Capítulo 3. La inicialización del sistema

Tabla de contenidos

3.1. Un resumen del proceso de arranque
3.1.1. Stage 1: the UEFI
3.1.2. Fase 2: el cargador de arranque
3.1.3. Fase 3: el sistema mini-Debian
3.1.4. Fase 4: el sistema normal Debian
3.2. Systemd init
3.2.1. El nombre del equipo (hostname)
3.2.2. El sistema de archivos
3.2.3. Inicialización del interfaz de red
3.3. Los mensajes del núcleo
3.4. El sistema de mensajes
3.5. System management
3.6. Other system monitors
3.7. Customizing systemd
3.7.1. Socket activation
3.8. El sistema udev
3.8.1. La inicialización del módulo del núcleo

Es inteligente por su parte como administrador de sistemas conocer profundamente como el sistema Debian comienza y se configura. Aunque los detalles concretos están en el código fuente de los paquetes instalados y su documentación, es un poco abrumador para la mayoría de nosotros.

Here is a rough overview of the key points of the Debian system initialization. Since the Debian system is a moving target, you should refer to the latest documentation.

Un sistema de ordenador pasa por diferentes fases en el proceso de arranque desde el encendido hasta que le ofrece al usuario la funcionalidad completa del sistema operativo (SO).

Por simplicidad, limité la discusión a la de una típica plataforma PC con la instalación por defecto.

El proceso normal de arranque es como un cohete de cuatro fases. Cada fase del cohete cede el control del sistema a la siguiente.

Desde luego, esto puede ser configurado de otra manera. Por ejemplo, si compila su propio núcleo, puede saltar el paso del sistema mini-Debian. Así que, por favor, no asuma cuál es el caso de su sistema hasta que no lo compruebe por si mismo.

The Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) defines a boot manager as part of the UEFI specification. When a computer is powered on, the boot manager is the 1st stage of the boot process which checks the boot configuration and based on its settings, then executes the specified OS boot loader or operating system kernel (usually boot loader). The boot configuration is defined by variables stored in NVRAM, including variables that indicate the file system paths to OS loaders or OS kernels. An EFI system partition (ESP) is a data storage device partition that is used in computers adhering to the UEFI specification. Accessed by the UEFI firmware when a computer is powered up, it stores UEFI applications and the files these applications need to run, including operating system boot loaders. (On the legacy PC system, BIOS stored in the MBR may be used instead.)

The boot loader is the 2nd stage of the boot process which is started by the UEFI. It loads the system kernel image and the initrd image to the memory and hands control over to them. This initrd image is the root filesystem image and its support depends on the bootloader used.

The Debian system normally uses the Linux kernel as the default system kernel. The initrd image for the current 5.x Linux kernel is technically the initramfs (initial RAM filesystem) image.

There are many boot loaders and configuration options available.


[Aviso] Aviso

No pruebe cargadores de inicio sin tener un medio de inicio de rescate (USB, CD o disquete) creado de las imagenes del paquete grub-rescue-pc. Ello le permite iniciar su sistema incluso sin un cargador de inicio operativo en el disco duro.

For GRUB 2, the menu configuration file is located at "/boot/grub/grub.cfg" and its key part of menu entry looks like:

menuentry 'Debian GNU/Linux' ... {
        load_video
        insmod gzio
        insmod part_gpt
        insmod ext2
        search --no-floppy --fs-uuid --set=root fe3e1db5-6454-46d6-a14c-071208ebe4b1
        echo    'Loading Linux 5.10.0-6-amd64 ...'
        linux   /boot/vmlinuz-5.10.0-6-amd64 root=UUID=fe3e1db5-6454-46d6-a14c-071208ebe4b1 ro quiet
        echo    'Loading initial ramdisk ...'
        initrd  /boot/initrd.img-5.10.0-6-amd64
}

For this part of /boot/grub/grub.cfg, this menu entry means the following.


[Sugerencia] Sugerencia

You can customize GRUB splash image by setting GRUB_BACKGROUND variable in /etc/default/grub pointing to the image file or placing the image file itself in /boot/grub/.

Consulte «info grub» y grub-install(8).

El sistema mini-Debian es la fase 3 del proceso de arranque que comienza con el cargador de arranque. Este ejecuta el núcleo del sistema con el sistema de archivos raíz en memoria. Esta es una fase preparatoria opcional del proceso de arranque.

[Nota] Nota

En este documento el término «el sistema mini-Debian« es como el autor describe la tercera fase del proceso de arranque. El sistema es conocido como initrd o sistema initramfs. El instalador de Debian usa un sistema parecido en memoria.

El primer programa que se ejecuta en el sistema de archivo raíz en memoria es /init». Es un programa que inica el núcleo en el espacio de usuario y entrega el control para la próxima fase. Este sistema mini-Debian ofrece flexibilidad al módulo al proceso de arranque, como agregar módulos del núcleo antes de que el proceso principal de arranque o el montaje de un sistema de archivos raíz cifrado.

  • El programa /inites una secuencia de códigos si initramfs ha sido creado por initramfs-tools.

    • Puede interrumpir esta parte del proceso de arranque para obtener un intérprete de órdenes de supuerusuario dandole al arranque del núcleo el parámetro «break=init» etc. Consulte el archivo de órdenes /init» para conocer más formas de interacción. Este entorno del intérprete de órdenes es suficientemente complejo para realizar una reconocimiento avanzado del «hardware« de su equipo.

    • Las órdenes disponibles en este sistema mini-Debian son básicas y las funciones principales las aporta la herramienta GNU llamada busybox(1).

  • El programa /init es un programa binario systemd si initramfs fue crado por dracut.

    • Los comandos disponibles en este sistema mini-Debian son básicamente el ambiente systemd(1).

[Atención] Atención

Necesita utilizar el parámetro «-n» en la orden mount cuando interaccione con el sistema de solo lectura del sistema de archivos raíz.

El sistema normal Debian es la cuarta fase del proceso de arranque el cual comienza con el sistema mini-Debian. El núcleo del sistema para el sistema mini-Debian continua ejecutandose en este entorno. El sistema de archivos raíz cambio del que existe en memoria a uno real sobre el sistema de archivos en disco duro.

El programa init es ejecutado en primer lugar con el PID=1 preparando el proceso de arranque principal para el cominezo de muchos programas. La ruta de archivo por defecto para el programa init es «/sbin/init» pero puede ser modificado por un párametro de arranque del núcleo como «init=/path/to/init_program».

"/sbin/init" is symlinked to "/lib/systemd/systemd" after Debian 8 Jessie (released in 2015).

[Sugerencia] Sugerencia

Puede comprobar cual es el sistema init real que usa su equipo mediante la orden «ps --pid 1 -f».

Tabla 3.3. Relación de sistemas de arranque en el sistema Debian

paquete popularidad tamaño descripción
systemd V:826, I:928 16015 Demonio init(8) basado en eventos con concurrencia (opción a sysvinit)
systemd-sysv V:818, I:925 139 redirecciona salida estándar y el error estándar de orden al archivo foo
init-system-helpers V:687, I:940 131 herramientas de ayuda para cambiar entre sysvinit y systemd
initscripts V:77, I:283 176 archivos de órdenes de inicio y parada del sistema
sysvinit-core V:7, I:9 279 Programa estilo System-V init(8)
sysv-rc V:154, I:296 81 Mecanismo de cambio del nivel de ejecución estilo System-V
sysvinit-utils V:459, I:999 79 Programas estilo System-V (startpar(8), bootlogd(8), …)
lsb-base V:890, I:999 49 Funcionalidad de secuencia de órdenes «Linux Standard Base« init 3.2
insserv V:204, I:292 150 herramientas para organizar la secuencia de arranque usando las dependencias del archivo de órdenes init.d LSB
uswsusp V:3, I:7 714 herramientas para la suspensión de software en el espacio de usuario por Linux
kexec-tools V:1, I:9 288 Reincio (reincio caliente) kexec(8) de la herramienta kexec
systemd-bootchart V:0, I:1 128 analizador de desempeño del proceso de arranque
bootchart2 V:0, I:0 94 analizador de desempeño del proceso de arranque
pybootchartgui V:0, I:0 177 analizados del desempeño del proceso de arranque (visualización)
mingetty V:0, I:3 38 únicamente para consola getty(8)
mgetty V:0, I:1 315 sustituto de «modem« inteligente getty(8)

[Sugerencia] Sugerencia

Consulte la wiki de Debian : AcelerandoElProcesodeArranque para los consejos actualizados para mejorar la velocidad del proceso de arranque.

Esta sección describe como el programa systemd(1) inicia el sistema con PID=1 (i.e., proceso de inicio).

The systemd init process spawns processes in parallel based on the unit configuration files (see systemd.unit(5)) which are written in declarative style instead of SysV-like procedural style.

The spawned processes are placed in individual Linux control groups named after the unit which they belong to in the private systemd hierarchy (see cgroups and Sección 4.7.4, “Linux security features”).

The unit configuration files are loaded from a set of paths (see systemd-system.conf(5)) as follows:

  • «/lib/systemd/system»: archivos de configuración por defecto del sistema operativo

  • "/etc/systemd/system": archivos de configuración del administrador del sistema que anulan los archivos de configuración predeterminados del sistema operativo

  • "/run/systemd/system": archivos de configuración generados durante la ejecución que anulan los archivos de configuración instalados

Las interdependencias se describen mediante directivas «Wants=», «Requires=», «Before=», «After=», … (consulte "MAPPING OF UNIT PROPERTIES TO THEIR INVERSES" en systemd.unit(5)). El control de recursos esta también definido (consulte systemd.resource-control(5)).

El sufijo del archivo de configuración de la unidad codifica sus tipos como:

  • *.service describe el proceso que está controlado y supervisado por systemd. Consulte systemd.service(5).

  • *.device describe el dispositivo utilizado por sysfs(5) como el árbol de dispositivos udev(7). Consulte systemd.device(5).

  • *.mount describe el punto de montaje del sistema de archivos que está controlado y supervisado por systemd. Consulte systemd.mount(5).

  • *.automount describe puntos de automontaje de sistemas de archivos que están controlados y supervisados por systemd. Consulte systemd.automount(5).

  • *.swap describe dispositos o archivos de intercambio controlado y supervisado por systemd. Consulte systemd.swap(5).

  • *.path describe rutas supervisadas por systemd para la activación basada en la ruta. Consulte systemd.path(5).

  • *.socket describe conexiones controladas y supervisadas por systemd para la activación basada en conexiones. Consulte systemd.socket(5).

  • *.timer describe el temporizador controlado y supervisado por systemd para la activación en función de temporizadores. Consulte systemd.timer(5).

  • *.slice gestiona recursos mediante cgroups(7). Consulte systemd.slice(5).

  • *.scope se crean de forma programada utilizando los interfaces del bus de systemd para gestionar un conjunto de procesos del sistema. Consute systemd.scope(5).

  • Los grupos *.target y otros archivos de configuración de units se usan para crear puntos de sincronización durante el arranque. Consulte systemd.target(5).

Tras el arranque del sistema (esencialmente init), el proceso systemd intenta iniciar /lib/systemd/system/default.target (normalmente enlazado simbólicamente a "graphical.target". Primero, algunas unidades objetivo especiales (vea systemd.special(7) como "local-fs.target", "swap.target" y "cryptsetup.target" son llamadas a montar el sistema de archivos. Luego, otras unidades objetivo son llamadas por las dependencias de la unidad objetivo. Para más detalles, lea bootup(7).

Systemd ofrece características de compatibilidad con versiones anteriores. Los archivos de órdenes de inicio de estilo SysV en «/etc/init.d/rc[0123456S].d/[KS]< name» son también analizados y telinit(8) se traducen a peticiones de activación de systemd.

[Atención] Atención

Los niveles de inicio emulados del dos al cuatro son enlaces simbólicos al mismo «multi-user.target».

Las opciones de montaje de discos normales y de sistemas de archivos en red se configuran en «/etc/fstab». Consulte fstab(5) y Sección 9.6.7, “Optimización de los sistemas de archivos a través de las opciones de montaje”.

Los sistemas de archivos cifrados se configuran en «/etc/crypttab». Consulte crypttab(5)

La configuración de RAID mediante software con mdadm(8) está en «/etc/mdadm/mdadm.conf». Consulte mdadm.conf(5).

[Aviso] Aviso

Trás montar todos los sistemas de archivos , los archivos temporales en «/tmp», «/var/lock» y «/var/run» se borran en cada inicio.

El mensaje de error que se muestra en la consola se determina mediante la configuración de su nivel de umbral.

# dmesg -n3

Under systemd, both kernel and system messages are logged by the journal service systemd-journald.service (a.k.a journald) either into a persistent binary data below "/var/log/journal" or into a volatile binary data below "/run/log/journal/". These binary log data are accessed by the journalctl(1) command. For example, you can display log from the last boot as:

$ journalctl -b

Under systemd, the system logging utility rsyslogd(8) changes its behavior to read the volatile binary log data (instead of pre-systemd default "/dev/log") and to create traditional permanent ASCII system log data. This can be customized by "/etc/default/rsyslog" and "/etc/rsyslog.conf" for both the log file and on-screen display. See rsyslogd(8) and rsyslog.conf(5). See also Sección 9.3.2, “Analizador de registros”.

The systemd offers not only init system but also generic system management operations with the systemctl(1) command.

Tabla 3.6. List of typical systemctl command snippets

Operation nombre de la orden,
List all target unit configuration "systemctl list-units --type=target"
List all service unit configuration "systemctl list-units --type=service"
List all unit configuration types "systemctl list-units --type=help"
List all socket units in memory "systemctl list-sockets"
List all timer units in memory "systemctl list-timers"
Start "$unit" "systemctl start $unit"
Stop "$unit" "systemctl stop $unit"
Reload service-specific configuration "systemctl reload $unit"
Stop and start all "$unit" "systemctl restart $unit"
Start "$unit" and stop all others "systemctl isolate $unit"
Switch to "graphical" (GUI system) "systemctl isolate graphical"
Switch to "multi-user" (CLI system) "systemctl isolate multi-user"
Switch to "rescue" (single user CLI system) "systemctl isolate rescue"
Send kill signal to "$unit" "systemctl kill $unit"
Check if "$unit" service is active "systemctl is-active $unit"
Check if "$unit" service is failed "systemctl is-failed $unit"
Check status of "$unit|$PID|device" "systemctl status $unit|$PID|$device"
Show properties of "$unit|$job" "systemctl show $unit|$job"
Reset failed "$unit" "systemctl reset-failed $unit"
List dependency of all unit services "systemctl list-dependencies --all"
List unit files installed on the system "systemctl list-unit-files"
Enable "$unit" (add symlink) "systemctl enable $unit"
Disable "$unit" (remove symlink) "systemctl disable $unit"
Unmask "$unit" (remove symlink to "/dev/null") "systemctl unmask $unit"
Mask "$unit" (add symlink to "/dev/null") "systemctl mask $unit"
Get default-target setting "systemctl get-default"
Set default-target to "graphical" (GUI system) "systemctl set-default graphical"
Set default-target to "multi-user" (CLI system) "systemctl set-default multi-user"
Show job environment "systemctl show-environment"
Set job environment "variable" to "value" "systemctl set-environment variable=value"
Unset job environment "variable" "systemctl unset-environment variable"
Reload all unit files and daemons "systemctl daemon-reload"
Shut down the system "systemctl poweroff"
Shut down and reboot the system "systemctl reboot"
Suspend the system "systemctl suspend"
Hibernate the system "systemctl hibernate"

Here, "$unit" in the above examples may be a single unit name (suffix such as .service and .target are optional) or, in many cases, multiple unit specifications (shell-style globs "*", "?", "[]" using fnmatch(3) which will be matched against the primary names of all units currently in memory).

System state changing commands in the above examples are typically preceded by the "sudo" to attain the required administrative privilege.

The output of the "systemctl status $unit|$PID|$device" uses color of the dot ("●") to summarize the unit state at a glance.

  • White "●" indicates an "inactive" or "deactivating" state.

  • Red "●" indicates a "failed" or "error" state.

  • Green "●" indicates an "active", "reloading" or "activating" state.

Here are a list of other monitoring command snippets under systemd. Please read the pertinent manpages including cgroups(7).


With default installation, many network services (see Capítulo 6, Aplicaciones de red) are started as daemon processes after network.target at boot time by systemd. The "sshd" is no exception. Let's change this to on-demand start of "sshd" as a customization example.

First, disable system installed service unit.

 $ sudo systemctl stop sshd.service
 $ sudo systemctl mask sshd.service

The on-demand socket activation system of the classic Unix services was through the inetd (or xinetd) superserver. Under systemd, the equivalent can be enabled by adding *.socket and *.service unit configuration files.

sshd.socket for specifying a socket to listen on

[Unit]
Description=SSH Socket for Per-Connection Servers

[Socket]
ListenStream=22
Accept=yes

[Install]
WantedBy=sockets.target

sshd@.service as the matching service file of sshd.socket

[Unit]
Description=SSH Per-Connection Server

[Service]
ExecStart=-/usr/sbin/sshd -i
StandardInput=socket

Then reload.

 $ sudo systemctl daemon-reload

The udev system provides mechanism for the automatic hardware discovery and initialization (see udev(7)) since Linux kernel 2.6. Upon discovery of each device by the kernel, the udev system starts a user process which uses information from the sysfs filesystem (see Sección 1.2.12, “procfs y sysfs”), loads required kernel modules supporting it using the modprobe(8) program (see Sección 3.8.1, “La inicialización del módulo del núcleo”), and creates corresponding device nodes.

[Sugerencia] Sugerencia

Si por cualquier motivo «/lib/modules/núcleo-version/modules.dep» no fue generado correctamente por depmod(8) , los módulos no pueden ser cargados por el sistema udev como se debería. Para solucionarlo ejecute «depmod -a».

Para las reglas de montaje de «/etc/fstab», los nodos de dispositivos no necesitan nombres estáticos. Se puede usar UUID para los dispositivos montados en lugar de los nombres de los dispositivos como «/dev/sda». Consulte Sección 9.6.3, “Acceso al particionado utilizando UUID”.

Ya que udev es un sistema en evolución, dejaré los detalles para otra documentación y se describirá de forma mínima aquí.

El programa modprobe(8) nos permite configurar el núcleo de Linux en ejecución desde el proceso de usuario añadiendo o eliminando módulos al núcleo. El sistema udev (see Sección 3.8, “El sistema udev”) automatiza su llamada para ayudar a la inicialización de módulos en el núcleo.

No existen módulos que no correspondan a hardware ni módulos controladores de hardware especiales como los que necesitan ser precargados al estar enumerados en el archivo «/etc/modules» (consultemodules(5)).

Los archivos de configuración del programa modprobe(8) están ubicados en el árbol bajo el directorio «/etc/modprobes.d/» como se detalla en modprobe.conf(5). (Si quiere evitar que algunos módulos del núcleo se cargen de forma automática, incluyalos en la lista negra que es el archivo «/etc/modprobes.d/blacklist».)

El archivo «/lib/modules/version/modules.dep» creado por el programa depmod(8) describe las dependencias de los módulos usados por el programa modprobe(8).

[Nota] Nota

Si tiene problemas en la carga de módulos cuando se inicia su carga de módulos o con modprobe(8), «depmod -a» puede solucionarlo reconstruyendo «modules.dep».

El programa modinfo(8) muestra información acerca de los módulos del núcleo de Linux.

El programa lsmod(8) da formato al contenido de «/proc/modules», mostrando los módulos del núcleo que están cargados en este momento.

[Sugerencia] Sugerencia

Puede determinar cual es el hardware de su sistema. Consulte Sección 9.5.3, “Identificación del hardware”.

Puede configurar su hardware en tiempo de arranque y activar las funcionalidades del hardware conocidas. Consulte Sección 9.5.4, “Configuración del hardware”.

Seguramente pueda añadir soporte a sus dispositivos especiales recompilando el núcleo. Consulte Sección 9.10, “El núcleo”.