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documentation.suse.com / Documentação do SUSE Linux Enterprise Desktop / Guia de Administração / Inicializando um sistema Linux / Introdução ao processo de boot
Aplica-se a SUSE Linux Enterprise Desktop 15 SP6

16 Introdução ao processo de boot

 

A inicialização de um sistema Linux envolve componentes e tarefas diferentes. Após um processo de inicialização de firmware e de hardware, que depende da arquitetura da máquina, o kernel será iniciado pelo carregador de boot GRUB 2. A partir deste ponto, o processo de boot é controlado pelo sistema operacional e administrado pelo systemd. O systemd oferece um conjunto de “destinos” que inicializam configurações para uso diário, manutenção ou emergências.

16.1 Terminologia

 

Este capítulo usa termos que podem ter interpretação ambígua. Para entender como eles são usados neste documento, leia as definições a seguir:

init

Dois processos diferentes são normalmente chamados “init”:

  • O processo initramfs, que monta o sistema de arquivos raiz

  • O processo do sistema operacional, que inicia todos os outros processos executados do sistema de arquivos raiz real

Nos dois casos, o programa systemd é responsável por essa tarefa. Ele é executado do initramfs para montar o sistema de arquivos raiz. Depois de bem-sucedido, ele será executado novamente no sistema de arquivos raiz como o processo inicial. Para evitar confusão entre esses dois processos do systemd, chamamos o primeiro processo de init no initramfs e o segundo de systemd.

initrd/initramfs

Um initrd (disco RAM inicial) é um arquivo de imagem que inclui a imagem do sistema de arquivos raiz, que é carregada pelo kernel e montada do /dev/ram como o sistema de arquivos raiz temporário. A montagem desse sistema de arquivos exige um driver.

A partir do kernel 2.6.13, o initrd foi substituído pelo initramfs (sistema de arquivos RAM inicial), que não exige a montagem de um driver do sistema de arquivos. O SUSE Linux Enterprise Desktop usa exclusivamente um initramfs. No entanto, como o initramfs é armazenado como /boot/initrd, ele costuma ser chamado de “initrd”. Neste capítulo, usamos exclusivamente o nome initramfs.

16.2 Processo de boot do Linux

 

O processo de boot do Linux consiste em vários estágios, cada um deles representado por um componente diferente:

  1. Seção 16.2.1, “Fase de inicialização e do carregador de boot”

  2. Seção 16.2.2, “Fase do kernel”

  3. Seção 16.2.3, “Fase do init no initramfs”

  4. Seção 16.2.4, “Fase do systemd”

16.2.1 Fase de inicialização e do carregador de boot

 

Durante a fase de inicialização, o hardware da máquina é configurado, e os dispositivos são preparados. Esse processo é diferente conforme as arquiteturas de hardware.

O SUSE Linux Enterprise Desktop usa o carregador de boot GRUB 2 em todas as arquiteturas. Dependendo da arquitetura e do firmware, o processo para iniciar o carregador de boot GRUB 2 pode ter várias etapas. A finalidade do carregador de boot é carregar o kernel e o sistema de arquivos inicial baseado em RAM (initramfs). Para obter mais informações sobre o GRUB 2, consulte o Capítulo 18, Carregador de boot GRUB 2.

16.2.1.1 Fase de inicialização e do carregador de boot no AArch64 e no AMD64/Intel 64

 

Após ligar o computador, o BIOS ou a UEFI inicializa a tela e o teclado e testa a memória principal. Até esse estágio, a máquina não acessa nenhuma mídia de armazenamento em massa. Em seguida, as informações sobre a data e o horário atuais e sobre os periféricos mais importantes são carregadas dos valores do CMOS. Quando a mídia de boot e sua geometria são reconhecidas, o controle do sistema passa do BIOS/UEFI para o carregador de boot.

Em uma máquina equipada com BIOS tradicional, apenas o código do primeiro setor de dados físico de 512 bytes, MBR (Master Boot Record), do disco de boot pode ser carregado. Apenas o GRUB 2 mínimo é adequado ao MBR. Sua única finalidade é carregar uma imagem do núcleo do GRUB 2 com os drivers do sistema de arquivos do espaço entre o MBR e a primeira partição (tabela de partição MBR) ou da partição de boot BIOS (tabela de partição GPT). Essa imagem inclui os drivers do sistema de arquivos e, portanto, ela pode acessar o /boot localizado no sistema de arquivos raiz. O /boot contém módulos adicionais para o núcleo do GRUB 2, além do kernel e da imagem initramfs. Quando ele tem acesso a essa partição, o GRUB 2 carrega o kernel e a imagem initramfs na memória e transfere o controle ao kernel.

Ao inicializar um sistema BIOS de um sistema de arquivos criptografado que inclui uma partição /boot criptografada, você precisa inserir a senha de decodificação duas vezes. O GRUB 2 precisa dela primeiro para decodificar o /boot e depois para o systemd montar os volumes criptografados.

Nas máquinas com UEFI, o processo de boot é muito mais simples do que nas máquinas com BIOS tradicional. O firmware pode ler a partição de discos do sistema formatado em FAT com uma tabela de partição GPT. Esta partição de sistema EFI (no sistema em execução montado como /boot/efi) contém espaço suficiente para hospedar um GRUB 2 de pleno direito, que é carregado diretamente e executado pelo firmware.

Se o BIOS/UEFI suportar inicialização por rede, também será possível configurar um servidor de boot que ofereça o carregador de boot. Em seguida, o sistema será inicializado por PXE. O BIOS/UEFI funciona como o carregador de boot. Ele obtém a imagem de boot do servidor de boot e inicia o sistema, independentemente dos discos rígidos locais.

16.2.1.2 Fase de inicialização e do carregador de boot no IBM Z

 

No IBM z , o processo de boot deve ser inicializado por um carregador de boot denominado zipl (carga inicial de programa z). O zipl suporta a leitura de vários sistemas de arquivos, mas ele não suporta o sistema de arquivos padrão (Btrfs) do SLE nem a inicialização de instantâneos. Portanto, o SUSE Linux Enterprise Desktop usa um processo de boot de duas fases que garante suporte total ao Btrfs no momento da inicialização:

  1. O zipl é inicializado da partição /boot/zipl, que pode ser formatada com o sistema de arquivos Ext2, Ext3, Ext4 ou XFS. Essa partição inclui um kernel mínimo e um initramfs, que são carregados na memória. O initramfs contém um driver Btrfs (entre outros) e o carregador de boot GRUB 2. O kernel é iniciado com um parâmetro initgrub, que o instrui a iniciar o GRUB 2.

  2. O kernel monta o sistema de arquivos raiz para que /boot se torne acessível. Agora, o GRUB 2 é iniciado do initramfs. Ele lê a configuração em /boot/grub2/grub.cfg e carrega o kernel final e o initramfs de /boot. Agora, o novo kernel é carregado pelo Kexec.

16.2.2 Fase do kernel

 

Depois que o carregador de boot passar no controle do sistema, o processo de boot será o mesmo em todas as arquiteturas. O carregador de boot carrega tanto o kernel quanto um sistema de arquivos inicial baseado em RAM (initramfs) na memória, e o kernel assume o controle.

Depois que o kernel configurar o gerenciamento de memória e detectar o tipo de CPU e seus recursos, ele inicializará o hardware e montará o sistema de arquivos raiz temporário que foi carregado da memória com o initramfs.

16.2.2.1 O arquivo initramfs

 

O initramfs (sistema de arquivos RAM inicial) é um pequeno arquivo cpio que pode ser carregado pelo kernel em um disco RAM. Ele está localizado em /boot/initrd. É possível criá-lo com uma ferramenta chamada dracut. Consulte man 8 dracut para obter detalhes.

O initramfs fornece um ambiente Linux mínimo que permite a execução de programas antes da montagem do sistema de arquivos raiz real. Este ambiente mínimo do Linux é carregado na memória pelas rotinas do BIOS ou da UEFI e não tem outros requisitos de hardware específicos além de memória suficiente. O arquivo initramfs sempre deve incluir um executável denominado init, que executa o daemon systemd no sistema de arquivos raiz para realização do processo de boot.

Antes da montagem do sistema de arquivos raiz e da inicialização do sistema operacional, o kernel precisa dos drivers correspondentes para acessar o dispositivo em que o sistema de arquivos raiz está localizado. Esses drivers podem incluir drivers especiais para determinados tipos de unidades de discos rígidos ou até drivers de rede para acesso a um sistema de arquivos de rede. Os módulos necessários ao sistema de arquivos raiz são carregados pelo init no initramfs. Depois de carregados os módulos, o udev fornecerá os dispositivos necessários ao initramfs. Posteriormente no processo de inicialização, depois de mudar o sistema de arquivos raiz, será necessário gerar novamente os dispositivos. Esse procedimento é feito pela unidade systemd-udev-trigger.service do systemd.

16.2.2.1.1 Gerando o initramfs novamente
 

Como o initramfs contém drivers, é necessário atualizá-lo sempre que uma nova versão de um dos drivers é disponibilizada. Isso é feito automaticamente ao instalar o pacote que contém a atualização de driver. O YaST ou o zypper informa você sobre isso mostrando a saída do comando que gera o initramfs. No entanto, há ocasiões específicas em que você precisa gerar um initramfs outra vez, manualmente:

Adicionando drivers por causa de mudanças no hardware

Se você precisar mudar o hardware (por exemplo, discos rígidos), e esse hardware exigir drivers diferentes no kernel durante a inicialização, será necessário atualizar o arquivo initramfs.

Abra ou crie /etc/dracut.conf.d/10-DRIVER.conf e adicione a seguinte linha (lembre-se do espaço em branco à esquerda): 

force_drivers+=" DRIVER1 "

Substitua DRIVER1 pelo nome do driver do módulo. Se for necessário adicionar mais do que um driver, liste-os separados com espaço: 

force_drivers+=" DRIVER1 DRIVER2 "

Avance para o Procedimento 16.1, “Gerar um initramfs”.

Movendo diretórios de sistema para um RAID ou LVM

Sempre que você mover arquivos de troca (swap) ou diretórios de sistema, como /usr, em um sistema em execução para um RAID ou volume lógico, será necessário criar um initramfs que ofereça suporte a drivers RAID ou LVM de software.

Para fazer isso, crie as respectivas entradas em /etc/fstab e monte as novas entradas (por exemplo, com mount -a e/ou swapon -a).

Avance para o Procedimento 16.1, “Gerar um initramfs”.

Adicionando discos a um grupo de LVM ou RAID Btrfs com o sistema de arquivos raiz

Sempre que você adicionar (ou remover) um disco de um grupo de volumes lógicos ou de um RAID Btrfs com o sistema de arquivos raiz, será necessário criar um initramfs que ofereça suporte ao volume ampliado. Siga as instruções no Procedimento 16.1, “Gerar um initramfs”.

Avance para o Procedimento 16.1, “Gerar um initramfs”.

Mudando as variáveis do kernel

Se você mudar os valores das variáveis do kernel pela interface do sysctl, editando os arquivos relacionados (/etc/sysctl.conf ou /etc/sysctl.d/*.conf), a mudança será perdida na próxima reinicialização do sistema. Mesmo que você carregue os valores com sysctl --system em tempo de execução, as mudanças não são gravadas no arquivo initramfs. Você precisa atualizá-lo de acordo com a instrução no Procedimento 16.1, “Gerar um initramfs”.

Procedimento 16.1: Gerar um initramfs
 
Importante
Importante

Todos os comandos no procedimento a seguir precisam ser executados como usuário root.

  1. Insira o diretório /boot: 

    # cd /boot

  2. Gere um novo arquivo initramfs com dracut substituindo MY_INITRAMFS pelo nome do arquivo de sua escolha: 

    # dracut MY_INITRAMFS

    Se preferir, execute dracut -f FILENAME para substituir um arquivo init existente.

  3. (Ignore esta etapa se você executou dracut -f na etapa anterior.) Crie um link simbólico do arquivo initramfs criado na etapa anterior para o initrd: 

    #  ln -sf MY_INITRAMFS initrd

  4. Na arquitetura do IBM Z, execute também o grub2-install.

16.2.3 Fase do init no initramfs

 

O sistema de arquivos raiz temporário montado pelo kernel do initramfs contém o executável systemd (que é denominado init no initramfs). Consulte também a Seção 16.1, “Terminologia”. Este programa executa todas as ações necessárias para montar o sistema de arquivos raiz apropriado. Ele oferece a funcionalidade do kernel para os drivers necessários de sistema de arquivos e de dispositivo para controladoras de armazenamento em massa com o udev.

O principal objetivo do init no initramfs é preparar a montagem do sistema de arquivos raiz real e o acesso a ele. Dependendo da configuração do sistema, o init no initramfs será responsável pelas tarefas a seguir.

Carregando módulos do kernel

Dependendo da configuração do hardware, drivers especiais poderão ser necessários para acessar os componentes de hardware do computador (sendo que o componente mais importante é o disco rígido). Para acessar o sistema de arquivos raiz final, o kernel precisa carregar os drivers adequados do sistema de arquivos.

Fornecendo arquivos especiais de bloco

O kernel gera eventos de dispositivo de acordo com os módulos carregados. O udev gerencia esses eventos e gera os arquivos de bloco especiais necessários em um sistema de arquivos RAM em /dev. Sem esses arquivos especiais, o sistema de arquivos e outros dispositivos não estariam acessíveis.

Gerenciando configurações do RAID e LVM

Se você configurar o sistema para armazenar o sistema de arquivos raiz no RAID ou no LVM, o init no initramfs configurará o LVM ou o RAID para permitir acesso ao sistema de arquivos raiz posteriormente.

Gerenciando a configuração de rede

Se você configurou o sistema para usar um sistema de arquivos raiz montado em rede (via NFS), o init deve garantir que os drivers de rede apropriados foram carregados e configurados para permitir acesso ao sistema de arquivos raiz.

Se o sistema de arquivos residir em um dispositivo de blocos de rede, como iSCSI ou SAN, a conexão com o servidor de armazenamento também será configurada pelo init no initramfs. O SUSE Linux Enterprise Desktop permitirá a inicialização de um destino iSCSI secundário se o destino primário não estiver disponível.

Nota
Nota: Resolvendo falhas de montagem

Se o sistema de arquivos raiz não puder ser montado no ambiente de boot, ele deverá ser verificado e consertado antes de prosseguir com a inicialização. O verificador de sistema de arquivos será iniciado automaticamente nos sistemas de arquivos Ext3 e Ext4. O processo de conserto não é automatizado nos sistemas de arquivos XFS e Btrfs, e o usuário vê as informações que descrevem as opções disponíveis para consertar o sistema de arquivos. Quando o sistema de arquivos é consertado com êxito, sair do ambiente de boot faz com que o sistema repita a montagem do sistema de arquivos raiz. Em caso de êxito, o boot continuará normalmente.

16.2.3.1 Fase do init no initramfs no processo de instalação

 

Quando o init no initramfs é chamado durante o boot inicial como parte do processo de instalação, suas tarefas são diferentes das que foram mencionadas acima. O sistema de instalação não inicia também o systemd do initramfs. Esse tipo de tarefa é executado pelo linuxrc.

Localizando o meio de instalação

Ao iniciar o processo de instalação, sua máquina carrega um kernel de instalação e um init especial que inclui o instalador do YaST. O instalador do YaST é executado em um sistema de arquivos RAM e precisa ter informações sobre a localização do meio de instalação para acessá-lo e instalar o sistema operacional.

Iniciando o reconhecimento de hardware e carregando os módulos do kernel apropriados

Conforme mencionado na Seção 16.2.2.1, “O arquivo initramfs”, o processo de boot começa com um conjunto mínimo de drivers que pode ser usado com a maioria das configurações de hardware. Em máquinas com AArch64, POWER e AMD64/Intel 64, o linuxrc inicializa um processo de verificação de hardware inicial que determina o conjunto de drivers adequado à sua configuração de hardware. No IBM Z, uma lista de drivers e os respectivos parâmetros precisam ser fornecidos, por exemplo, por meio do linuxrc ou de um parmfile.

Esses drivers são usados para gerar um initramfs personalizado necessário para inicializar o sistema. Se os módulos não forem necessários para inicialização, mas forem para coldplug, eles poderão ser carregados com systemd. Para obter mais informações, consulte a Seção 19.6.4, “Carregando módulos do kernel”.

Carregando o sistema de instalação

Quando o hardware é adequadamente reconhecido, os drivers apropriados são carregados. O programa udev cria os arquivos de dispositivo especiais, e o linuxrc inicia o sistema de instalação com o instalador do YaST.

Inicialização do YaST

Por fim, o linuxrc inicia o YaST, que inicia a instalação do pacote e a configuração do sistema.

16.2.4 Fase do systemd

 

Após encontrar o sistema de arquivos raiz “real”, será verificado se há erros nele e se ele foi montado. Se esse procedimento for bem-sucedido, o initramfs será limpo, e o daemon systemd no sistema de arquivos raiz será executado. O systemd é o gerenciador de serviços e sistemas do Linux. Trata-se do processo pai que é iniciado como PID 1 e age como um sistema init que ativa e mantém os serviços no espaço do usuário. Consulte o Capítulo 19, Daemon systemd para obter os detalhes.