza su llamada para ayudar a la inicialización de módulos en el núcleo.

No existen módulos que no correspondan a hardware ni módulos controladores de hardware especiales como los que necesitan ser precargados al estar enumerados en el archivo «/etc/modules» (consultemodules(5)).

Los archivos de configuración del programa modprobe(8) están ubicados en el árbol bajo el directorio «/etc/modprobes.d/» como se detalla en modprobe.conf(5). (Si quiere evitar que algunos módulos del núcleo se cargen de forma automática, incluyalos en la lista negra que es el archivo «/etc/modprobes.d/blacklist».)

El archivo «/lib/modules/<version>/modules.dep» creado por el programa depmod(8) describe las dependencias de los módulos usados por el programa modprobe(8).

[Nota] Nota

Si tiene problemas en la carga de módulos cuando se inicia su carga de módulos o con modprobe(8), «depmod -a» puede solucionarlo reconstruyendo «modules.dep».

El programa modinfo(8) muestra información acerca de los módulos del núcleo de Linux.

El programa lsmod(8) da formato al contenido de «/proc/modules», mostrando los módulos del núcleo que están cargados en este momento.

[Sugerencia] Sugerencia

Puede determinar cual es el hardware de su sistema. Consulte Sección 9.4.3, “Identificación del hardware”.

[Sugerencia] Sugerencia

Puede configurar su hardware en tiempo de arranque y activar las funcionalidades del hardware conocidas. Consulte Sección 9.4.4, “Configuración del hardware”.

[Sugerencia] Sugerencia

Seguramente pueda añadir soporte a sus dispositivos especiales recompilando el núcleo. Consulte Sección 9.9, “El núcleo”.