Глава 8. Основы администрирования системы

2004 г.

Linux для пользователя

Виктор Костромин, http://rus-linux.net/

Глава 8. Основы администрирования системы

8.2. Процедура загрузки ОС Linux

Для начала надо отметить, что все, о чем будет рассказано в этом разделе, относится к дистрибутиву Red Hat и его аналогам. В других дистрибутивах (например, Debian) процедуры загрузки могут быть организованы иначе.

8.2.1. Процесс init и файл /etc/inittab

Как вы знаете, после включения питания компьютера и завершения тестирования аппаратной части BIOS считывает из первого сектора загрузочного диска короткую программу-загрузчик. Эта программа запускает основной системный загрузчик (например, lilo), который, в свою очередь, загружает в память ядро системы, которое обычно хранится в файле vmlinuz-x.y.z-a в каталоге /boot. Здесь x.y.z — это номер версии ядра, а вместо символа a часто стоит указание на какие-то конкретные модификации ядра. Впрочем, название файла ядра может быть и другим, для загрузчика это не имеет значения, только это имя надо указать в конфигурационном файле загрузчика.

Сразу после загрузки ядро монтирует корневую файловую систему и запускает процесс init. Процесс init — это программа, которая ответственна за продолжение процедуры загрузки, и перевод системы от начального состояния, возникающего после загрузки ядра, в стандартное состояние обработки запросов многих пользователей. Init выполняет еще массу различных операций, необходимых для дальнейшей работы системы: проверку и монтирование файловых систем, запуск различных служб (демонов), запуск процедур логирования, оболочек пользователей на различных терминалах и т. д.

Точный список этих операций зависит от так называемого уровня выполнения (run level). Уровень выполнения определяет перечень действий, выполняемых процессом init, и состояние системы после загрузки, т. е. конфигурацию запущенных процессов. Уровень выполнения идентифицируется одним символом. В ОС Linux существует 8 основных уровней выполнения:

0 — остановка системы;
1 — однопользовательский режим (для специальных случаев администрирования);
2 — многопользовательский режим без NFS (то же, что и 3, если компьютер не работает с сетью);
3 — полный многопользовательский режим;
4 — использование не регламентировано;
5 — обычно используется для запуска системы в графическом режиме;
6 — перезагрузка системы;
S (или s) — примерно то же, что и однопользовательский режим, но S и s используются в основном в скриптах.

Как видите, уровни 0, 1 и 6 зарезервированы для особых случаев. Относительно того, как использовать уровни со 2 по 5, единого мнения не существует. Некоторые системные администраторы используют разные уровни для того, чтобы задать разные варианты работы, например, на одном уровне запускается графический режим, на другом работают в сети и т. д. Вы можете сами решить, как использовать разные уровни для создания разных вариантов загрузки. Но для начала проще всего воспользоваться тем способом определения разных уровней, который был задан при установке.

Первым делом после старта процесс init считывает свой конфигурационный файл /etc/inittab. Этот файл состоит из отдельных строк. Если строка начинается со знака # или пуста, то она игнорируется. Все остальные строки состоят из 4 полей, разделенных двоеточиями:

id:runlevels:action:process

где:

id — идентификатор строки. Это произвольная комбинация, содержащая от 1 до 4 символов. В файле inittab не может быть двух строк с одинаковыми идентификаторами;
runlevels — уровни выполнения, на которых эта строка будет задействована. Уровни задаются цифрами или буквами без разделителей, например, 345;
process — процесс, который должен запускаться на указанных уровнях. Другими словами в этом поле указывается имя программы, вызываемой при переходе на указанные уровни выполнения;
action — действие.

В поле action стоит ключевое слово, которое определяет дополнительные условия выполнения команды, заданной полем process. Допустимые значения поля action:

respawn — перезапустить процесс в случае завершения его работы;
once — выполнить процесс только один раз при переходе на указанный уровень;
wait — процесс будет запущен один раз при переходе на указанный уровень и init будет ожидать завершения работы этого процесса, прежде, чем продолжать работу;
sysinit — это ключевое слово обозначает действия, выполняемые в процессе загрузки системы независимо от уровня выполнения (поле runlevels игнорируется). Процессы, помеченные этим словом, запускаются до процессов, помеченных словами boot и bootwait;
boot — процесс будет запущен на этапе загрузки системы независимо от уровня выполнения;
bootwait — процесс будет запущен на этапе загрузки системы независимо от уровня выполнения, и init будет дожидаться его завершения;
initdefault — строка, в которой это слово стоит в поле action, определяет уровень выполнения, на который система переходит по умолчанию. Поле process в этой строке игнорируется. Если уровень выполнения, используемый по умолчанию, не задан, то процесс init будет ждать, пока пользователь, запускающий систему, не введет его с консоли;
off — игнорировать данный элемент;
powerwait — позволяет процессу init остановить систему, когда пропало питание. Использование этого слова предполагает, что имеется источник бесперебойного питания (UPS) и программное обеспечение, которое отслеживает состояние UPS и информирует init о том, что питание отключилось;
ctrlaltdel — разрешает init перезагрузить систему, когда пользователь нажимает комбинацию клавиш <Ctrl>+<Alt>+<Del> на клавиатуре. Обратите внимание на то, что системный администратор может определить действия по комбинации клавиш <Ctrl>+<Alt>+<Del>, например игнорировать нажатие этой комбинации (что вполне разумно в системе, где много пользователей).

Этот список не является исчерпывающим. Более подробно о файле inittab можно узнать из man-страниц init (8), inittab (5) и getty (8).

Обработка файла /etc/inittab процессом init начинается в однопользовательском режиме (уровень 1), в котором единственным пользователем является пользователь root, работающий с консоли. Первым делом init находит строку, которая определяет, какой уровень выполнения запускается по умолчанию:

id:3:initdefault:

Это и будет тот уровень, в котором запустится и будет работать система после загрузки, поэтому естественно, что нельзя указывать в строке initdefault уровни 0 и 6.

Далее init выполняет команды, указанные в строке с ключевым словом sysinit. В стандартной конфигурации здесь выполняется скрипт rc.sysinit из каталога /etc/rc.d. После этого процесс init просматривает файл /etc/inittab и выполняет скрипты, соответствующие однопользовательскому уровню (1 во втором поле строки), всем уровням (строки с пустым вторым полем) и уровню, заданному по умолчанию. В строке, соответствующей уровню по умолчанию, вызывается скрипт rc из каталога /etc/rc.d. Этот скрипт один и тот же для всех уровней (т. е. обязательно вызывается, на какой бы уровень выполнения не загружалась система), только в зависимости от уровня выполнения ему передается соответствующее значение параметра вызова, так что, например, для 3-го уровня вызов скрипта осуществляется строкой типа

l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3

Функции, выполняемые скриптами rc.sysinit и rc мы подробно рассмотрим ниже, в разд. 8.2.2, а сейчас вернемся к краткому обзору действий процесса init.

Следующая важная функция, которую выполняет этот процесс (на уровнях со 2 по 5) — запуск шести виртуальных консолей (процессов getty), чтобы предоставить пользователям возможность регистрироваться в системе с терминалов. Для этого init порождает процессы, именуемые getty-процессами (от "get tty" — получить терминал), и следит за тем, какой из процессов открывает какой терминал. Каждый getty-процесс устанавливает свою группу процессов, используя вызов системной функции setpgrp, открывает отдельную терминальную линию и обычно приостанавливается во время выполнения функции open до тех пор, пока машина не получит аппаратную связь с терминалом. Когда функция open возвращает управление, getty-процесс исполняет программу login (регистрации в системе), которая требует от пользователей, чтобы они идентифицировали себя указанием регистрационного имени и пароля. Если пользователь зарегистрировался успешно, программа login, наконец, запускает командный процессор shell и пользователь приступает к работе. Этот вызов shell именуется "login shell" (регистрационный shell, регистрационный интерпретатор команд). Процесс, связанный с shell, имеет тот же идентификатор, что и начальный getty-процесс, поэтому login shell является процессом, возглавляющим группу процессов.

Если пользователь не смог успешно зарегистрироваться, программа регистрации завершается через определенный промежуток времени, закрывая открытую терминальную линию, а процесс init порождает для этой линии следующий getty-процесс, открывающий терминал, вместо прекратившего существование.

После завершения загрузки init продолжает работать в фоновом режиме, отслеживая изменения в состоянии системы. Например, если будет подана команда telinit, позволяющая изменить уровень выполнения, процесс init обеспечит выполнение команд, заданных для нового уровня файлом /etc/inittab. Этот файл прочитывается заново и в случае поступления сигнала HUP; эта особенность избавляет от необходимости перезагружать систему для того, чтобы сделать изменения в начальной конфигурации.

Таким образом, процесс начальной загрузки init постоянно находится в оперативной памяти и при получении соответствующих сигналов повторно выполняет цикл чтения из файла /etc/inittab инструкций о том, что нужно делать, причем этот набор инструкций различен для разных уровней выполнения.

Когда суперпользователь останавливает систему (командой shutdown), именно init завершает все другие исполняющиеся процессы, размонтирует все файловые системы и останавливает процессор.

Замечание

В приведенном описании опущены многие важные детали. Более подробное описание можно найти в man-страницах по init (8), inittab (5) и getty (8), а также в документах "Linux Documentation Project's Serial HOWTO".

Замечание

Если вы некорректно модифицируете файл /etc/inittab, система может перестать загружаться. Так что перед внесением каких-либо изменений в этот файл по меньшей мере запаситесь загрузочной дискетой и сохраните копию исходного файла на случай фатальных ошибок.

8.2.2. Основные конфигурационные файлы

Если вы прочитали разд. 8.2.1 (или если смотрели файл /etc/inittab), то представляете, что в обычной ситуации процесс init помимо запуска процессов getty выполняет 2 основных действия:

запускает скрипт rc.sysinit из каталога /etc/rc.d;
запускает скрипт rc из того же каталога /etc/rc.d с опцией, равной уровню выполнения (обычно rc 3).

В файле rc.sysinit содержатся команды инициализации системы, в том числе команды установки системных переменных, загрузки таблиц раскладки клавиатуры (командой loadkeys) и системного шрифта (команда consolechars), монтирования и проверки файловых систем, загрузки модулей, задания предпочитаемой графической оболочки и т. д.

Если вы внимательно прочитали раздел о командном языке интерпретатора команд shell (гл. 5), то вы легко поймете большую часть скрипта /etc/rc.d/rc.sysinit.

Прежде чем рассматривать функции, выполняемые скриптом rc, надо сказать несколько слов о каталоге /etc/rc.d. Этот каталог вообще играет важную роль в процессе загрузки, поскольку он содержит основные скрипты (программы на языке командного процессора shell), служащие для организации процесса загрузки.

Каталог rc.d содержит следующий набор подкаталогов:

rc0.d
rc1.d
rc2.d
rc3.d
rc4.d
rc5.d
rc6.d
init.d

Если вы просмотрите (например, с помощью команды ls -l) содержимое подкаталогов rcX.d, то увидите, что в этих подкаталогах содержатся не файлы, а только ссылки на файлы скриптов, находящиеся в других каталогах, а именно (за редким исключением), в каталоге /etc/rc.d/init.d. Названия этих ссылок имеют имена, начинающиеся либо с буквы K, либо с буквы S. Подкаталог init.d содержит по одному скрипту для каждой из возможных в системе служб (NFS, sendmail, httpd и т. п.).

Теперь вспомним, что процесс init после скрипта rc.sysinit запускает скрипт rc с опцией, равной заданному уровню выполнения. Этот скрипт предназначен в общем случае для перевода системы из одного уровня выполнения на другой. В процессе начальной загрузки этот скрипт переводит систему из однопользовательского режима на уровень, задаваемый по умолчанию. Общий алгоритм работы rc состоит в следующем. При переходе на уровень X сначала просматривается каталог rcX.d и для всех ссылок, которые начинаются на K, вызываются файлы, на которые идет ссылка, с опцией stop, т. е. осуществляется останов соответствующих служб (которые не должны работать на данном уровне выполнения). Затем запускаются службы, которые на данном уровне выполнения должны быть запущены. Это осуществляется путем последовательного просмотра ссылок, которые начинаются с символа S, и запуска соответствующих скриптов с опцией start. Из сказанного ясно, что буквы (символы) S и K, с которых начинаются имена ссылок в подкаталогах rcX.d, происходят от start и kill, соответственно. Заметим еще, что после S и K в именах ссылок стоят двузначные номера, которые служат для задания порядка запуска скриптов.

Одна из последних ссылок вида SXXname, используемых скриптом rc на уровнях 2–5, является ссылка на скрипт /etc/rc.d/rc.local. Как сказано в самом этом файле, этот скрипт выполняется после всех других скриптов в процессе инициализации системы, поэтому если вы хотите, чтобы в процессе загрузки были выполнены какие-то дополнительные команды или ваши персональные настройки, то их целесообразно поместить именно сюда.

Тот вариант этого скрипта, который устанавливается из дистрибутива, выполняет очень ограниченные задачи: выводит на экран логотип дистрибутива и формирует файлы /etc/issue и /etc/issue.net, содержащие текст сообщений, выдаваемых пользователю при входе в систему.

8.2.3. Другие файлы, влияющие на процесс загрузки

Кроме файлов /etc/inittab, /etc/rc.d/rc.sysinit, /etc/rc.d/rc, /etc/rc.d/rc.local на процесс загрузки (и, следовательно, формирующуюся в результате конфигурацию системы), оказывают влияние те скрипты и отдельные программы, которые вызываются из только что перечисленных файлов, а также некоторые чисто конфигурационные файлы. Рассмотреть их все невозможно, но о некоторых необходимо упомянуть.

Все важнейшие общесистемные конфигурационные файлы расположены в каталоге /etc и его подкаталогах. Приведем краткий список с указанием на роль некоторых из этих файлов в системе и ссылки на то, где искать более подробную информацию.

/etc/lilo.conf — файл, определяющий конфигурацию загрузчика lilo (о структуре этого файла было сказано несколько слов в гл. 2);
/etc/modules.conf (или /etc/conf.modules) — файл, определяющий конфигурацию загружаемых модулей ядра (см. man-страницу по modules.conf);
/etc/fstab — содержит информацию, необходимую для автоматического монтирования файловых систем (см. разд. 4.8 и разд. 8.3);
/etc/passwd — различная регистрационная информация, включая пароли;
/etc/profile — глобальный файл профилей — устанавливает переменную $PATH и другие важнейшие переменные; заглянув в него, вы увидите, что в нем вызываются все файлы из подкаталога /etc/profile.d, в частности, файл, задающий параметры локализации системы;
/etc/bashrc — глобальный файл конфигурации bash, устанавливает синонимы (алиасы) и функции, и т.п.;
/etc/issue — содержит сообщение, выдаваемое на терминал перед входом в систему (перед запросом имени и пароля); однако редактировать этот файл с целью изменения текста сообщения не стоит, потому что сам он формируется инициализационным скриптом /etc/rc.d/rc.local;
/etc/motd — устанавливает сообщение, выдаваемое пользователю после входа в систему (после правильного ввода пароля);
/etc/redhat-release — содержит название и номер версии дистрибутива, используется скриптом rc.local.

Перечисленные выше конфигурационные файлы оказывают влияние на процесс загрузки системы и процесс входа в систему любого пользователя. Но существуют и такие файлы, которые влияют только на процедуры входа в систему отдельного пользователя, позволяют создать для него индивидуальную рабочую среду. Такие файлы будут рассмотрены в следующем разделе.

8.2.4. Процессы, происходящие при регистрации пользователя

Последовательность событий при полной регистрации выглядит так.

Пользователь вводит регистрационное имя по приглашению login: процесса getty.
getty выполняет программу login, используя в качестве аргумента указанное имя.
login запрашивает пароль и сверяет имя и пароль с записанными в файле /etc/passwd.
login выводит на экран из файла /etc/motd "сообщение дня".
login запускает интерпретатор shell, указанный в бюджете пользователя и устанавливает переменную среды TERM.
shell выполняет соответствующие файлы запуска, после чего выводит на экран приглашение и ожидает ввода информации.

О файлах запуска надо сказать несколько слов дополнительно. В домашнем каталоге пользователя находятся несколько личных файлов конфигурации. Если таких файлов в домашнем каталоге нет, то после входа в систему будут прочитаны глобальные файлы, содержащие значения "по умолчанию". Если в качестве оболочки используется Bourne-shell, выполняется файл .profile, если C-shell — .login и .cshrc, если Korn-shell — .profile и .kshrc (мы в дальнейшем рассматриваем только случай оболочки bash).

Если вы хотите установить для себя переменные среды (PATH или другие), отличающиеся от тех, которые по умолчанию задаются для всех пользователей, или вы хотите изменить сообщение, которое будет выдаваться вам после входа в систему, или хотите, чтобы после того, как вы войдете в систему, автоматически запускалась какая-то программа, вы можете сделать это с помощью следующих файлов:

/home/your_home/.bashrc — устанавливает ваши алиасы (т. е. псевдонимы или альтернативные имена команд, удобные для упрощения ввода часто используемых команд, имеющих значительную длину из-за большого количества опций) и функции;

/home/your_home/.bash_profile или /home/your_home/.profile — устанавливает переменные среды и запускает ваши программы.

Если такие файлы существуют (заметим, что это скрытые файлы), они будут считаны после входа в систему, и команды, записанные в них, будут выполнены.

Если вы хотите, чтобы при входе пользователя в систему выполнялся какой-то скрипт, то можно вызов этого скрипта поместить в файл ~/.profile. Это может сделать и сам пользователь.

Эти команды будут исполняться только при входе пользователя в систему. Можно, например, приветствовать каждого пользователя по имени или посылать индивидуальные сообщения:

if test $USER = jim; then

echo 'Здравствуйте, уважаемый Jim!'

8.2.5. Загрузка в однопользовательском режиме

Процесс загрузки ОС, к сожалению, не всегда происходит так, как это задумано. Бывают случаи, когда система отказывается загружаться нормальным образом. Основные причины, приводящие к такой ситуации [П10.1]:

неисправности аппаратных средств;
дефектные блоки на диске, в частности, блоки, в которых находится программа-загрузчик или ядро системы;
повреждения файловых систем;
неверно сконфигурированное ядро (например, при попытках установить самостоятельно скомпилированную или экспериментальную версию ядра);
ошибки в сценариях запуска (появившиеся, например, из-за того, что вы внесли в эти сценарии какие-то исправления).

Первое, что надо знать пользователю в таком случае — как войти в контакт с системой, заставить ее воспринимать команды, чтобы попытаться что-то исправить. Один из возможных вариантов действий в этом случае — попытаться запустить систему в однопользовательском режиме, т. е. с уровнем выполнения 1 (см. разд. 8.2).

Обычно о необходимости перехода в однопользовательский режим говорит то, что fsck не может автоматически восстановить файловую систему при загрузке. В таких случаях бывает необходимо запустить fsck в разделе /usr, для чего требуется, чтобы раздел был размонтирован, а этого нельзя сделать, пока не будут отключены почти все системные службы. Тут-то и требуется перейти в однопользовательский режим, в котором запускается минимум служб и сервисов системы.

Вы можете заставить процесс init загрузить систему в однопользовательском режиме, если зададите в командной строке загрузки ядра (в ответ на приглашение LILO boot:) аргумент single или emergency. Точнее, в тот момент, когда на экране появится сообщение

LILO boot:

необходимо ввести

linux single root=/dev/hda1.

где вместо /dev/hda1 надо, естественно, подставить имя раздела с корневой файловой системой. Эта команда подключит корневой раздел и переведет систему в однопользовательский режим. В этом режиме в системе работает только один пользователь — администратор и запускается только очень небольшое число самых необходимых системных служб (system services) -- включая login. (Заметим в скобках, что другим способом перевода системы в однопользовательский режим является применение команды telinit, однако в рассматриваемой ситуации, когда не проходит загрузка, воспользоваться этим способом вряд ли удастся).

Из соображений безопасности нормально сконфигурированная система при загрузке оболочки в однопользовательском режиме запросит пароль пользователя root. Это очевидно, так как иначе злоумышленнику было бы очень легко, задав соответствующие аргументы загрузчику LILO, войти в систему как root со всеми вытекающими отсюда последствиями. Чтобы злоумышленники не могли воспользоваться загрузкой в однопользовательском режиме для входа в систему без пароля, в соответствующую секцию файла lilo.conf должны быть добавлены две строки:

restricted

password=<password>

После выхода в оболочку вы сможете отменить те правки, которые привели к краху или предпринять какие-то другие действия по выходу из сбойной ситуации. В книге Д. Такета и С.Барнета [П1.9] сказано, что этот способ не работает, если корневой раздел находится на диске SCSI. Однако, возможно, это относится к старым версиям Linux, поскольку один из моих корреспондентов (Р.Сузи) уверяет, что со SCSI-дисками никаких проблем нет, и система грузится с них в любом режиме, лишь был бы доступен initrd. Ну, а если загрузиться в однопользовательском режиме все же не получается, можно попробовать загрузить систему с загрузочной дискеты, так что позаботьтесь о том, чтобы такая дискета у вас была.

Кстати, не дожидаясь возникновения чрезвычайных ситуаций, проверьте, как будет у вас проходить загрузка в однопользовательский режим и загрузка с аварийной дискеты. После этого, если неприятности все же возникнут, вы будете чувствовать себя значительно спокойнее.
Предыдущий раздел Оглавление Следующий раздел