Capitolo 12. La Procedura di Avvio di FreeBSD

12.1. Sinossi

Il processo di accensione di un computer e caricamento del sistema operativo viene detto "processo di avviamento", o semplicemente "avvio". La procedura di avvio di FreeBSD fornisce un alto grado di flessibilità nel personalizzare quello che succede quando avvii il sistema, dandoti la possibilità di scegliere tra diversi sistemi operativi installati sullo stesso computer, o anche tra diverse versioni dello stesso sistema operativo o tra diversi kernel installati.

Questo capitolo fornisce i dettagli sulle opzioni di configurazione che puoi impostare per personalizzare il processo di avvio di FreeBSD. Ciò comprende tutto quello che avviene fino a quando il kernel viene lanciato, vengono controllate le periferiche, e viene avviato init(8). Se non sei sicuro di sapere quando tutto questo accada, si tratta del momento in cui il colore del testo a video cambia da bianco brillante a grigio.

Dopo aver letto questo capitolo, saprai:

  • Quali sono i componenti del sistema di avvio di FreeBSD, e come interagiscono.

  • Le opzioni che puoi impostare per i componenti durante l’avviamento di FreeBSD per controllare il processo di avvio.

  • Le basi dei device.hints(5).

Solo per x86

Questo capitolo descrive la procedura di avvio di FreeBSD su sistemi Intel x86.

12.2. Il Problema dell’Avvio

Accendere un computer e far partire il sistema operativo pone un dilemma interessante. Per definizione, il computer non sa fare nulla finché non viene avviato il sistema operativo. Questo include anche l’esecuzione dei programmi dal disco. Dunque se il computer non può eseguire un programma da disco senza il sistema operativo, ed i programmi del sistema operativo sono sul disco, come viene avviato il sistema operativo?

Questo è un problema analogo a quello descritto nel libro Le Avventure del Barone di Munchausen. Un personaggio era caduto in una botola, e ne era uscito tirandosi su da sé (in inglese "bootstrap"), riuscendo nell’intento solo con i propri sforzi. Nei primi giorni dei calcolatori al meccanismo usato per caricare il sistema operativo fu applicato il termine bootstrap, ed in seguito venne abbreviato in "booting" (in italiano "avvio").

Su sistemi con hardware x86 il BIOS (Basic Input/Output System) è il responsabile del caricamento del sistema operativo. Per fare ciò, il BIOS cerca nel disco rigido il Master Boot Record (MBR), che deve essere in una specifica posizione sul disco. Il BIOS ha abbastanza conoscenze per caricare ed eseguire l’MBR, ed assume che l’MBR possa portare avanti il resto dei compiti relativi al caricamento del sistema operativo, possibilmente con l’aiuto del BIOS.

Il codice all’interno del MBR è di solito riferito come boot manager, specialmente quando interagisce con l’utente. In questo caso la maggior parte del suo codice è nella prima traccia del disco o direttamente nel file system dell’OS. (Il boot manager qualche volta viene chiamato anche boot loader, ma gli utenti di FreeBSD usano questo termine per una successiva fase di avvio.) Boot manager popolari sono boot0 (a.k.a. Boot Easy, il boot manager standard di FreeBSD), Grub, GAG, e LILO. (Solo boot0 è all’interno del MBR.)

Se hai solo un sistema operativo installato sui tuoi dischi allora sarà sufficiente il MBR standard del PC. Questo MBR cerca la prima slice avviabile (a.k.a. attiva) sul disco, e quindi esegue il codice in quella slice per caricare il resto del sistema operativo. Il MBR installato da fdisk(8), di default, è come un MBR. È basato su /boot/mbr.

Se hai installato più sistemi operativi sui tuoi dischi allora puoi installare un boot manager diverso, che mostra una lista dei diversi sistemi operativi, e ti permette di scegliere quale avviare. Nella prossima sezione ne vengono presentati due.

Il resto del sistema di avvio di FreeBSD è diviso in tre stadi. Il primo stadio viene eseguito dall’MBR, che sa solo il necessario per mettere il computer in un certo stato ed eseguire il secondo stadio. Quest’ultimo può fare poco di più, prima di eseguire il terzo. Il terzo stadio esaurisce il compito di caricare il sistema operativo. Il lavoro è diviso in queste tre parti perché gli standard dei PC pongono dei limiti alla dimensione dei programmi che possono essere eseguiti nei primi due stadi. Concatenando i compiti si permette a FreeBSD di fornire un loader più flessibile.

A questo punto viene avviato il kernel ed esso comincia a verificare i dispositivi e ad inizializzarli. Una volta che la procedura di avvio del kernel è finita, il kernel passa il controllo al processo utente init(8), che si assicura che i dischi siano in uno stato usabile. Poi init(8) avvia la configurazione delle risorse a livello utente che monta i file system, imposta le schede di rete per comunicare via rete, ed in generale fa partire tutti i processi che generalmente sono in esecuzione su un sistema FreeBSD all’avvio.

12.3. Il Boot Manager e le Fasi di Boot

12.3.1. Il Boot Manager

Il codice nel MBR o nel boot manager è solitamente riferito alla fase zero del processo di boot. Questa sezione discute dei due boot manager menzionati in precedenza: boot0 e LILO.

Il Boot Manager boot0: Il MBR installato dall’installer di FreeBSD o da boot0cfg(8), di default, si basa su /boot/boot0. (Il programma boot0 è molto semplice, poichè il programma nel può essere al più di 446 byte a causa della tabella della slice e dell’identificatore 0x55AA alla fine del MBR.) Se hai installato boot0 e hai più di un sistema operativo sui tuoi dischi, allora vedrai una schermata simile alla seguente nella fase di avvio:

Esempio 1. Screenshot di boot0
F1 DOS
F2 FreeBSD
F3 Linux
F4 ??
F5 Drive 1

Default: F2

Altri sistemi operativi, in particolare Windows®, sono noti per l’abitudine di sovrascrivere l’MBR esistente con il proprio. Se accade questo, o se vuoi rimpiazzare l’MBR pre-esistente con quello di FreeBSD puoi usare il seguente comando:

# fdisk -B -b /boot/boot0 dispositivo

dove dispositivo è il dispositivo dal quale vuoi avviare, come ad0 per il primo disco IDE, ad2 per il primo disco ide sul secondo canale, da0 per il primo disco SCSI, e così via. Se vuoi una configurazione ad hoc dell’MBR, usa boot0cfg(8).

Il Boot Manager LILO: Per installare questo boot manager affinchè possa avviare anche FreeBSD, avvia Linux e aggiungi le seguenti cose nel tuo file di configurazione /etc/lilo.conf:

other=/dev/hdXY
table=/dev/hdX
loader=/boot/chain.b
label=FreeBSD

Specifica la partizione primaria di FreeBSD e il disco usando le direttive di Linux, rimpiazzando X con la lettera del dispositivo di Linux e Y con il numero della partizione primaria di Linux. Se stai usando un dispositivo SCSI, devi modificare /dev/hd in qualcosa simile a /dev/sd. La linea loader=/boot/chain.b può essere omessa se hai entrambi i sistemi operativi sullo stesso disco. Esegui /sbin/lilo -v per apportare le modifiche al sistema; verificando il relativo messaggio a video.

12.3.2. Stadio Uno, /boot/boot1, e Stadio Due, /boot/boot2

Concettualmente il primo ed il secondo stadio sono parte dello stesso programma, sulla stessa area del disco. Per limitazioni di spazio sono stati divisi in due, ma li installerai sempre insieme. Sono copiati dal file /boot/boot dall’installer o da bsdlabel (vedi sotto).

Questi sono posizionati fuori dai file system, nella prima traccia della slice di boot, a partire dal primo settore. Questo è il posto dove boot0, o qualsiasi altro boot manager, si aspetta di trovare un programma da avviare per continuare il processo di boot. Il numero di settori usati è facilmente determinabile dalla dimensione di /boot/boot.

boot1 è molto semplice, poiché può essere lungo solo 512 byte, e conosce solo lo stretto necessario del bsdlabel di FreeBSD, il quale memorizza le informazioni sulle slice, per trovare ed eseguire boot2.

boot2 è leggermente più sofisticato, e conosce il file system di FreeBSD abbastanza da potervi trovare dei file, e può fornire una semplice interfaccia per scegliere quale kernel o loader eseguire.

Poiché il loader è molto più complesso, e fornisce una gradevole interfaccia di facile utilizzo alla configurazione di avvio, boot2 in genere lo esegue, ma in precedenza era incaricato di lanciare il kernel direttamente.

Esempio 2. Screenshot di boot2
>> FreeBSD/i386 BOOT
Default: 0:ad(0,a)/boot/loader
boot:

Se mai avrai bisogno di rimpiazzare il boot1 ed il boot2 installati, usa bsdlabel(8):

# bsdlabel -B discoslice

dove discoslice sono il disco e la slice dal quale vuoi effettuare l’avvio, come ad esempio ad0s1 per la prima slice sul primo disco IDE.

Modalità Pericolosamente Dedicata

Se nella sintassi del comando bsdlabel(8) usi solo il nome del disco, come ad0, creerai un disco pericolosamente dedicato, senza slice. Quasi sicuramente non è questo quello che vuoi fare, quindi controlla due volte il comando bsdlabel(8) prima di premere Invio.

12.3.3. Stadio Tre, /boot/loader

Il loader è l’ultimo stadio della procedura di avvio divisa in tre, e si trova sul file system, generalmente come /boot/loader.

Il loader deve essere inteso come un metodo user-friendly per la configurazione di avvio, tramite l’uso di un insieme di comandi integrati facili da usare, sostenuto da un potente interprete, con un insieme di comandi più complessi.

12.3.3.1. Sequenza di Operazioni del Loader

Durante l’inizializzazione, il loader controllerà la console e i dischi, e cercherà di capire da quale disco si stia avviando. Imposterà le variabili di conseguenza, ed avvierà un interprete al quale potranno essere passati i comandi dell’utente in maniera interattiva o attraverso uno script.

Poi il loader leggerà /boot/loader.rc, che di default legge i settaggi di /boot/defaults/loader.conf il quale imposta dei valori di default ragionevoli per le variabili e inoltre /boot/loader.rc legge /boot/loader.conf per i cambiamenti locali a quelle variabili. In base a queste variabili loader.rc carica i moduli ed il kernel prescelti.

Infine, di default, il loader attende per 10 secondi la pressione di un tasto, ed avvia il kernel se non viene interrotto. Se invece viene interrotto, viene presentato all’utente un prompt in grado di comprendere un semplice insieme di comandi, dal quale l’utente può impostare precisamente le variabili, scaricare dalla memoria tutti i moduli, o caricarli, ed infine avviare o ri-avviare.

12.3.3.2. Comandi Integrati nel Loader

Questi sono i comandi usati più comunemente. Per una discussione completa su tutti i comandi disponibili, guarda loader(8).

autoboot secondi

Procede all’avvio del kernel se non viene interrotto nell’intervallo di tempo specificato, in secondi. Mostra un conto alla rovescia, e l’intervallo predefinito è di 10 secondi.

boot [-opzioni] [nomekernel]

Procede immediatamente all’avvio del kernel, con le opzioni date, se ce ne sono, e con il nome del kernel specificato, se fornito.

boot-conf

Va avanti con la stessa configurazione automatica di moduli basati sulle variabili come accade al boot. Questo ha senso solo se prima usi unload, e cambi delle variabili, in generale kernel.

help [argomento]

Mostra un messaggio d’aiuto letto da /boot/loader.help. Se l’argomento dato è index, allora elenca tutti gli argomenti disponibili.

include nomefile …​

Processa il file specificato. Il file viene letto, e interpretato riga per riga. Un errore blocca il comando include immediatamente.

load [-t tipo] nomefile

Carica il kernel, il modulo del kernel, o il file del tipo specificato, con il nome specificato. Ogni argomento dopo nomefile viene passato al file.

ls [-l] [percorso]

Mostra un elenco dei file nel percorso dato, o nella directory root, se non ne viene specificato uno. Se è specificato -l, verranno mostrate anche le dimensioni dei file.

lsdev [-v]

Elenca tutti i dispositivi dai quali potrebbe essere possibile caricare moduli. Se viene specificata l’opzione -v, verranno stampati dettagli maggiori.

lsmod [-v]

Mostra i moduli caricati. Se viene specificato -v, verranno stampati dettagli maggiori.

more nomefile

Mostra i file specificati, con una pausa ad ogni pagina visualizzata.

reboot

Riavvia immediatamente il sistema.

set variabile

Imposta le variabili di ambiente del loader.

unload

Rimuove tutti i moduli caricati.

12.3.3.3. Esempi sul Loader

Qui ci sono alcuni esempi pratici sull’uso del loader:

  • Per avviare semplicemente il vostro kernel abituale, ma in modalità singolo utente:

     boot -s
  • Per scaricare dalla memoria i moduli e il kernel usuali, e poi caricare solo il vecchio (o un altro) kernel:

     unload
     load kernel.old

    Puoi usare kernel.GENERIC per riferirti al kernel generico che viene fornito nel disco d’installazione, o kernel.old per riferirti al kernel installato precedentemente (quando hai aggiornato o configurato il kernel, ad esempio).

    Usa il comando seguente per caricare i tuoi soliti moduli con un altro kernel:

     unload
     set kernel="kernel.old"
     boot-conf
  • Per caricare uno script di configurazione del kernel (uno script automatizzato che faccia le cose che faresti tu normalmente configurando il kernel all’avvio):

     load -t userconfig_script /boot/kernel.conf

12.4. Interazione con il Kernel Durante l’Avvio

Una volta che il kernel è stato caricato dal loader (come di consueto) o da boot2 (scavalcando il loader), esso esamina i suoi flag di avvio, se ce ne sono, e aggiusta il suo comportamento come necessario.

12.4.1. I Flag di Avvio del Kernel

Qui ci sono alcuni dei più comuni flag di avvio:

-a

durante l’inizializzazione del kernel, chiede il dispositivo da montare come file system di root.

-C

avvia da CDROM.

-c

esegue UserConfig, il programma di configurazione del kernel all’avvio

-s

avvia in modalità singolo utente

-v

aumenta la verbosità durante l’avvio del kernel

Ci sono altri flag di avvio, leggi boot(8) per maggiori informazioni su di essi.

12.5. Device Hints

Questa è una caratteristica di FreeBSD 5.0 e successive che non esiste nelle versioni precedenti.

Durante l’avvio iniziale del sistema, il boot loader(8) leggerà il file device.hints(5). Questo file contiene informazioni di avvio per il kernel dette variabili, e talvolta indicate come "device hints", suggerimenti per i dispositivi. Questi "device hints" vengono usati dai driver per la configurazione delle varie periferiche.

I device hints possono essere specificati anche nel prompt del terzo stadio del boot loader. Le variabili possono essere aggiunte usando il comando set, rimosse con unset, e visualizzate con show. Inoltre, in questo modo, le variabili impostate nel file /boot/device.hints possono essere scavalcate. I device hint inseriti in questo modo non sono permanenti e verranno dimenticati al riavvio seguente.

Una volta che il sistema è stato avviato, può essere usato il comando kenv(1) per mostrare tutte le variabili.

La sintassi per il file /boot/device.hints è una variabile per riga, usando il solito cancelletto "#" per indicare i commenti. Le linee sono costruite come segue:

 hint.driver.unit.keyword="valore"

La sintassi nel terzo stadio del boot loader è:

 set hint.driver.unit.keyword=valore

driver è il nome del driver per il dispositivo, unit è il numero di unità per quel driver, e keyword è la parola chiave per quell’hint. La parola chiave può essere:

  • at: specifica il bus sul quale è collegato il dispositivo.

  • port: specifica l’indirizzo iniziale di I/O che deve essere usato.

  • irq: specifica il numero di interrupt request che deve essere usato.

  • drq: specifica il numero del canale DMA.

  • maddr: specifica l’indirizzo di memoria fisico occupato dal dispositivo.

  • flags: imposta vari bit di flag per il dispositivo.

  • disabled: se impostato a "1" il dispositivo è disabilitato.

I driver possono accettare (o richiedere) più hints di quelli elencati qui, si raccomanda quindi di verificare la loro pagina di manuale. Per maggiori informazioni, consulta le pagine man device.hints(5), kenv(1), loader.conf(5), e loader(8).

12.6. Init: Inizializzazione del Controllo dei Processi

Una volta che il kernel ha finito di avviarsi, trasferisce il controllo al processo utente init, che si trova in /sbin/init, o al programma specificato nella variabile init_path nel loader.

12.6.1. Sequenza di Riavvio Automatica

La sequenza di riavvio automatica assicura che i file system disponibili sul sistema siano consistenti. Se qualcuno non lo è, e fsck(8) non può risolvere le inconsistenze, init(8) abbandona il sistema in modalità singolo utente per permettere all’amministratore di sistema di occuparsi dei problemi direttamente.

12.6.2. Modalità Singolo Utente

Questa modalità può essere raggiunta attraverso la sequenza di riavvio automatica, o tramite l’avvio da parte dell’utente con l’opzione -s o impostando la variabile boot_single nel loader.

Si può arrivare ad essa anche richiamando shutdown(8) senza l’opzione per il riavvio (-r) o per l’arresto (-h), dalla modalità multi utente.

Se la console del sistema è settata come insecure in /etc/ttys, allora il sistema richiede la password di root prima di entrare in modalità singolo utente.

Esempio 3. Una Console Insicura in /etc/ttys
# name  getty                           type    status          comments
#
# Se la console è settata come  "insecure", allora init chiederà
# la password di root per andare in modalità singolo utente .
console none                            unknown off insecure

Avere una console insecure significa ritenere insicura la sicurezza fisica della console, ed assicurarsi che solo chi conosce la password di root possa usare la modalità singolo utente, non significa voler eseguire la console in maniera insicura. Dunque, se vuoi avere sicurezza, scegli insecure, non secure.

12.6.3. Modalità Multi Utente

Se init(8) ritiene che i tuoi file system siano in ordine, o quando l’utente ha terminato il lavoro in modalità singolo utente, il sistema entra in modalità multi utente, nella quale inizia la configurazione delle risorse del sistema.

12.6.3.1. Configurazione delle Risorse (rc)

Il sistema di configurazione delle risorse legge i valori predefiniti della configurazione da /etc/defaults/rc.conf, e i dettagli specifici del sistema da /etc/rc.conf, e poi procede al montaggio dei file system del sistema elencati in /etc/fstab, avvia i servizi di rete, avvia vari demoni di sistema, ed infine esegue gli script di avvio dei pacchetti installati localmente.

La pagina man di rc(8) è un buon riferimento per la configurazione delle risorse del sistema, poiché esamina gli script stessi.

12.7. Sequenza di Spegnimento

Al momento di uno spegnimento controllato, tramite shutdown(8), init(8) cercherà di eseguire lo script /etc/rc.shutdown, e poi procederà ad inviare a tutti i processi il segnale TERM, e successivamente il segnale KILL a quelli che non sono terminati in tempo.

Per spegnere una macchina FreeBSD su architetture e sistemi che supportano la gestione dell’energia, usa semplicemente il comando shutdown -p now per disattivare immediatamente l’alimentazione. Per riavviare semplicemente un sistema FreeBSD, usa solo shutdown -r now. Avrai bisogno di essere root o un membro del gruppo operator per eseguire shutdown(8). Possono essere usati anche i comandi halt(8) e reboot(8), fai riferimento alle loro pagine di man ed a quella di shutdown(8) per maggiori informazioni.

La gestione dell’energia richiede il supporto acpi(4) nel kernel o caricato come modulo.


Questo, ed altri documenti, possono essere scaricati da https://download.freebsd.org/ftp/doc/

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