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。

Firmware types

BIOS

A BIOS or Basic Input-Output System is the very first program (firmware) that is executed once the system is switched on. In most cases it is stored in a flash memory in the motherboard itself and independent of the system storage.

UEFI

Unified Extensible Firmware Interface has support for reading both the partition table as well as file systems. UEFI does not launch any boot code from the Master Boot Record (MBR) whether it exists or not, instead booting relies on boot entries in the NVRAM. ​ The UEFI specification mandates support for the FAT12, FAT16, and FAT32 file systems (see UEFI specification version 2.8, section 13.3.1.1), but any conformant vendor can optionally add support for additional filesystems; for example, Apple Macs support (and by default use) their own HFS+ filesystem drivers. UEFI implementations also support ISO-9660 for optical discs. ​ UEFI launches EFI applications, e.g. boot loaders, boot managers, UEFI shell, etc. These applications are usually stored as files in the EFI system partition. Each vendor can store its files in the EFI system partition under the /EFI/vendor_name folder. The applications can be launched by adding a boot entry to the NVRAM or from the UEFI shell. ​ The UEFI specification has support for legacy BIOS booting with its Compatibility Support Module (CSM). If CSM is enabled in the UEFI, the UEFI will generate CSM boot entries for all drives. If a CSM boot entry is chosen to be booted from, the UEFI's CSM will attempt to boot from the drive's MBR bootstrap code.

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 などの実行時構成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