101.2 - راه‌اندازی سیستم (Boot)¶

اهداف یادگیری¶

در این فصل با موارد زیر آشنا می‌شوید:

• ارسال دستورات رایج به bootloader و گزینه‌های کرنل در زمان بوت
• درک فرآیند بوت از BIOS/UEFI تا اتمام راه‌اندازی
• آشنایی با SysVinit و systemd
• آگاهی از Upstart
• بررسی رویدادهای بوت در فایل‌های لاگ

کلیدواژه‌ها¶

dmesg, journalctl, BIOS, UEFI, bootloader, kernel, initramfs, init, SysVinit, systemd

فرآیند بوت (Boot Process)¶

درک فرآیند بوت بسیار مهم است چرا که در این مرحله کنترل کمی روی سیستم دارید و نمی‌توانید دستورات زیادی برای عیب‌یابی اجرا کنید. باید درک خوبی از اتفاقات داشته باشید.

مراحل بوت به ترتیب:

1. میان‌افزار مادربورد تست POST را انجام می‌دهد
2. مادربورد bootloader را بارگذاری می‌کند
3. Bootloader کرنل لینوکس را بر اساس تنظیمات خود بارگذاری می‌کند
4. کرنل بارگذاری شده و سیستم فایل root را آماده می‌کند و برنامه init را اجرا می‌کند
5. برنامه init سرویس‌ها مانند وب سرور، رابط گرافیکی، شبکه و... را راه‌اندازی می‌کند

همان‌طور که در فصل قبل (101.1) بحث شد، میان‌افزار مادربورد می‌تواند BIOS یا UEFI باشد.

BIOS¶

BIOS (سیستم ورودی/خروجی پایه):

• فناوری قدیمی
• محدود به یک سکتور دیسک و نیاز به bootloader چند مرحله‌ای دارد
• می‌تواند از هارد داخلی/خارجی، CD/DVD، فلش USB یا سرور شبکه بوت کند
• هنگام بوت از هارد، از Master Boot Record استفاده می‌کند (1 سکتور)

UEFI¶

UEFI (رابط میان‌افزار توسعه‌یافته یکپارچه):

• مدرن و پیشرفته
• پارتیشن مخصوصی برای bootloader تعریف می‌کند به نام EFI System Partition (ESP)
• ESP از سیستم فایل FAT استفاده می‌کند و روی /boot/efi mount می‌شود
• فایل‌های bootloader پسوند .efi دارند

بررسی استفاده از UEFI:

ls /sys/firmware/efi

Bootloader¶

Bootloader حداقل سخت‌افزار لازم برای بوت سیستم را راه‌اندازی می‌کند، سپس سیستم عامل را پیدا کرده و اجرا می‌کند.

از نظر فنی می‌توانید UEFI را برای اجرای هر برنامه‌ای تنظیم کنید، اما معمولاً در سیستم‌های گنو/لینوکس از GRUB استفاده می‌شود. GRUB می‌تواند هر برنامه مشخصی را اجرا کند اما معمولاً سیستم عامل را اجرا می‌کند.

Kernel (هسته)¶

کرنل هسته اصلی سیستم عامل است و در واقع خود لینوکس است. Bootloader کرنل را در حافظه بارگذاری کرده و اجرا می‌کند.

کرنل برای شروع به اطلاعات اولیه نیاز دارد، مانند درایورهای ضروری برای کار با سخت‌افزار. این اطلاعات در initrd یا initramfs در کنار کرنل ذخیره شده و در زمان بوت استفاده می‌شوند.

پارامترهای کرنل¶

می‌توانید با استفاده از تنظیمات GRUB، پارامترهایی به کرنل ارسال کنید:

بررسی لاگ‌های بوت¶

dmesg¶

لینوکس در حین بوت لاگ‌های فرآیند را نمایش می‌دهد. برخی سیستم‌های دسکتاپ این لاگ‌ها را پشت صفحه splash پنهان می‌کنند که می‌توانید با کلید Esc یا Ctrl+Alt+F1 آن را ببینید.

کرنل لاگ‌های خود را در Kernel Ring Buffer ذخیره می‌کند. پس از اتمام بوت، سرویس syslog این لاگ‌ها را جمع‌آوری کرده و در /var/log/dmesg ذخیره می‌کند.

مشاهده تمام لاگ‌ها:

dmesg

مشاهده لاگ‌های اخیر:

dmesg | tail -50

مشاهده لاگ‌ها به صورت زنده:

dmesg -w

پاک کردن ring buffer:

sudo dmesg -c

journalctl¶

بررسی لاگ‌های کرنل:

journalctl -k

بررسی لاگ‌های بوت فعلی:

journalctl -b

بررسی تمام لاگ‌های بوت قبلی:

journalctl -u kernel

فایل‌های لاگ¶

اکثر سیستم‌ها لاگ‌های بوت را در فایل‌های متنی نیز نگه می‌دارند:

• دبیان: /var/log/boot
• Red Hat: /var/log/boot.log

/var/log/messages¶

پس از اجرای فرآیند init، سرویس syslog پیام‌ها را لاگ می‌کند. این لاگ‌ها دارای timestamp هستند و پس از ریبوت نیز باقی می‌مانند.

مشاهده لاگ:

tail -f /var/log/messages

یا در سیستم‌های دبیان:

tail -f /var/log/syslog

Init (فرآیند راه‌اندازی)¶

وقتی راه‌اندازی کرنل تمام می‌شود، زمان اجرای برنامه‌های دیگر است. برای این کار، کرنل فرآیند Initialization Daemon را اجرا می‌کند که مسئول راه‌اندازی سایر سرویس‌ها، daemon ها و زیرسیستم‌هاست.

با استفاده از سیستم init می‌توان گفت: "ابتدا سرویس A سپس B را اجرا کن. سپس C، D و E را اجرا کن اما D را تا زمانی که A و B در حال اجرا نیستند، شروع نکن".

انواع سیستم Init¶

SysVinit¶

• مبتنی بر Unix System V
• دیگر زیاد استفاده نمی‌شود اما محبوب بود چون از اصول یونیکس پیروی می‌کرد
• ممکن است در سیستم‌های قدیمی یا حتی برخی نصب‌های جدید ببینید

Upstart¶

• جایگزین event-based برای init سنتی توسط Canonical (سازندگان اوبونتو)
• هدف: جایگزینی SysV هنگام انتشار در 2007
• پروژه متوقف شد به دلیل پذیرش گسترده Systemd
• حتی اوبونتو امروزه از Systemd استفاده می‌کند
• هنوز در ChromeOS گوگل یافت می‌شود

Systemd¶

• جایگزین جدید و پرکاربرد
• توسط برخی به دلیل عدم پیروی از اصول یونیکس انتقاد می‌شود
• به طور گسترده توسط توزیع‌های اصلی پذیرفته شده
• می‌تواند سرویس‌ها را به صورت موازی راه‌اندازی کند
• امکانات پیشرفته زیادی دارد

شناسایی سیستم Init¶

فرآیند init همیشه شناسه PID 1 دارد:

which init

خروجی:

/sbin/init

بررسی نوع init:

readlink -f /sbin/init

خروجی در systemd:

/usr/lib/systemd/systemd

مشاهده فرآیند شماره 1:

ps -p 1

خروجی:

PID TTY TIME     CMD
1   ?   00:00:06 systemd

مشاهده درخت فرآیندها:

pstree

Systemd¶

Systemd جدید، دوست‌داشتنی و نفرت‌انگیز است. ایده‌های جدید زیادی دارد اما برخی اصول محبوب یونیکس را دنبال نمی‌کند (مثلاً لاگ‌ها را در فایل متنی ذخیره نمی‌کند).

امکانات: - اجرای سرویس‌ها هنگام اتصال سخت‌افزار - اجرای سرویس‌ها در بازه‌های زمانی - اجرای سرویس‌ها وقتی سرویس دیگری شروع شود - و...

واحدها (Units)¶

Systemd حول واحدها (units) ساخته شده. یک واحد می‌تواند یک سرویس، گروهی از سرویس‌ها یا یک عملیات باشد.

واحدها دارای نام، نوع و فایل پیکربندی هستند.

12 نوع واحد: automount, device, mount, path, scope, service, slice, snapshot, socket, swap, target, timer

systemctl¶

لیست تمام واحدها:

systemctl list-units

لیست فقط targetها:

systemctl list-units --type=target

مشاهده target پیش‌فرض:

systemctl get-default

محل قرارگیری واحدها¶

واحدها در این مسیرها قرار دارند (به ترتیب اولویت):

1. /etc/systemd/system/
2. /run/systemd/system/
3. /usr/lib/systemd/system/

لیست تمام فایل‌های واحد:

systemctl list-unit-files

مشاهده محتوای یک واحد:

systemctl cat sshd.service

مشاهده target گرافیکی:

systemctl cat graphical.target

مدیریت سرویس‌ها¶

توقف سرویس:

systemctl stop sshd

راه‌اندازی سرویس:

systemctl start sshd

وضعیت سرویس:

systemctl status sshd

بررسی فعال بودن:

systemctl is-active sshd

بررسی خطا:

systemctl is-failed sshd

راه‌اندازی مجدد:

systemctl restart sshd

بارگذاری مجدد تنظیمات سرویس:

systemctl reload sshd

بارگذاری مجدد تنظیمات systemd:

systemctl daemon-reload

فعال‌سازی خودکار در بوت:

systemctl enable sshd

غیرفعال‌سازی در بوت:

systemctl disable sshd

دستورات اضافی¶

بررسی وضعیت کلی سیستم:

systemctl is-system-running

خروجی احتمالی: running, degraded, maintenance, initializing, starting, stopping

مشاهده سرویس‌های با خطا:

systemctl --failed

journalctl (بررسی لاگ‌ها)¶

مشاهده تمام لاگ‌ها:

journalctl

بدون استفاده از less:

journalctl --no-pager

فقط 10 خط آخر:

journalctl -n 10

لاگ‌های 24 ساعت اخیر:

journalctl -S -1d

لاگ‌های اخیر با جزئیات:

journalctl -xe

لاگ‌های یک سرویس خاص:

journalctl -u sshd

لاگ‌های یک فرآیند خاص:

journalctl _PID=1234

لاگ‌های بوت فعلی:

journalctl -b

لاگ‌های بوت قبلی:

journalctl -b -1

لاگ‌های کرنل:

journalctl -k

پیگیری لاگ‌ها به صورت زنده:

journalctl -f

SysV Init¶

سیستم init قدیمی که هنوز در بسیاری از سیستم‌ها قابل استفاده است.

فایل‌های کنترل در /etc/init.d/ قرار دارند و شبیه اسکریپت‌های bash معمولی هستند.

مشاهده وضعیت:

/etc/init.d/sshd status

توقف سرویس:

/etc/init.d/sshd stop

راه‌اندازی سرویس:

/etc/init.d/sshd start

راه‌اندازی مجدد:

/etc/init.d/sshd restart

یا استفاده از دستور service:

service sshd status
service sshd start
service sshd stop
service sshd restart

تمرین‌های عملی¶

تمرین 1: بررسی لاگ‌های بوت¶

dmesg | less
journalctl -b
cat /var/log/boot.log

تمرین 2: بررسی سیستم init¶

ps -p 1
systemctl --version

تمرین 3: کار با systemd¶

systemctl list-units --type=service
systemctl status NetworkManager
systemctl is-enabled sshd

تمرین 4: بررسی خطاها¶

systemctl --failed
journalctl -p err -b

تمرین 5: مدیریت سرویس¶

systemctl stop cups
systemctl status cups
systemctl start cups
systemctl restart cups

خلاصه¶

در این فصل یاد گرفتیم:

• مراحل فرآیند بوت از BIOS/UEFI تا init
• تفاوت BIOS و UEFI در فرآیند بوت
• نقش bootloader، kernel و initramfs
• بررسی لاگ‌های بوت با dmesg و journalctl
• تفاوت SysVinit، Upstart و systemd
• کار با systemctl برای مدیریت سرویس‌ها
• بررسی لاگ‌ها با journalctl
• مدیریت سرویس‌ها در SysV