Arch ブートプロセス

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• ブートローダー
• Master Boot Record
• GUID Partition Table
• Unified Extensible Firmware Interface
• mkinitcpio
• init
• systemd
• fstab
• 自動起動

Arch Linux を起動するためには、GRUB や Syslinux などの Linux 対応のブートローダを、Master Boot Record もしくは GUID Partition Table にインストールする必要があります。ブートローダは、ブートプロセスが始まる前にカーネルや初期 RAM ディスクをロードする仕事を行います。BIOS と UEFI で起動の流れはかなり異なっています。このページや関連するページに詳しい説明があります。

ファームウェアの種類

BIOS

BIOS (Basic Input-Outout System) とはシステムの電源を入れた時に最初に実行されるプログラム(ファームウェア)のことです。ほとんどの場合、BIOS はマザーボード内のフラッシュメモリに保存され、システムストレージとは独立しています。

UEFI

Unified Extensible Firmware Interface は、パーティションテーブルとファイルシステムの両方の読み取りをサポートしています。UEFI か MBR か、にかかわらず、UEFI は NVRAM を起動せず、代わりにブートエントリに依存します。

UEFI 仕様では FAT12、FAT16、および FAT32 ファイルシステム (UEFI 仕様バージョン2.8、セクション13.3.1.1 を参照) のサポートが義務付けられていますが、規格に準拠しているベンダーは任意でファイルシステムのサポートを追加できます。たとえば、Apple Mac は独自のHFS+ファイルシステムドライバをサポートしています。UEFI の実装では、光ディスク用の ISO-9660 もサポートされています。

UEFIは、boot loaders 、ブートマネージャ、 UEFI シェル などの EFI アプリケーションを起動します。これらのアプリケーションは通常、 EFI システムパーティション にファイルとして保存されます。各ベンダーは、EFI システムパーティションの /EFI/vendor_name フォルダにファイルを格納できます。アプリケーションを起動するには、NVRAM または UEFI シェルにブートエントリを追加します。

UEFI 仕様では、互換性サポートモジュール (CSM) によるレガシー BIOS ブートがサポートされています。UEFI で CSM が有効な場合、UEFI はすべてのドライブの CSM ブートエントリを生成します。CSM ブートエントリがブート元として選択された場合、UEFI の CSM はドライブの MBR ブートストラップコードからのブートを試みます。

ブートプロセス

BIOS

1. システムの電源が入れられ POST が実行される
2. BIOS がブートに必要なシステムハードウェア (ディスクやキーボードコントローラなど) を初期化する
3. (BIOS のディスク順で) 最初のディスクの最初の440バイト (Master Boot Record) が BIOS によって実行される
4. BIOS から MBR ブートコードにコントロールが移り、次のステージのコードが起動する (通常はブートローダーのコード)
5. 起動した(2番目の)コード(ブートローダー)はサポートと設定ファイルを読み込む
6. 設定ファイルのデータに基づき、ブートローダーはカーネルと initramfs をシステムメモリ (RAM) にロードしてカーネルを起動する

UEFI

次のページを参照してください: Unified Extensible Firmware Interface#UEFI のブートプロセス

ブートローダー

ブートローダーは、ファームウェア(BIOS または UEFI) によって起動されるソフトウェアです。カーネルは必要な カーネルパラメータ と 初期RAMディスク を設定ファイルに基づいてロードします。UEFI の場合、EFI ブートスタブを使用して、UEFI からカーネル自体を直接起動できます。ブート前にカーネルパラメータを編集するために、別のブートローダやブートマネージャを使うこともできます。

警告: ブートローダーはカーネルと initramfs イメージにアクセスできなければなりません。アクセスできなければシステムはブートしません。したがって、通常のセットアップでは、/boot へのアクセスをサポートしている必要があります。つまり、ブロックデバイスからスタックされたブロックデバイス (LVM、RAID、dm-crypt、LUKSなど) まで、カーネルやinitramfsイメージが存在するファイルシステムまで、すべてをサポートしなければなりません。

ノート: マイクロコード の更新を読み込むには、ブートローダの設定を調整する必要があります。 [1]

機能比較

ノート:

• GPT は UEFI 仕様の一部であるため、すべての UEFI ブートローダーは GPT ディスクをサポートします。BIOS システム上の GPT は、HybridMBRで "hybrid booting" を使うか、新しい GPTのみ プロトコルを使うことで可能です。ただしこのプロトコルは特定の BIOS 実装で問題を引き起こす可能性があります。詳細については、[2] を参照してください。
• ファイルシステムのサポートで言及されている暗号化は filesystem-level encryption であり ブロックレベルの暗号化 とは関係ありません。

名前	ファームウェア		パーティションテーブル		マルチブート	ファイルシステム					備考
	BIOS	UEFI	MBR	GPT		Btrfs	ext4	ReiserFS	VFAT	XFS
EFISTUB	–	Yes	Yes	Yes	–	–	–	–	Inherited from firmware1	–	カーネルはEFI実行可能ファイルに変換され、UEFI ファームウェアまたは別のブートローダーから直接ロードされます。
Clover	Emulates UEFI	Yes	Yes	Yes	Yes2	No	Without encryption	No	Inherited from firmware1	No	rEFIt のフォークは、macOS on non-Apple hardware を実行するように変更されました。
GRUB	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	Yes	BIOS / GPT 構成では、BIOSシステム が必要です。 RAID、LUKS1、LVMをサポートします(シンプロビジョニングボリュームはサポートしません)
rEFInd	No	Yes	Yes	Yes	Yes2	Without encryption	Without encryption	Without tail-packing feature	Inherited from firmware1	No	明示的な構成なしでカーネルとパラメーターの自動検出をサポートします。
Syslinux	Yes	Partial	Yes	Yes	Partial	Without: multi-device volumes, compression, encryption	Without encryption	No	Yes	MBR only; without sparse inodes	特定の ファイルシステム 機能はサポートされていません。[3] ファイルシステムドライバーがありません [4] は、インストールされているファイルシステムにのみアクセスできます。
systemd-boot	No	Yes	Manual install only	Yes	Yes2	No	No	No	Inherited from firmware1	No	ESP または拡張ブートローダーパーティション(XBOOTLDRパーティション)以外のパーティションからバイナリを起動することはできません。
GRUB Legacy	Yes	No	Yes	No	Yes	No	No	Yes	Yes	XFS v4 only	[5] GRUB を支持
LILO	Yes	No	Yes	No	Yes	No	Without encryption	Yes	Yes	Yes	廃止 制限による (Btrfs、GPT、RAIDなど)

1. ファイルシステムのサポートはファームウェアから継承されます。 UEFI 仕様では、FAT12、FAT16、および FAT32 ファイルシステムのサポートが義務付けられていますが、ベンダーはオプションで追加のファイルシステムのサポートを追加できます。[6] たとえば、Apple Mac のファームウェアは HFS+ ファイルシステムをサポートしています。 ファームウェアが起動時に UEFIドライバー をロードするためのインターフェースを提供する場合、ファイルシステムドライバーを(個別に取得して)ロードすることにより、追加のファイルシステムのサポートを追加できます。
2. A boot manager 他の EFI アプリケーション、たとえば CONFIG_EFI_STUB = y および Windows bootmgfw.efi で構築された Linux カーネルイメージのみを起動できます。

Wikipedia:Comparison of boot loaders も参照してください。

カーネル

カーネルはオペレーティングシステムのコアです。ローレベル (カーネル空間) で、マシンのハードウェアとハードウェアを使って実行されるプログラムを橋渡しします。CPU を効率的に利用するために、カーネルはスケジューラーを使ってどのタスクが優先的に実行されるかを決定し、多くのタスクが同時に実行されるのを可能にしています。

initramfs

カーネルがロードされた後、カーネルは initramfs (initial RAM ファイルシステム) を解凍して、initial root ファイルシステムにします。カーネルは最初のプロセスとして /init を起動します。初期ユーザー空間の始まりです。

initramfs の目的は root ファイルシステムにアクセスできる位置にシステムをブートストラップすることです (詳しくは FHS を見て下さい)。これは IDE, SCSI, SATA, USB/FW (外部ハードウェアから起動する場合) などのデバイスのために必要なモジュールがカーネルに入っていない場合 initramfs からモジュールをロードできなくてはならないということを意味しています; (プログラムやスクリプトから明示的に指定されるか udev を通すかして) 正しいモジュールがロードされると、ブートプロセスが再開されます。従って、initramfs に含めなくてはならないのは root ファイルシステムにアクセスするために必要なモジュールだけで、使用する全てのモジュールを入れる必要はありません。ほとんどのモジュールは後の init プロセス中に、udev によってロードされます。

Init プロセス

初期ユーザー空間の最終段階として、本当の root がマウントされ、initial root ファイルシステムを置き換えます。/sbin/init が実行され、/init プロセスを置き換えます。Arch は init プロセスとして systemd を使っています。

getty

init は virtual terminal (典型的には6つ) ごとに getty を1回呼び出し、各ttyを初期化してユーザ名とパスワードを要求します。ユーザ名とパスワードが与えられると、getty はそれらを /etc/passwd と /etc/shadow と照合し、 login を呼び出します。あるいは、システム上にディスプレイマネージャがあれば、getty はそれを起動します。

ディスプレイマネージャ

ディスプレイマネージャ は、tty の getty ログインプロンプトを置き換えるように設定できます。

起動後にディスプレイマネージャを自動的に初期化するには、 systemd からサービスユニットを手動で有効にする必要があります。サービス・ユニットの有効化と起動の詳細は、systemd#ユニットを使う を参照してください。

ログイン

ログイン プログラムは、環境変数を設定し、/etc/passwd に基づいてユーザーのシェルを起動することによって、ユーザーのセッションを開始します。

ログイン プログラムは、ログインに成功するとログインシェルを実行する直前に /etc/motd (message of the day) の内容を表示します。利用規約を表示してユーザーに地域のポリシーや伝えたいことを思い出させるのに適した場所です。

シェル

ユーザーの シェル が起動されると、通常はユーザーにプロンプトを表示する前に bashrc などの実行時設定ファイルが実行されます。アカウントが ログイン時に_X_を起動 に設定されている場合、実行時設定ファイルは startx または xinit を呼び出します。

GUI, xinit or wayland

xinit はユーザの xinitrc runtime configuration fileを実行しこれは通常 ウィンドウマネージャ を開始します。ユーザがウィンドウマネージャを終了すると、xinit、 startx、 シェル、 ログイン、の順序で終了して getty に戻ります。

参照

• Early Userspace in Arch Linux
• Inside the Linux boot process
• Boot with GRUB
• Wikipedia:Linux startup process
• Wikipedia:ja:initrd
• Boot Linux Grub Into Single User Mode