FreeBSD 的開機流程

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FreeBSD 預設使用三個階段的開機流程，基本上需要用到三個程式 (兩個 boot blocks, 和 loader)。 每一個程式都需要靠著上一個程式的配合才能完成整個開機程序。

接著 kernel 載入，開始偵測硬體裝置和初始化。一但整個 kernel 載入完成之後， kernel 會藉著呼叫 init(8) 來把系統的控制權交給使用者， init(8) 會先確定磁碟不是在使用中的狀態，接著開始使用者層的資源配置， 並掛載所要使用的分割區，設定網路卡，再開始啟動 FreeBSD 所需的起始程序。

開機磁區：開機步驟的一和二
開機 指的是電腦開始偵測硬體裝置並初始化， 好讓程式開始執行。

這牽涉到了一個特殊的唯讀晶片，這個晶片將決定進一步的開機程序， 通常是送訊號至其他晶片作訊號的調節，及記憶體測試，設定硬體週置， 並提供一個機制去設定各種的硬體詳細組態。

在標準的個人電腦上，這通常是 BIOS (掌管整個開機流程)，和 CMOS (儲存各項設定) ，BIOS 和 CMOS 必須要偵測到磁碟機， 並要知道可以載入作業系統的程式是放在磁碟機的哪個位置。

這個章節不會解釋第一階段的開機流程，而將重點放在這個磁碟機上的系統載入程式。

開機磁區負責找到 boot loader (通常是這樣)，並執行它， 這必須要了解要如何在檔案系統中找到它， 要怎麼執行，和要如何做一些適當的設定讓這程式正常執行。

boot0
這通常是最前面的一個開機磁區，稱為 boot0，儲存在 Master Boot Record， 這個區域也就是 BIOS 所要去搜尋和執行的， 這裡所需要儲存的資訊為一個可以開機的區域列表。

boot0 所佔的容量很小，因為放在 MBR 的程式無法超過 512 bytes.

顯示如下表：

Example  boot0 的顯示畫面

F1 DOS
F2 FreeBSD
F3 Linux
F4 ??
F5 Drive 1

Default: F2
boot1
boot1 位於開機磁區上的開機磁軌裡，這裡就是 boot0 或是任何其他存放於 MBR 的程式所要尋找以繼續完成開機程序的地方。

boot1 也是很小，因為容量無法超過 512 bytes，不過這對 FreeBSD disklabel 的而言已經足夠。 disklabel 是用來儲存 slice 的相關訊息， 並去找到和執行 boot2。

boot2
boot2 比較高階，boot2 必須要在 FreeBSD 的檔案系統上找到檔案， 並提供一個介面去選擇 kernel 或 loader 來執行。

因為 loader 比 boot2 又更加高級，而且易於設定，所以 boot2 通常會執行它， 不過之前 boot2 設定是直接執行 kernel。

Example boot2 的畫面

>> FreeBSD/i386 BOOT
Default: 0:wd(0,a)/kernel
boot:

開機步驟之三
loader 是三個步驟的最後一個，loader 必須放在檔案系統裡， 通常是在 /boot/loader。

Note: 雖然 /boot/boot0、 /boot/boot1、和 /boot/boot2 的確存在，但是他們並不是在 MBR、開機磁軌和 disklabel 中的正本。

Loader 提供了一個容易的設定方法，並使用簡易的內建命令， loader 的背後是由一個強大的命令解譯程式 (使用較複雜的命令集) 組成的。

Loader 的執行流程
在初始化的過程中，loader 會偵測終端機和磁碟機， 並開始設置所要開啟的磁碟，設定變數對應， 接著命令解譯程式啟動，開始解譯 loader 所傳遞的命令。

loader will then read /boot/loader.rc, which by default reads in /boot/defaults/loader.conf which sets reasonable defaults for variables and reads /boot/loader.conf for local changes to those variables. loader.rc then acts on these variables, loading whichever modules and kernel are selected.

最後，loader 預設花 10 秒等待任何按鍵的輸入，如果沒有， 就開始載入 kernel。如果有， 就啟動一個提示符號讓使用者輸入那些易懂的命令，藉此可以調整變數， 載入/卸載 module，最後決定要開機還是重開機。

較深入的技術探討可以在 loader(8) 找到。

Loader 的內建命令
這些命令集包括了：

autoboot seconds
如果在所給的秒數之間沒被按鍵中斷的話就接著載入 kernel， 這將會由所給的秒數開始倒數，預設的秒數為 10 秒。

boot [-options] [kernelname]
直接配合所給的參數載入核心。

boot-conf
在要開機時，使用自動的變數配置模組， 這只在你先用 unload 時才有意義，並改變一些變數， 通常是 kernel。

help [topic]
顯示來自 /boot/loader.help 的求助訊息， 如果所給的主題 (topic) 是 index， 那就顯示所有的主題列表。

include filename ...
執行所給的檔案，這檔案將被讀入並一行一行地被執行， 一但有錯誤發生就直接停止這個 inlucde 命令。

load [-t type] filename
載入 kernel，kernel 模組或所先指定檔案類型，再接著檔名， 任何接在檔案之後的參數都將會傳給此檔來執行。

ls [-l] [path]
列出在路徑中的檔案，如果沒有指定路徑將顯示根目錄的檔案列表 如果有附加 -l 參數，那麼將一起顯示檔案容量。

lsdev [-v]
列出所有可以載入 module 的裝置，如果有指定 -v 參數， 那麼更詳細的資訊會一起列出。

lsmod [-v]
顯示已被載入的 module，如果有指定 -v 參數，那麼更詳細的資訊會一起列出。

more filename
顯示所指定的檔案內容，並在每 LINES (環境變數) 暫停。

reboot
直接重開機。

set variable, set variable=value
設定 loader 的環境變數。

unload
卸載所有被載入的 module。

Loader 的使用範例
底下是一些實際的 loader 使用範例。

單純的載入 kernel，不過將進入單人模式：

boot -s
卸載通常要載入的 kernel 和 module，接著載入另一個 kernel：

unload
load kernel.old
你可以使用 kernel.GENERIC， 這是安裝光碟上的通用 kernel，或是 kernel.old， 這是你上一個安裝的 kernel (如果你有升級或重新配置你自己的 kernel 的話)。

Note: 照著下列的步驟可以配合原先的 module 來載入其他的 kernel：

unload
set kernel="kernel.old"
boot-conf
載入核心配置的 script 檔 (這是一個自動的 script 檔案， 用來執行你在 kernel 開機階段所要執行的命令)：

load -t userconfig_script
           /boot/kernel.conf

開機階段的 kernel 調節
一但 kernel 經由 loader (一般而言) 或 boot2 (略過執行 loader)，kernel 將會檢查它的開機旗標，如果有， 就開始依照旗標做一些必要的調節。

Kernel 的開機旗標
底下是最常用的開機旗標：

-a
在 kernel 初始化階段，訊問要使用哪一個裝置當 root 檔案系統。

-C
從光碟機開機。

-c
執行 UserConfig，開機階段的 kernel 配置檔。

-s
進入單人模式。

-v
在 kernel 啟動時顯示較多的訊息。

Note: 要知道更多的開機旗標請參閱 boot(8)。

Init：進行系統控制權轉移
一但 kernel 完成載入後，kernel 就將控制權交給使用者層的命令 init，通常放置在 /sbin/init， 或是 loader 的環境變數 init_path 所指定的位置。

自動 reboot 啟動程序
這個程序將會確定系統將要使用的檔案系統是存在的，如果不存在， 那麼 fsck 就不能正常的被執行去修復磁碟機， 接著 init 將把系統切換成 單人模式， 系統管理者就可以在這時候直接處理這錯誤。

單人模式
要進入這個模式可以經由 自動 reboot 啟動程序 ，或是在開機階段設置 -s 參數，或者設定 boot_single 的變數給 loader。

或在 多人模式 之下，執行 shutdown， 不加 reboot (-r) 或 halt (-h) 參數，也可以進入 單人模式。

如果系統主控台 console 在 /etc/ttys 之中是設定成 insecure 的， 那麼在進入 單人模式 時，系統就會要求輸入 root 的密碼。

Example  在 /etc/ttys 中設定一個 console 為 insecure

# name  getty                           type    status          comments
#
# This entry needed for asking password when init goes to single-user mode
# If you want to be asked for password, change "secure" to "insecure" here
console none                            unknown off insecure
Note: 一個 insecure 的 console 代表你認定你的 console 的安全等級是 insecure 的， 並且想確定有人想進入單人模式時都要輸入 root 的密碼才行，請注意，insecure 不代表你的 console 是 inscure 的， 而是，如果你要多一點的安全防護，請選擇 insecure，而不是 secure。

多人模式
如果 init 無誤地找到了你的檔案系統， 或結束了 單人模式， 系統就會進入多人模式，並開始系統的資源配置。

系統資源配置 (rc)
開始系統資源配置時，系統將先執行預設的配置檔 /etc/defaults/rc.conf， 和系統的詳細配置 /etc/rc.conf，接著依照 /etc/fstab 來掛載檔案系統， 再啟動網路服務，和其他的系統監控程式 (daemon)，最後，執行部份程式的起始 script 檔。

rc(8) 是個參考資源設定系統的好地方，同理，直接查閱 那些 scripts 也是個好方法。

關機程序
藉由 shutdown 可以控制系統進行關機， init 將會執行 /etc/rc.shutdown 這個 script 檔，接著送出終止 (terminate) 信號給所有的程序， 在此時如果有無法終止的程序，那麼就送出 kill 的信號。