システム起動プロセス【LPIC level2】

システム起動プロセス

ブートからカーネルの起動まで

電源を入れるとBIOS/UEFIが起動し、次にブートローダが起動します。

BIOS(Basic Input Output System)

BIOSは、最も基本的な制御プログラムであり、基本的な入出力の管理を行います。

電源が投入されると不揮発性メモリに格納されているBIOSが実行され以下の作業を行います。

メモリのチェック
ハードウェア設定の読み込み
起動デバイスのチェック
起動デバイスのマスターブートレコード内に格納されたブートローダを実行します。

UEFI

UEFIとは、従来のシステムBIOSの代替となる規格です。

UEFIでは、一部OSにおける起動ドライブの容量制限がなくなったり、GUIベースのセットアップ画面が利用できる製品もあるなど様々な拡張が行われています。

MBR/GPT

BIOSでは、起動デバイスの最初のセクタであるMBR(マスターブートレコード)でパーティションを管理します。

MBRには、OSを起動するプログラムであるブートローダの一部と、基本パーティションの情報を収めたパーティションテーブルが含まれています。

UEFIでは、GPTでパーティションを管理します。

GPTパーティションでは起動ドライブに2TB以上を割り当てることが出来ます。

ブートローダはUEFIシステムパーティションに格納されます。

EFIシステムパーティションはFATでフォーマットされ、/boot/efiディレクトリにマウントされます。

ブートローダ

ブートローダは基本的に、マスターブートレコードに格納される部分とそこから呼び出される部分に呼び出される部分に分かれています。

これは、マスターブートレコードの中に格納されるブートローダのサイズが制限されているために、ブートローダ全体の格納することが出来ないからです。

第一段階のブートローダは第二段階のブートローダをロードし、第二段階のブートローダを起動します。

第二段階のブートローダは指定されたパーティションからカーネルをロードし、カーネルへ制御を渡します。

Linuxでよく利用されるブートローダには、GRUB Legacyや後継のGRUB2があります。

カーネル

カーネルは、組み込まれているハードウェアの検出、メモリの初期化、システムクロックの設定、IRQの設定、ルートパーティションのマウントなどを行い、最後にinitプログラムを実行します。

なお、カーネル起動中に表示される様々なメッセージは、起動後にdmesgコマンドで確認することが出来ます。

SysVinitの概要

サービスが起動する仕組みは、この数年で大きく変わりました。

これまでは、UNIX系OS全般で広く使われてきたSysVinitが主流でした。しかし現在では、systemdという新しい起動の仕組みが主流になっています。

SysVinitでは、Linuxシステムで最初に実行されるプロセスであるinitが、/etc/inittabファイルの設定に従い、システムに必要なサービスを順次起動していきます。

initは最初のプロセスであり、PIDは1です。init以後に開始されるすべてのプロセスはinitの子/孫プロセスです。

一般的な流れは、以下の通りです。

initが/etc/inittabファイルを読み込む
initが/etc/rc.sysinitスクリプトを読み込む
initが/etc/rcスクリプトを実行する。
/etc/rcスクリプトが「/etc/rcランレベル.d」ディレクトリ以下のスクリプトを実行します。

起動スクリプトとランレベル

通常、起動されるサービスはランレベルごとに異なります。

ランレベルごとにどのようなサービスが用意されているかは、/etc/rc[0-6].dディレクトリを見ると分かります。

書式：/etc/init.d サービス名コマンド

以下、起動スクリプトの主なコマンドです。

コマンド	説明
start	サービス開始
stop	サービスの終了
restart	サービスの再起動
condrestart	サービスが起動している場合のみ再起動する
status	状態を表示する。

サービスの自動起動

ランレベルごとにどのサービスをデフォルトで起動するかは、いくつかの方法で設定できます。

手動でリンクを作成

/etc/rc[0-6].dディレクトリ以下に、自動的に起動させたいサービスの起動スクリプトのシンボリックリンクを作成することが出来ます。

chkconfigコマンド

RedHat系ディストリビューションでは、サービスの自動起動を設定するツールとしてchkconfigコマンドが用意されています。

オプション	説明
–list	サービスの自動起動設定をランレベルごとに表示する
–level レベル	ランレベルを指定する
–add	サービスを追加登録する
–del	サービスを削除する

update-rc.dコマンド

Debian系ディストリビューションでは、update-rc.dコマンドを利用することが出来ます。

systemdの概要

systemdを採用したシステムでは、initプロセスの代わりにsystemdプロセスが起動し、各種サービスを管理します。

systemdでは、以下のように複数のデーモンプロセス(常駐プロセス)が連携して動作します。

プロセス	説明
systemd	systemdのメインプロセス
systemd-journal	ジャーナル(ログ)管理プロセス
systemd-logind	ログイン処理プロセス
systemd-udevd	デバイス動的検知プロセス

systemdでは、システムの起動処理は多数のUnitと呼ばれる処理単位に分かれています。

Unitには、あるサービスを起動するUnitや、ファイルシステムをマウントするUnitなどがあります。

以下、主なUnitの種類です

拡張子	説明
service	各種サービスを起動する
device	各種デバイスを表す(udevのデバイス認識により自動作成)
mount	ファイルシステムをマウントする(/etc/fstabより自動作成)
swap	スワップ領域を有効にする(/etc/fstabより自動作成)
target	複数のUnitをグループ化する

systemdの起動手順

システムが起動すると、まずdefault.targetというUnitが処理されます。

ランレベル	ターゲット
0	poweroff.target
1	rescue.target
2、3、4	multi-user.target
5	graphical.target
6	reboot.target

systemctlコマンドによるサービス管理

systemdでサービスを管理するには、systemctlコマンドを使います。

サブコマンド	説明
start	サーニスを起動する
stop	サービスを終了する
restart	サービスを再起動する
reload	サービスの設定を再読み込みする
status	サービスの稼働状況を表示する
is-active	サービスが起動しているかどうかを確認する
enable	システム起動時にサービスを自動起動する。
disable	システム起動時にサービスを自動起動しない
list-units	起動しているUnitを表示する
list-unit-files	すべてのUnitを表示する
list-dependencies	指定したサービスが必要とするUnitを表示する

systemdのログ

systemdを採用したシステムでは、journalctlコマンドを使ってsystemdのログを閲覧できます。

オプション	説明
-f	ログの末尾を表示し続ける
-n 行数	指定した行数だけログの末尾を表示する
-p priority	メッセージのプライオリティがpriorityのものだけを表示する
-r	ログを新しい順に表示する(デフォルトは古いものから)
-u Unit名	指定したUnitのログを出力する
–full	エスケープ文字を除いてプレーンテキストで出力する
–no-pager	1ページごとに表示せずすべてのログを出力する

最後まで読んで頂き、ありがとうございました。

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