LPIC101/101.2 Das System starten

Das System starten

Allgemeines:

• grundsätzliche Funktionstüchtigkeit des Systems durch Power-on-Self-Test:
  
• Test des Arbeitsspeichers auf seine Grösse und prinzipielle Funktionstüchtigkeit
  
• nach der Initialisierung aller Hardwarekomponenten, sucht das BIOS nach einem Betriebssystem oder einem Programm, das ein Betriebssystem laden kann
  
• im BIOS ist eine genaue Suchreihenfolge hinterlegt und diese beinhaltet meist Diskettenlaufwerke, Festplatten, CD-ROMS, SCSI-Adapter, USB-Geräte und zudem bootfähige Netzwerkkarten

Startvorgang auf Festplatten

• bei Linux kann man drei primäre und eine erweiterte Partition konfigurieren, diese erweiterte Partition kann ihrerseits logische Partitionen enthalten, die ebenfalls nicht von der Partitionstabelle verwaltet werden
  
• diese Patitionstabelle befindet sich im sogenannten MBR (Master Boot Record)
  
• MBR gehört selbst keiner Partition an sondern ist eigenständig und ist genau 512 Byte gross und befindet sich am Anfang einer Festplatte im Sektor 0, Spur 0
  
• das BIOS liest dort ein Ladeprogramm in hexadezimaler Schreibweise, nämlich GRUB 2 und im unteren Bereich die Partitionstabelle
  
• je nach Betriebssystem läuft der Startvorgang in zwei unterschiedlichen Möglichkeiten ab:

1. wenn ein Bootloader vorgefunden wurde gibt, gibt das BIOS die Kontrolle an diesen ab und beendet sich
   
2. wenn kein Bootloader vorhanden ist, konsultiert das BIOS die Partitionstabelle: hier sucht das BIOS nach einer startfähigen Partition (diese Partitionstabelle beginnt in der 5. Zeile von unten mit 8020 und endet mit 55aa; 55aa ist die Abschlussmarkierung)
   

• die Partition die mit 80 beginnt ist die Startpartition
  
• wenn kein Ladeprogramm im MBR vorliegt, folgt das BIOS nun diesem Verweis und und liest den Bootsektor der Partition aus
  
• spätestens hier sollten sich Bootloader oder das Betriebssystem selbst befinden-> jetzt beginnt der Vorgang, den man als das eigentliche Booten bezeichnet
  
• Wenn Sie Ihren MBR auf dem Bildschirm ausgeben wollen, können Sie z. B. dieses Kommando verwenden:
  

    dd if=/dev/sda bs=512 count=1|od -h --endian=big

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)

• bei modernen Hauptplatinen kommt nicht mehr BIOS sondern UEFI zu Einsatz
• grundsätzlicher Verwendungszweck kommt aber dem des BIOS gleich
• UEFI weist neue Funktionen auf:
  • hohe Grafikauflösungen im Setup-Programm
  • Unterstüzung von GUID-Partitionstabellen für Festplatten mit einer Grösse von bis 8 Zebibytes
  • Netzwerkanbindung zur Fernwartung
  • Integrationsmöglichkeit von Treibern auf Firmware-Ebene
  • integrierter Bootloader
  • Digital Rights Managment
• UEFI benötigt eine eigene Partition, diese wird als EFI System Partition(ESP) bezeichnet
• diese Partition wird von Betriebssystemen, die UEFI unterstützen während der Installation automatisch angelegt
• benötigt FAT-Dateisystem
• die EFI System Partition wird unter Linux im Verzeichnis /boot/efi bereitgestellt, enthält zumindest den Bootloader oder andere zum Start benötigte Dateien
• GRUB zum Beispiel kann den Kernel auch laden, wenn er sich nicht in der ESP befindet
• systemd-boot kann das nicht, dort muss der Kernel innerhalb der ESP liegen

Boot-Strap-Loader

• dieser Ausdruck kommt von der Geschichte von Baron von Münchhausen, der in einen Sumpf gefallen sein soll und sich selber an den eigenen Haaren aus diesem Sumpf herausgezogen haben soll
  
• beim Übersetzen der Münchhausen-Geschichte ins Englische wurde es so abgewandelt, dass sich der Baron am Stiefelgurt(Boot-Strap) aus dem Sumpf gezogen haben soll
  
• so kann man sich das Hochziehen des Betriebssystem sinnbildlich vorstellen: ein Betriebssystem dient einerseits als Plattform um Software auszuführen, andererseits ist ein Betriebssystem selber Software
• deshalb nennen wir den Begriff Boot-Strap-Loader, oder kurz Bootloader

Kernel Parameter

• es gibt zwei Möglichkeiten dem Kernel beim Starten durch den Bootloader Parameter übergeben zu lassen:
  • Eintragen der Kernel-Parameter bei jedem Systemstart durch Eintragen dieser in die Konfigurationsdatei grub.cfg(z.B.in/boot/grub/grub.cfg)
    

        linux  /boot/vmlinuz-4.6.3 root=/dev/sda1 apm=off

• oder übergeben der Parameter per "Hand" während des Systemstarts im Bootmenü durch Auswählen des gewünschten Eintrages bei GRUP2(diese sind nicht dauerhaft und werden beim nächsten Systemstart nicht mehr angewendet); zum Beispiel:

        init=/bin/bash   

• wobei nicht der init-Prozess gestartet wird, sondern nur die Shell /bin/bash ohne eine Passwortabfrage, das Root-Dateisystem ist dann allerdings nur im Nur-lesen-Modus gemountet und muss durch den Befehl

        mount -o remount,rw /
        passwd root

• erweitert werden; jetzt kann man sein Kennwort ändern und den Computer wieder im normalen Modus neu starten

initramfs

• die Imagedatei findet man in der Datei /boot/initrd
• zur Erzeugung einer initialen Ramdisk kann man folgende Befehle verwenden
• unter RedHat:

   mkinitrd

• unter Debian:

   mkinitramfs

Startprotokollierung

• Ausgaben die der Kernel während des Systemstarts ausgibt werden im Kernel-Ring-Puffer gespeichert
• Programmbefehl diesen auszulesen: dmesg
• weil der Befehl mehrere hundert Zeilen ausgeben kann, sollte man die Ausgabe an less übergeben

   dmesg |less

• wenn man Informationen über den Systemstartvorgang benötigt, die schon länger zurückliegen, kann man bei älteren Systemen die Log-Dateien durchsuchen (zu finden in /var/log/syslog)
• um Kernel-bezogene Meldungen schneller zu finden, sollte man man mittels grep filtern und an less übergeben:

   grep kernel /var/log/messages | less

• heutige Linux-Systeme verwenden systemd
• unter systemd um Protokollierung des Systems auszulesen mit der Option -k

   journalctl -k

Kontrollfragen

Was ist ein Bootloader?

Wie kann man sich den MBR ausgeben lassen?

dd if=/dev/sda bs=512 count=1|od -h --endian=big

Wie kann man sich die Ausgaben, die der Kernel während des Sysemstarts produziert, ausgeben lassen?

dmesg |less

Was ist ein UEFI?

Bei modernen Hauptplatinen kommt die Unified Extensible Firmware Interface zum Einsatz.Es hat den grundsätzlich gleichen Verwendungszweck wie ein BIOS.

Was passiert bei folgender Befehlszeile : dd if=/dev/sda bs=512 count=1|od -h --endian=big | nl

Der Master-Boot-Record (die ersten 512 Byte der Festplatte) wird ausgegeben. Der Befehl od -h gibt ihn in Hexadezimaler Form aus und der Befehl nl nummeriert die Zeilen.