Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos Jesús Montes Sánchez jmontes@fi.upm.es Octubre 2013 jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 1/37
Arranque de sistemas UNIX Secuencia de arranque simplificada 1 Arranque del sistema y comienzo de ejecución del firmware. 2 Inicio del cargador de arranque. 3 Carga e inicio del núcleo del sistema operativo. 4 Arranque del proceso init. 5 Puesta en marcha servicios, sistemas de ficheros, terminales,... jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 2/37
Cargador de arranque (bootloader) El cargador de arranque Lanzado por el firmware del sistema (BIOS/UEFI/coreboot) Normalmente almacenado en disco. Carga el núcleo en memoria y le transfiere el control. Arranque en arquitecturas PC La BIOS carga el programa situado en el MBR (master boot record) del disco duro principal. Ese programa puede ser un cargador de otro programa en el VBR (volume boot record) de la partición activa. Cargadores de arranque GRUB (Linux, Solaris,...), lilo (Linux), Boot Camp (Apple), bootblk/ufsboot (Solaris). jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 3/37
Inicialización del kernel Carga La localización de la imagen del núcleo varía entre SO (/boot/vmlinuz (Linux), /unix (AIX), /kernel (FreeBSD), /kernel/geunix (Solaris)). El cargador de arranque sabe cómo acceder al sistema de ficheros y cargar el núcleo en memoria. Tras la carga se cede el control al núcleo, pudiendo pasarle alguna opción en este instante (ej. init=/path/to/bin, acpi=off, single). Una particularidad de Linux es el initrd (Initial RAM disk), un disco RAM temporal con utilidades y módulos para montar el sistema de ficheros raíz. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 4/37
Inicialización del kernel Arranque En cuanto el núcleo recibe el control ejecuta una serie de pasos antes de lanzar el primer proceso. 1 Detectar la memoria disponible y reservarse algo. 2 En Linux, descomprimir initrd y montarlo. 3 Detectar y configurar el hardware. 4 Montar el sistema de ficheros (normalmente como sólo lectura). 5 Lanzar procesos espontáneos internos (kjournald, kswapd, etc.). 6 Lanzar el proceso init. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 5/37
GRUB GRand Unified Bootloader Es el cargador de arranque por defecto de la gran mayoría de las distribuciones Linux sobre architecturas Intel. El proceso de carga se divide en dos etapas. Una en el MBR o VBR y la otra en /boot/grub. Funcionalidades Arranca cualquier SO que cumpla con la especificación multiboot. Consola interactiva tipo bash. Menú configurable. Soporte para varios sistemas de ficheros. Opciones para el núcleo y cargadores initrd. Transferencia del control a otro cargador (chain loading). jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 6/37
GRUB GRUB Legacy (GRUB 1) Versión antigua, sin desarrollo a día de hoy Carga en 3 etapas: 1 Etapa 1, desde el sector de MBR (o VBR) 2 Etapa 1.5 desde 30KB contiguos al primer sector de la partición. Contiene código para entender el sistema de ficheros donde se haya la etapa 2. 3 Etapa 2. El código de GRUB en sí. Los ficheros de configuración se localizan en /boot/grub, en particular el menu de arranque es menu.lst jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 7/37
GRUB GRUB 2 Reescritura de GRUB para mejorar el soporte multiplataforma, internacionalización, carga de módulos,... A día de hoy es el cargador de arranque usado en Debian, Fedora (y RHEL), opensuse, Ubuntu y Solaris. El proceso de carga es muy similar, pero la etapa 1 es más flexible a la hora de cargar la siguiente. Los ficheros del cargador también están en /boot/grub, pero son distintos. El fichero menu.lst desaparece en favor de grub.cfg, el cual soporta un lenguaje parecido a bash. En algunos Linux (Ubuntu...) ese fichero no está pensado para ser editado a mano sino por update-grub. Las directivas relacionadas están en /etc/grub.d/ y /etc/default/grub. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 8/37
GRUB Ejemplos (GRUB version 1) Arranque de un sistema Linux grub> root (hd0,0) grub> kernel /boot/vmlinuz root=(hd0,0) grub> initrd /boot/initrd.img grub> boot Arranque de un Windows con chain loading grub> rootnoverify (hd0,1) grub> makeactive grub> chainloader +1 grub> boot jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 9/37
GRUB Ejemplos (GRUB version 2) Arranque de un sistema Linux grub> set root=(hd0,1) grub> linux /boot/vmlinuz root=(hd0,1) grub> initrd /boot/initrd.img grub> boot Arranque de un Windows con chain loading grub> insmod ntfs grub> insmod chain grub> set root=(hd0,2) grub> chainloader +1 grub> boot jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 10/37
Proceso init Padre de todos los procesos El proceso init es el proceso de PID 1 y el encargado de arrancar todos los servicios y dar acceso al sistema. El núcleo ejecuta por defecto el proceso /sbin/init Secuencia de arranque multiusuario 1 Comprobar raíz y montar en modo lectura-escritura. 2 Comprobar otros sistemas (/etc/fstab) y montarlos. 3 Activar el área de intercambio. 4 Limpieza (ej. borrar /tmp). 5 Arrancar demonios locales. 6 Configurar la red y arrancar demonios de red. 7 Habilitar el login. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 11/37
Proceso init El código de la secuencia de arranque no es parte del proceso init en sí mismo. Esta secuencia se implementa como una colección de scripts que son ejecutados por init de acuerdo con unas reglas preestablecidas. Una vez termina la secuencia de arranque el proceso init no termina (nunca lo hace), si no que queda a la espera de: La terminación de cualquier proceso hijo para capturar su valor de retorno y evitar que quede zombie. Alguna señal que indice que debe reconfigurarse el sistema. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 12/37
Modo monousuario También llamado modo de mantenimiento. Modo de arranque especial para la solución de problemas. Consola root, sin red ni login. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 13/37
Apagado del sistema Secuencia Cuando se da la orden de apagado se lleva a cabo: 1 Notificación a los usuarios el apagado con un mensaje. 2 Se envía la señal SIG TERM a todos los procesos en ejecución. 3 Init comienza la secuencia de terminación de servicios. 4 Paso a modo monousuario: Se envía SIG KILL a los procesos que al cabo de 5 segundos del envío de SIG TERM aún no terminaron. Se desconecta a los usuarios y bloquea el acceso. 5 Sincronización de los sistemas de ficheros y desmontado. 6 Apagado o reinicio. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 14/37
Configuración del arranque Tipos de init Estilo BSD: NetBSD, FreeBSD, OpenBSD System V: AIX, HP-UX, Linux, Solaris Launchd: Mac OS/X Upstart: Linux (Ubuntu, Fedora, Debian) jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 15/37
Configuración estilo System V Este es el modo de configuración clásico de la mayoría de los UNIX y forma parte de Linux Standard Base (Basado en SUS). Runlevels Concepto básico que se refiere al estado de sistema. telinit n cambia el sistema al estado n. who -r devuelve el estado actual. shutdown es un script para pasar al runlevel de apagado. Componentes Fichero de reglas /etc/inittab. Scripts primarios rcn (normalmente enlaces simbólicos). Scripts secundarios (/etc/rc.d, /etc/init.d). Ficheros de configuración adicionales (/etc/default). jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 16/37
Clasificación de Runlevels 0: Halt, para apagado seguro. 1: Administración mantenimiento. S y s: Modo monousuario (pide contraseña de root). 2: Modo multiusuario sin servicios de red. 3: Modo multiusuario con servicios de red. 4, 7, 8 y 9: Por definir por el administrador, 5: Igual que 3 con consola gráfica 6: Reinicio Q y q: Pseudo estado para forzar la re-lectura /etc/inittab. a, b, c Pseudo-runlevel: No cambian el estado numérico. Sólo ejecutan los mandatos presentes /etc/inittab. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 17/37
Fichero inittab Sintaxis Un serie de líneas con el formato id:niveles:acción:proceso args id: Identificador único. niveles: Niveles en los que se ejecuta. acción: Modo de ejecución. proceso args: Mandato que ejecutar y argumentos. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 18/37
Fichero inittab Tipos de acciones El campo acción le indica a init cómo debe ejecutar el proceso. Los tipos de acción habituales son: wait Se espera a que la tarea acabe. respawn Si la tarea termina, se relanza automáticamente. once Comenzar el proceso si no está funcionando ya. boot Ejecutar sólo al arranque. bootwait Ejecutar sólo al arranque, esperando a que termine. initdefault Para definir el nivel por defecto (no se especifica proceso en este caso). sysinit Actividades previas a que init acceda a la consola. off Terminar el proceso si está ejecutando. otros man inittab. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 19/37
Fichero inittab Ejemplo id:3:initdefault: l0:0:wait:/etc/init.d/rc 0 l1:1:wait:/etc/init.d/rc 1 l2:2:wait:/etc/init.d/rc 2 l3:3:wait:/etc/init.d/rc 3 2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2 ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -r -t 4 now jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 20/37
Scripts de inicialización rcn El valor de n indica el runlevel. Uno o varios scripts normalmente en /etc/rcn.d. Los scripts secundarios se almacenan en /etc/init.d y se enlazan desde los directorios /etc/rcn.d/ o /etc/init.d/rcn.d/ Los scripts secundarios se etiquetan y ejecutan en un orden predeterminado. Existen herramientas para manejar dependencias entre scripts y etiquetar los enlaces automáticamente (innserv, chkconfig, sysv-rc-conf) K09cron K15portmap S01dbus S08nfs K11nfsserver K16avahi-daemon S02consolekit S10kbd K11postfix K16syslog S03haldaemon S10powersaved K11xdm K17network S05network S10sshd K12cups K19haldaemon S06avahi-daemon S11nfsserver jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 21/37
Arranque, parada, reinicio de servicios Gestión manual El estado de los servicios presentes en /etc/init.d puede manipularse manualmente. El estado se cambia ejcutando el script con uno de los argumentos: start Arranca el servicio si no está arrancado stop restart Para y rearranca el servicio otros Los scripts de /etc/inid.d se pueden ejecutar directamente pero es recomendable usar el mandato service para proporcionar un entorno más seguro. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 22/37
Arranque, parada, reinicio de servicios Gestión automática Normalmente la parada y arranque de servicios está gestionada por init a través de los scripts /etc/init.d/rc, el cual se invoca desde /etc/inittab al cambiar de nivel de ejecución. Al pasar de un runlevel inferior a uno superior X, los scripts /etc/rcx.d que empiezan por S se ejecutan en orden ascendente pasando el argumento start. Al pasar de un runlevel inferior a uno superior X, los scripts /etc/rcx.d que empiezan por K se ejecutan en orden descendent pasando el argumento stop. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 23/37
Upstart Introducción Reemplazo de init para la gestión de servicios y tareas por medio de eventos. Desarrollado por Canonical para Ubuntu, pero adoptado por otras distribuciones. Diferencias principales frente a SystemV No inittab, /etc/event.d update-rc.d) jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 24/37
Upstart Conceptos básicos Trabajos Eventos Elementos El proceso init. Ficheros de configuración (almacenados en /etc/init). Mandatos de control (initctl, status, start, stop,...). jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 25/37
Upstart: Trabajos Tipos de trabajos Tareas: Trabajos que tienen un instante de comienzo y fin determinado. No crean procesos nuevos. Ej: montar los sistemas de ficheros, configurar la red. Servicios: Trabajos de que no tienen un instante de terminación determinado (demonios). Abstractos: Trabajos sin proceso o script asociado. Existen sólo dentro de Upstart (no tienen PID) y pueden sirven para sincronizar otras tareas. Especificación de trabajos Un trabajo se especifica en un fichero.conf almacenado en init. El nombre del fichero sin extensión es el nombre del trabajo. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 26/37
Upstart: sintaxis de básica Sintaxis de fichero de configuración ## Esto sería un comentario author "yo" description "descripción opcional" ## Tanto start on como stop on son opcionales start on <event> [<variables_de_evento_que_encajar>] stop on <event> ## Añadir task si se trata de una tarea # task ## Ahora iría el código que ejecuta el trabajo script <codigo> end script ## o exec <mandato y argumentos> jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 27/37
Upstart: Eventos Tipos de eventos Métodos: eventos bloqueantes para el emisor hasta que el evento se procesa. Se generan manualmente con initctl emit evento. Señales: eventos no bloqueantes para el emisor y asíncronos. Se pueden generar con initctl emit --no-wait evento. Externos (hooks): eventos emitidos por otros demonios del sistema como el demonio de dbus o el de udev. Los cambios de estado generan eventos (starting, started, stopping, stopped, ver páginas man). Los eventos de sistema se documentan en upstart-events(7). jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 28/37
Upstart: Ciclo de vida de un trabajo I Arrancando trabajos 1 Los trabajos se arrancan manualmente con start id o initctl start id o activados por el bloque start on. 2 Se emite starting como método (con las variables de entorno JOB e INSTANCE). 3 Si hay un bloque pre-start {script... end script exec} se ejecuta. 4 El proceso principal se lanza en un proceso nuevo. 5 Si hay un bloque post-start, se ejecuta. 6 Se emite el evento started. respawn sirve para reintentar tareas y reerrancar servicios. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 29/37
Upstart: Ciclo de vida de un trabajo II Parando trabajos 1 Las tareas cambian de objetivo start a stop al finalizar su proceso. 2 Se asume que los servicios no terminan a discreción. 3 El objetivo de un trabajo pasa a stop por invocación de initctl stop id, stop id o disparado por la claúsula stop on. 4 Si hay un bloque pre-stop, se ejecuta. 5 Se envía SIG TERM al proceso, se espera 5 segundos y se envía SIG KILL. 6 Se emite el evento stopping con información de terminación. 7 Ejecutar el bloque post-stop se procede. 8 Se emite el evento stopped. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 30/37
Upstart: Trabajos Estados de un trabajo Objetivo Estado start stop waiting starting n/a starting pre-start stopping pre-start spawned stopping spawned post-start stopping post-start running stopping running stopping pre-stop or stopping pre-stop running stopping stopping killed killed killed post-stop post-stop post-stop starting waiting jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 31/37
Upstart: otros detalles Runlevels En las distribuciones Debian y Ubuntu sólo se usan los runlevels 1 o S (monousuario), 2 (multisuario), 0 (apagado) y 6 (reiniciado). Los niveles 3-5 existen, pero no se usan. Se pueden especificar cláusulas dependientes del runlevel start on runlevel 0 start on runlevel [234] Depurando scripts initctl log-priority debug genera una traza en /var/log/syslog. console output redirecciona la salida a /dev/console. env para la inspección del entorno. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 32/37
Udev Sistema para gestionar nodos de dispositivo en /dev Soporta nombrado estático basado en UUIDs. Funciona en espacio de usuario. Arquitectura Biblioteca libudev. Demonio udevd. Herramienta udevadm para diagnostico. El kernel se comunica con el demonio por medio de un socket netlink. El demonio funciona por medio de reglas en /etc/udev/rules.d jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 33/37
D-bus Introducción Bus de sistema que proporciona mecanismos IPC (inter-process communication). Permite intercambio de mensajes entre aplicaciones basado en un esquema de emisor/subscriptor. Desarrollado por el proyecto freedesktop.org Usado por GNOME, KDE (>4) y Qt 4. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 34/37
D-bus Arquitectura Existe un demonio de sistema (dbus-daemon) y otro por sesión de usuario para dar servicio al resto aplicaciones. La funcionalidad de bajo nivel se implementa en una biblioteca en C (libdbus). La communicación se establece a través de sockets UNIX. Existen envolturas de la biblioteca de bajo nivel para varios entornos y lenguajes (Glib, Qt, C++, Python). jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 35/37
D-bus Conceptos Nombres de bus org.freedesktop.dbus. Interfaces org.nombre.interfaz. Objetos (identificados con nombres similares a un sistema de ficheros /org/aso2013/test. Métodos. jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 36/37
Servicios: programación de tareas Existen mutitud de tareas de adminsitración que deben realizarse de forma periódica Actualización de software Comprobaciones de seguridad Realización de back-ups etc. Herramientas comunes cron y crontab (parte del estándar SUS) anacron jmontes@fi.upm.es Administración UNIX: Arranque del sistema y servicios básicos 37/37