19.2.2. Ініціалізація ядра

Перший етап ініціалізації ядра відбувається у реальному режимі процесора. Пе­реважно здійснюється ініціалізація апаратних пристроїв (Linux не довіряє цього BIOS). Функція setupO визначає фізичний обсяг пам'яті у системі, ініціалізує клавіатуру, відеокарту, контролер жорсткого диска, деякі інші пристрої, переви-значає таблицю переривань, переводить процесор у захищений режим і передає управління функції startup_32(), код якої також перебуває поза стиснутим ядром.

Функція startup_32() задає сегментні регістри і стек, розпаковує образ ядра і розташовує його у пам'яті. Далі виконують код розпакованого ядра, при цьому керування спочатку дістає функція, яку також називають startup_32(). Вона фор­мує середовище виконання для першого потоку ядра Linux («процес 0»), створює його стек (із цього моменту вважають, що він є), вмикає підтримку сторінкової організації пам'яті, задає початкові (порожні) оброблювачі переривань, визначає модель процесора і переходить до виконання функції start kernel ().

Функцію Start kernel () виконують у межах потоку ядра «процес 0», завер­шуючи ініціалізацію ядра. Вона доводить до робочого стану практично кожен компонент ядра, зокрема:

♦ ініціалізує таблиці сторінок і всі дескриптори сторінок;

♦ остаточно ініціалізує таблицю переривань;

♦ ініціалізує кусковий розподілювач пам'яті;

♦ встановлює системні дату і час;

♦ виконує код ініціалізації драйверів пристроїв;

♦ робить доступною кореневу файлову систему (де розташовані файли, необ­хідні для завантаження системи).

Крім того, за допомогою функції kernel_thread() створюють потік ініціалізації («процес 1»), що виконує код функції і пі t (). Цей потік створює інші потоки ядра і виконує програму /sbin/init, перетворюючись у перший у системі процес кори­стувача і nit. Зазначимо, що для коректного завантаження і nit повинна бути дос­тупна коренева файлова система із найважливішими розділюваними бібліотека­ми (каталог /lib має бути на тому самому розділі, що і кореневий каталог /).

На перетворенні цього потоку в і nit ініціалізація ядра завершена, функція start kernel () переходить у нескінченний цикл простою (idle loop), не займаючи ресурсів процесора. Подальша ініціалізація системи відбувається під час вико­нання і nit.

19.2.3. Виконання процесу init

Процес init є предком усіх інших процесів у системі. Після запуску він читає свій конфігураційний файл /etc/inittab і запускає процеси, визначені в ньому. Набір процесів, які запускаються, залежить від дистрибутива Linux. Приклад виконан­ня і пі t під час завантаження системи Red Hat Linux наведено нижче.

Файл /etc/inittab визначає кілька рівнів роботи (runlevels). Кожен із них - це особлива програмна конфігурація системи, у якій може існувати тільки певна група процесів. Рівень роботи визначає режим функціонування ОС (однокори-стувацький, багатокористувацький, перезавантаження тощо). Стандартними рів­нями роботи є рівні з 0 по 6. Ось найважливіші з них:

♦ 0 — завершення роботи (shutdown);

♦ 1- однокористувацький режим (single user mode) - у ньому не дозволене ви­конання деяких фонових процесів, доступ до системи через мережу тощо;

♦ 3 — стандартний багатокористувацький режим (звичайно цей рівень задають за замовчуванням);

♦ 6 — перезавантаження (reboot).

Для деяких рівнів задано символьні синоніми (наприклад, для рівня 1 синоні­мом є рівень S). У файлі /etc/inittab визначено різні командні файли (із програма­ми, написаними мовою командного інтерпретатора, далі їх називатимемо скрип-тами), які повинні виконуватися для різних рівнів виконання.

Синтаксис рядка /etc/inittab такий:

і дентифі катор:рі вень_роботи:ді я:програми

Перший скрипт, який запускає init, визначений у рядку /etc/inittab із дією, за­даною ключовим словом sysinit. Точне його ім'я залежить від поставки Linux, у Red Hat це /etc/rc.d/rc.sysinit. Його називають також стартовим скриптом. Ось відповідний рядок /etc/inittab:

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

Стартовий скрипт налаштовує базові системні сервіси, зокрема:

♦ час від часу перевіряє диски на помилки командою fsck;

♦ завантажує модулі ядра для драйверів пристроїв, які не повинні бути заванта­жені раніше;

♦ ініціалізує ділянку підкачування командою swapon;

♦ монтує файлові системи відповідно до файла /etc/fstab.

У файлі /etc/fstab задано, яка файлова система має бути змонтована у який ка­талог кореневої файлової системи. Кожний рядок цього файла відповідає одній операції монтування і містить інформацію про тип файлової системи, розділ, де вона розташована, точку монтування тощо.

Крім стартового скрипта, у каталозі /etc/red перебувають кілька інших скриптів:

♦ /etc/rc.d/rc - викликають у разі зміни рівня виконання; як параметр він при­ймає номер рівня, звичайно запускає всі скрипти, що відповідають рівню (такі скрипти розглянемо трохи пізніше);

♦ /etc/rc.d/rc.local — викликають останнім під час завантаження системи; він міс­тить специфічні для конкретної машини команди (зазвичай не рекомендують поміщати такі команди у стартовий скрипт, оскільки у разі перевстановлення або відновлення системи той файл стирають, а гс.іосаі - ні).

Запуск системних фонових процесів та ініціалізацію системних служб (на­приклад, мережних інтерфейсів) виконують із використанням набору файлів ' підкаталогів у каталозі /etc.

У каталозі /etc/rc.d/init.d зберігають набір індивідуальних стартових скриптів, відповідальних за керування різними фоновими процесами і службами. Наприклад, скрипт /etc/rc.d/init.d/httpd відповідає за керування веб-сервером Apache. Кожний стартовий скрипт має обробляти отримані як параметри ключові слова start і stop, запускаючи і зупиняючи відповідний процес.

# /etc/rc.d/init.d/httpd start

Стартові скрипти не запускаються безпосередньо процесом init під час заванта­ження системи. Для організації такого запуску в /etc/red є набір каталогів (rcO.d... rcö.d), кожен із них містить символічні зв'язки, що вказують на стартові скрипти. У разі переходу на певний рівень виконання і nit запускає скрипт /etc/rc.d/rc, який пе­реглядає всі зв'язки каталогу, що відповідає рівню, і виконує дії відповідно до їх імен.

Кожен зв'язок має деяке ім'я у форматі Кяиім'я або S/гшм'я (де пп - цифри, наприклад S70httpd), яке характеризується такими особливостями.

Якщо ім'я починається на S, то на цьому рівні служба має бути запущена (як­що вона не запущена, потрібно виконати відповідний стартовий скрипт із пара­метром start); на К - на цьому рівні служба не повинна бути запущена (якщо вона запущена, її потрібно зупинити, виконавши стартовий скрипт із парамет­ром stop).

Число пп задає номер послідовності, що визначає порядок запуску або зупин­ки служб у разі переходу на рівень. Що більший пп, то пізніше виконається скрипт; важливо, щоб до цього часу вже були запущені всі служби, від яких зале­жить ця. Наприклад, ініціалізацію мережі потрібно виконувати якомога раніше, тому зв'язок, що вказує на скрипт, при цьому може бути такий: S20network. Ім'я зв'язку завершують іменем стартового скрипта, на який він вказує.

Наприклад, коли init переходить на рівень виконання 3, усі зв'язки, що почи­наються на S у каталозі /etc/rc.d/rc3.d, буде запущено в порядку їхніх номерів, і для кожного запуску буде задано параметр start. Після виконання всіх скриптів ви­моги до рівня виконання 3 задовольняться.

В /etc/inittab має бути заданий рівень виконання за замовчуванням, для чого потрібно включити у файл рядок із ключовим словом initdefault. Система завер­шить своє завантаження після переходу на цей рівень. Звичайно, це - рівень 3.

id:3:initdefault:

Після запуску всіх скриптів для переходу на рівень за замовчуванням init завжди запускає спеціальну програму getty, що відповідає за зв'язок із користу­вачем через консоль і термінали (звичайно створюють кілька таких процесів - по одному на кожну консоль). Є різні реалізації цієї програми, у Linux популярними є agetty і mingetty. Саме getty видає підказку «login:».

Рядок у /etc/inittab, що задає запуск версії getty, має такий вигляд (ключове слово respawn означає, що процес буде перезапущено, якщо він припиниться):

1:2345:respawn:/sbi n/mingetty ttyl

Після того як користувач ввів своє ім'я, getty викликає програму /bin/login, що запитує пароль (видавши підказку «password:»), перевіряє його та ініціалізує сесію користувача. У більшості випадків це зводиться до запуску для користува­ча копії командного інтерпретатора (звичайно bash) у його домашньому каталозі. У результаті користувач може розпочати роботу із системою.

Процес і nit залишається у пам'яті і після завантаження. Він відповідає за ав­томатичний перезапуск процесів (для цього потрібно прописати програму в /etc/ inittab із дією respawn, як getty); і nit також стає предком для всіх процесів, чий безпосередній предок припинив свою роботу.

Як зазначалося, у разі перезавантаження або зупинки система також перехо­дить на певні рівні виконання, і при цьому виконуються скрипти з /etc/rc.d/init.d через зв'язки в каталогах для цих рівнів (rcO.d для зупинки, rc6.d для перезаванта­ження; такі зв'язки починаються на К). Для того щоб розпочати перезавантажен­ня або зупинити систему, використовують спеціальну програму /sbin/shutdown, доступну лише суперкористувачу root. Консоль Linux також підтримує організа­цію перезавантаження від клавіатури натисканням на Ctrl+Alt+Del.