Глава 3 Запуск Системы и Перезагрузка

В этой главе описывается то, что происходит в системе Linux при ее запуске и перезагрузке и как это правильно сделать.

3.1 Обзор

Процесс включения компьютера и загрузки операционной системы называется запуском. Во время запуска сначала загружется небольшая программа, называемая начальнам загрузчиком, которая в свою очередь загружет в память и запускает операционную систему. Начальный загрузчик обычно находится в определенном месте на жестком диске или дискете. Потому как Linux это довольно сложная и большая система, ее запуск производится в два этапа, хотя первично загружаемый код должен быть достаточно маленьким (несколько сотен байт).

На разных компьютерах начальная загрузка производится по разному. На персональных компьютерах сначала считывется первый сектор дискеты или жесткого диска (посредством процедур BIOS), который назывется загрузочным сектором. В этом секторе находится начальный загрузчик, который затем загружает операционную систему, которая может быть расположена в другом месте на диске или где-либо еще.

После загрузки Linux, инициализируются драйверы устройств, а затем запускается init(8), который в свою очередь запускает другие процессы, позволяющие подключаться к системе и обеспечивающие нормальную работу. Этот этап рассмотрен ниже более подробно.

Для перезапуска системы сначала все процессы должны быть завершены (т.е. закрыты все используемые ими файлы и др.), затем демонтируются файловые системы и swap-области и, в конце концов, на экран выдается сообщение о том, что питание может быть отключено. Если же такая процедура не будет произведена, то могут произойти серьезные сбои в последующей работе системы. Например, информация, хранящаяся в кэш буфере файловой системы, будет утеряна, нарушится целостность файловой системы и, следовательно, она будет не пригодна к использованию.

3.2 Процесс запуска при близком рассмотрении

Linux может быть запущена как с дискет, так и с жесткого диска. В книге "Установка и запуск Linux" подробно описан запуск системы.

При включении компьютера, сначала BIOS производит тестирование оборудования, а затем запуск операционной системы. Сначала выбирается устройство, с которого будет производится запуск (обычно первый дисковод, если в него вставлена дискета, в противном случае - первый жесткий диск, если он установлен, хотя порядок выбора может быть настроен) и считывается самый первый сектор, который называется загрузочным. Его также называют MBR (Master Boot Record), так как у жесткого диска может быть несколько разделов и у кажодого может быть свой загрузочный сектор.

В загрузочном секторе находится небольшая программа (относительно небольшая чтобы она могла разместится в одном секторе), которая загружает и запускает операционную систему. При загрузке с дискеты, в загрузочном секторе находится код, который обеспечивает только считывание ядра системы в определенную заранее область памяти. Загрузочная дискета для Linux не содержит никаких файловых систем. Ядро записано на дискете как последовательность блоков, так как это значительно упрощает процесс загрузки. Однако, вполне можно загружаться с дискеты, на которой установлена какая-нибудь файловая система, используя загpузчик LILO.

При загрузке с жесткого диска, код, расположенный в MBR, проверяет таблицу разделов (также расположенную в MBR), определяет активный раздел (раздел, используемый при загрузке), считывает загрузочный сектор этого раздела и запускает считанный код. Код, расположенный в загрузочном секторе активного раздела жесткого диска, выполняет те же функции, что и код, находящийся в загрузочном секторе дискеты: он считывает ядро из выбранного раздела, а затем запускает его. Однако здесь существует много тонкостей, так как использование отдельного раздела диска только для хранения кода ядра неэффективно, поэтому код, расположенный в загрузочном секторе раздела, не просто последовательно считывает информацию с диска, а использует считывание по секторам. Существует несколько способов решения этой проблемы, но наиболее простым из них является использование LILO загрузчика (информацию по установке и настройке LILO см. в документации по LILO).

При загрузке с использованием LILO обычно сразу же загружается и запускается ядро, заданное по умолчанию, однако можно сконфигурировать LILO так, чтобы можно было бы загрузить одно из нескольких возможных ядер или даже другую операционную систему (в добавление к Linux). Также можно указать требуемое ядро или операционную сиситему во время загрузки. При нажатии клавиши ALT, SHIFT или CTRL (после загрузки LILO) будет выдан запрос, где можно указать ядро или систему. Однако при конфигурировании можно установить опцию, при которой LILO будет всегда выдвать такой запрос, а также указать время, по истечении которого загружается ядро, установленное по умолчанию.

Существуют и другие загрузчики, подобные LILO, однако у него есть несколько полезных функций, которых нет в других загрузчиках, так как он был написан специально для Linux. Например, имеется возможность передачи ядру параметров во время загрузки или изменения некоторых опций, встроенных в ядро. Среди подобных загрузчиков (bootlin, bootactv и др.) LILO является наилучшим выбором.

Загрузка системы как с жесткого диска, так и с дискет имеет свои преимущества, хотя загрузка с жесткого диска считается лучше и быстрее, так как она позволяет избежать неудобства, связанные со сменой дискет. Однако в некоторых случаях загрузка с дискет более удобна. Например, при установке системы или при повреждении файловой системы.

После того, как ядро системы загружено в память (с жесткого диска или с дискет) и запущено, выполняются приблизительно следующие действия:

Так как ядро Linux установлено в запакованном виде, то прежде всего оно само себя распаковывает. Это выполняет небольшая программа, расположенная в самом начале кода.

Если на компьютере установлена видеоплата sVGA, поддерживающая нестандартные текстовые режимы (такие как 100x40), выдается запрос для указания требуемого режима. При компиляции ядра можно сразу указать используемый режим, чтобы он не запрашивался системой во время загрузки. Режим также может быть установлен при помощи LILO или rdev(8).

Затем ядро тестирует аппаратное обеспечение (жесткие диски, дисководы, сетевые адаптеры и др.) и конфигурирует соответствующие драйверы устройств. Во время этого процесса на экран выдаются подсказывающие сообщения. Вот примерно то, что происходит во время загрузки:

LILO boot:

Loading linux.

Console: colour EGA+ 80x25, 8 virtual consoles

Serial driver version 3.94 with no serial options enabled

tty00 at 0x03f8 (irq = 4) is a 16450

tty01 at 0x02f8 (irq = 3) is a 16450

lp_init: lp1 exists (0), using polling driver

Memory: 7332k/8192 available (300k kernel code, 384k reserved, 176k data)

Floppy drive(s): fd0 is 1.44M, fd1 is 1.2M

Loopback device init

Warning WD8013 board not found at i/o = 280

Math coprocessor using irq13 error reporting

Partition check:

  hda: hda1 hda2 hda3

VFS: Mounted root (ext filesystem)

Linux version 0.99.pl9-1 (root@haven) 05/01/93 14:12:20

Хотя текст сообщений довольно сильно различается на разных системах и зависит от аппаратного обеспечения, версии Linux и конфигурации.

После этого, ядро пытается смонтиpовать файловую систему root. Место, куда она будет смонтирована, устанавливается во время компиляции или с помощью rdev или LILO. Тип файловой системы определяется автоматически. Если система root не монтиpуется, например по причине того, что ядро не содержит драйвер соответствующей файловой системы, то система зависает.

Файловая система root обычно монтиpуется в режиме read-only (это устанавливается таким же образом как и узел монтиpования). Это делает возможным проверку файловой системы в то время как она смонтиpована, хотя проверка файловой системы, установленной в режиме read-write не рекомедуется.

Затем ядро запускает программу init(8) в фоновом режиме (она расположена в каталоге /sbin/init) которая становится главным процессом. init выполняет различные функции, требуемые при установке системы.

В конце концов init запускает программу getty(8) для виртуальных консолей и последовательных линий. Эта программа позволяет подключаться к системе посредством виртуальных консолей и терминалов, подключенных через последовательные порты. init может быть сконфигурирована также для запуска и других программ.

После этого процесс запуска системы считается завершенным и система готова к работе.

3.3 Завершение работы и выключение системы

При выключении системы Linux необходимо выполнять некоторые процедуры. Если этого не сделать, то файловые системы и файлы могут повредиться. Это происходит по причине наличия в Linux дискового кэша, информация из которого записывается на диск только через некоторые промежутки времени. Это значительно повышает производительность системы, но также означает, что если просто выключить питание компьютера, то в дисковом кэше может находится большое количество информации и файловая система может быть частично повреждена, так как на диск обычно сбрасывается только часть информации.

Другой причиной для этого является мультизадачность системы, где одновременно может выполняться несколько процессов и выключение питания может быть гибельным для системы. Особенно это касается компьютеров, на которых одновременно работает несколько пользователей.

Существуют команды, предназначенные для правильного выключения системы - это shutdown(8) и halt(8), расположенные в каталоге /sbin. Есть два обычных способа их применения.

Если система установлена на компьютере, где работает один пользователь, то обычно завершают работу всех программ, работу всех виртуальных консолей, входят в систему под пользователем root (или остаются подключенными под этим пользователем, только в этом случае нужно перейти в корневой каталог во избежание проблем с демонтированием файловых систем), затем выполняется команда halt или shutdown -h now (при желании можно установить задержку, которая устанавливается заменой параметра now на знак '+' и числом минут, по истечении которых будет завершена работа системы) или просто halt.

Если на копьютере, на котором установлена система, работает одновременно несколько пользователей, то возможно использование команды shutdown в следующем формате:

shutdown -h +time message,

где time это время, по истечении которого работа системы будет завершена, а message - сообщение, в котором объясняется причина выключения. Напpимеp,

root# shutdown -h +10 'We will install a new disk.  System should

> be back on-line in three hours.'

Выполнение этой команды предупредит каждого пользователя, работающего в системе, что она будет выключена через 10 минут. Сообщение выдается на каждый терминал, где работают пользователи, включая xterm.

Broadcast message from root (ttyp0) Wed Aug 2 01:03:25 1995...



We will install a new disk. System should

be back on-line in three hours.

The system is going DOWN for system halt in 10 minutes !!

Выдача сообщения автоматически повторяется несколько раз перед прекращением работы системы и каждый раз с более коротким интервалом. При использовании halt нельзя установить задержку, поэтому эта программа редко применяется на многопользовательских системах.

Замечание: файл /etc/inittab содержит команды, выполняющиеся при выключении системы.

После запуска процесса прекращения работы системы, демонтируются все файловые системы (кроме системы root), завершается выполнение всех процессов и программ-демонов, затем демонтируется файловая система root и вся работа завершается. После этого выдается сообщение, в котором говорится, что можно отключить питание. Только после этого питание компьютера может быть отключено.

В некоторых случаях невозможно завершить этот процесс соответствующим образом. Например, при повреждении кода ядра в памяти, нарушается его работа или система зависает и просто нет возможности ввести новую команду можно только надеяться, что ничего не повредится и выключить питание. Если же неполадки не такие серьезные (например вышла из строя клавиатура), а ядро и программа update работают нормально, то наилучшим вариантом будет подождать несколько минут, пока update(8) не сохранит на диске информацию, хранящуюся в кэш-буфере и только после этого выключить питание.

Некоторые выключают копьютер после трехкратного выполнения команды sync(8), которая сбрасывает на диск содержимое буфера, и, после прекращения обращения к диску, выключают компьютер. Если в момент выключения работа всех программ была завершена, то эта процедура почти идентична выполнению команды shutdown. Однако, файловые системы не демонтируются, что может привести к некоторым проблемам, связанным с флагом 'clean filesystem' системы ext2fs. В любом случае использование этого способа не рекомендуется.

3.4 Перезагрузка системы

Процесс перезагрузки может быть достигнут путем прекращения работы системы, выключения питания и включения снова. Более простой способ - это указать команде shutdown перезагрузить систему установив опцию -r. Например, для этого можно использовать команду shutdown -r now. Также можно использовать команду reboot.

3.5 Однопользовательский режим работы

Команда shutdown может также использоваться для перевода системы в однопользовательский режим, в котором к системе никто не может подключится кроме пользователя root, который использует для работы главную консоль. Это иногда применяется для административных целей, для выполнения которых не может быть использована нормально работающая система.

3.6 Дискеты для экстенной загрузки

Не всегда имеется возможность загрузки системы с жесткого диска. Например, при неправильных установках в LILO загрузчике систему невозможно будет загрузить. В таких случаях должен быть другой способ загрузки. Для персональных компьютеров обычно она выполняется с дискет.

Большинство распространяемых версий Linux позволяют во время установки системы создать загрузочную дискету. Однако многие такие дискеты содержат только ядро и, предполагается, что для устранения неполадок будут использоваться программы, находящиеся на установочных дисках. Иногда этих программ бывает недостаточно, например, когда требуется восстановить некоторые файлы, созданные с помощью программ, которых нет на этих дисках.

Поэтому может возникнуть необходимость в создании специально настроенного диска. В документации "Bootdisk HOWTO" содержится необходимая информация для создания подобного диска.

При загрузке со специально настроенного диска нельзя использовать привод, на котором смонтирована эта дискета, для каких-либо других целей. Это может создать некоторые неудобства, если в компьютере имеется только один дисковод. Однако, если компьютер имеет достаточный объем памяти, можно загрузить этот диск в RAM диск (для этого ядро, расположенное на дискете должно быть сконфигурировано соответствующим образом). Это позволяет использовать дисковод для других целей.