[시스템] 리눅스의 부팅에서 종료(shutdown)까지

멀티부팅으로 구성되어 있는 컴퓨터 ( 일반적으로 윈도우와 리눅스 )가 전

원을 ON 시킴부터 리눅스의 login 메세지가 나올 때 까지 많은 일들이 컴

퓨터에서 일어난다. 윈도우의 경우에는 그 과정을 사용자가 알아 낼 방법

이 없지만 리눅스의 경우는 오픈소스라는 강점으로 사용자가 그 전과정을

모두 인지하여( 물론 몇몇 과정을 이해하기 위해서는 어느정도의 고급 지

식을 요구하긴 하지만 ) 시스템을 운영하는데 많은 도움을 받을 수 있다.

부팅과정의 이해는 리눅스 시스템을 이해하는데 기초적이고도 광범위한 지

식을 제공한다. 좀 늦은 감이 있지만 부팅과정에 대해 지금까지 공부해온

것을 여기 정리하였다. 몇몇 부분은 아직 이해의 수준을 넘어서는 부분이

있어서 자세한 설명을 못 하였다.

PC 전원 ON

PC의 전원이 들어오면 우선 ROM (Read Only Memory)에 들어가 있는 BIOS

(Basic Input Output System)가 작동하여 그래픽카드, 메모리, CPU, 하드

디스크 드라이브, 플로피 디스크 드라이브 등을 테스트 한다. 예전의 경우

에 보면 이 과정에서 화면상에 이유없이 컴퓨터가 다운되거나 하는 경우

가 있는데 많은 경우에 플로피 디스크 드라이브나 하드 디스크 드라이브와

의 통신과정에서 각 장치의 에러로 다운되는 경우가 많다.

어쨌거나 모든 설정을 다 테스트 한 후에 BIOS는 부팅디스크 (혹은 하드디

스크)의 선두 (실린더 0, 섹타1)부터 MBR(Master Boor Record)를 읽는다.

∴참고로 MBR 에 대한 reset 은 윈도우 상에서는 fdisk/mbr 명령을 사용하

여 실시할 수 없다. 윈도우와 리눅스를 멀티부팅으로 설치한 후 혹시라도

차후에 리눅스를 제거 하였는데 계속 lilo 메세지가 뜰 경우 이 명령으로

완전히 제거할 수 있다.

lilo 를 읽음

통상 리눅스의 lilo(Linux Loader)는 MBR에 설치되어 제일 처음 실행된

다.

lilo 의 설정은 : /etc/lilo.conf

boot=/dev/hda

map=/boot/map

install=/boot/boot.b

prompt

timeout=50

default=linux

image=/boot/vmlinuz-2.2.12-20kr

label=linux

initrd=/boot/initrd-2.2.12-20kr.img

read-only

root=/dev/hda1

위의 내용은 리눅스만 설치되어 있는 system의 lilo.conf 의 내용이다. 멀

티부팅의 경우는 윈도우의 부팅부분이 추가가 된다.

통상 lilo는 운영체제의 선택과 모드이 선택, ethernet의 설정등을 같이

행할 수 있으나 일반적으로는 두 개 이상의 OS로 멀티부팅을 설정할 경우

선택적으로 부팅가능하고 linux system 복구나 root 파티션의 파일시스템

을 체크할 경우 linux s, linux 1, linux single 등의 옵션을 사용하여

single user mode 로 부팅할 수도 있다.

Kernel의 실행

lilo에서 linux를 선택하여 부팅을 하면 압축된 커널 이미지 (위의 lilo

의 image 부분, /boot/vmlinuz-2.2.12-20kr)가 메모리로 로드되어 자기전

개 된다.

1에서 3까지의 과정을 도식화 하면

BIOS가 MBR을 읽음

↓

MBR가 부트파티션의 부트블록을 읽어낸다.

↓

부트록을 읽는다.

↓

커널 이미지를 읽어낸다.

↓

시스템파라미터를 취득하여, 커널을 초기화한다.

↓

압축 이미지를 전개한다.

커널의 main.c 함수를 실행하기 전에 커널은 프로텍트 모드로의 전이, CPU

의 레지스터의 설정등 c 프로그램을 실행할 수 있는 환경을 정비한다.

main.c 의 실행

operating system의 가장 기본적인 초기화의 실시과정이다. 메모리의 초기

화 (메모리 상한선의 취득), 페이지테이블의 초기화, 하드웨어 인터럽트

체크 ( 이더넷조사, 키보드, 마우스연결 체크등)후 프로그램 모듈을 로드

한다. main.c의 내용은 /usr/src/linux-2.2.12/init/main.c 에서 살펴볼

수 있다.

main.c 로 제어가 옮겨진 후의 실행 메시지를 보려면

#dmesg > boot.message 등의 명령으로 부트메시지를 화일로 보내어 편집기

등으로 열어서 보면 된다.

main.c 의 제어는 dmesg에서 보면 리눅스 기동시 최초의 프로세서인 init

의 실행전까지 이다.

init process의 기동

init process는 리눅스 기동시 실행되는 최초의 프로세스이다. 프로그램

의 위치는 디스트리뷰션에 따라 다를수 있으나 알짜 리눅스의 경우 /sbin

디렉토리에 위치한다. 또한 init는 /etc/initab 의 설정사항에 따라 리눅

스체제를 구축한다.

∴참고 : 리눅스의 모든 프로세스는 최초의 프로세스인 init 의 자기복제

의 과정을 통해 생성된다. 즉 init 프로세스로 부터 fork(복제)와 exec(실

행) 의 2개의 system call을 사용하여 새로운 프로세스를 창조한다. 이러

한 내용은 pstree 명령으로 확인할 수 있다.

/etc/inittab 의 내용 #

# inittab This file describes how the INIT process should set up

# the system in a certain run-level.

#

# Author: Miquel van Smoorenburg, <miquels at

drinkel.nl.mugnet.org>

# Modified for RHS Linux by Marc Ewing and Donnie Barnes

#

# Default runlevel. The runlevels used by RHS are:

# 0 – halt (Do NOT set initdefault to this)

# 1 – Single user mode

# 2 – Multiuser, without NFS (The same as 3, if you do not have

networking)

# 3 – Full multiuser mode

# 4 – unused

# 5 – X11

# 6 – reboot (Do NOT set initdefault to this)

#

id:3:initdefault:

# System initialization.

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0

l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1

l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2

l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3

l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4

l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5

l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

# Things to run in every runlevel.

ud::once:/sbin/update

# Trap CTRL-ALT-DELETE

ca::ctrlaltdel:/sbin/shutdown -t3 -r now

# When our UPS tells us power has failed, assume we have a few

minutes

# of power left. Schedule a shutdown for 2 minutes from now.

# This does, of course, assume you have powerd installed and your

# UPS connected and working correctly.

pf::powerfail:/sbin/shutdown -f -h +2 “Power Failure; System

Shutting Down”

# If power was restored before the shutdown kicked in, cancel it.

pr:12345:powerokwait:/sbin/shutdown -c “Power Restored; Shutdown

Cancelled”

#if UPS batteries are getting low, do an immediate shutdown.

pn::powerfailnow:/sbin/halt -p

# Run gettys in standard runlevels

1:2345:respawn:/sbin/mingetty tty1

2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2

3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3

4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4

5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5

6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

# Run xdm in runlevel 5

# xdm is now a separate service

x:5:respawn:/etc/X11/prefdm -nodaemon

sysinit 의 기동

init 가 기동되면 우선 최초로 싱글유저 모드에서 sysinit 액션의 프로세

스가 실행된다.(/etc/rc.d/rc.sysinit)

위 inittab 의 # System initialization.부분.

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

편집기로 /etc/rc.d/rc.sysinit 를 살펴보면 bash 로 작성된 셀 스크립트

이다. sysinit 는 fsck에 의해 디스크정합성 check가 이루어지고 필요한

커널모듈이 로드된다. 또한 swap을 개시하고 fstab 에 의해 디스크등의 외

부 장치가 mount 된다.

∴참고 : root 파티션에 대한 fsck의 실행은 싱글유저 모드에서 실행되어

야 한다. 이러한 이유로 인해서 리눅스 모드가 3인 멀티유저 모드로 선택

되어 있어도 우선 싱글유저 모드에서 root 파티션에 대한 정합성 check

를 하게 된다.

/etc/fstab 의 내용 /dev/hda1 / ext2 defaults 1 1

/dev/cdrom /mnt/cdrom iso9660 noauto,owner,ro 0 0

/dev/cdrom1 /mnt/cdrom1 iso9660 noauto,owner,ro 0 0

/dev/hda5 swap swap defaults 0 0

/dev/fd0 /mnt/floppy ext2 noauto,owner 0 0

none /proc proc defaults 0 0

none /dev/pts devpts gid=5,mode=620 0 0

rc 파일의 실행

디폴트 런레벨 (/etc/inittab 의 initdefault 부분) 에 따라서 각 rc의 실

행이 이루어 진다. 예를 들어 멀티유저 모드를 디폴트로 구성했다

면 /etc/rc.d/rc 3 가 기동된다. 이 디렉토리 안에는 각종 deamon 이나 멀

티유저 모드에서 필요한 스크립트 들어있다.

getty의 기동

모뎀이 접속된 회선이나 콘솔을 감시해서 액세스 해온 디바이스에 로그인

prompt를 보내고, 보내온 유저 이름을 로그인 prompt를 기동해서 getty 프

로그램으로 보낸다. login 프로그램은 password prompt 를 표시하여, 패스

워드가 건네지면 /etc/passwd 파일의 내용과 대조하여 잘못이 있으면 다

시 login prompt 를 표시하고 인정되면 그 유저의 로그인 쉘을 실행한다.

각 계정의 실행은 계정이 생성될때 동시에 생성되는 숨겨진 파일

인 .bashrc, bash_profile 등의 스크립트를 참조하여 login 된다.

∴참고 : 리눅스 파일 시스템에서 파일의 이름앞에 .이 붙은면 숨김 속성

을 갖는다. 이런 모든 파일을 보기위해서는 ls -a 옵션을 사용해야 한다.

또한 파일의 속성을 알아보려면 file [파일이름] 을 사용하면 알 수 있

다.

getty는 system에 따라 mgetty, agetty, mingetty 로 나타나는데, agetty

나 mgetty는 serial 회선을 감시하고 mingetty는 가상 콘솔로서의 구성을

감시한다. 위의 /etc/inittab 의 run getty 부분을 보면 여섯개의

mingetty가 실행됨으로써 리눅스에서 여섯개의 가상콘솔을 운영할 수 있

게 된다.

이상에서 리눅스의 부팅과정을 간단히 살펴보았는데 실제로 많은 부분이

생략되어 있다. 리눅스에서는 모든 소스코드가 첨부되어 있기 때문에

init 등의 프로그램 소스를 찾아보면 보통 c언어로 작성되어 있음을 알

수 있다. 가능하면 소스코드까지 분석을 해보고 싶지만 아직은 C언어에 대

한 지식이 부족하여서 보기가 어려웠고 차후에 기회가 닿는다면 리눅스커

널 분석에 도전하고 싶은 생각이 있다.