The FreeBSD Booting Process

FreeBSD開關機流程

1. Boot Manager ：
在MBR或boot manager裡的程式碼通常是指開機流程的 stage 0(第0階段)，
底下會討論兩種boot manager： boot0 和 LILO

The boot0 Boot Manager ：這個 manager 可在剛安裝 FreeBSD
或以 boot0cfg工具安裝安裝後預設位置在 /boot/boot0 。
(boot0程式非常的簡單輕巧，由於 slice table 和 0x55AA 識別符放置
在MBR結尾處的關係，boot0 只有446bytes大小)。如果你有多個系統，
開機時你將會看到如下列的圖示

Example 12-1. boot0 Screenshot
F1 DOS
F2 FreeBSD
F3 Linux
F4 ??
F5 Drive 1
Default: F2

其他系統，特別是Windows，會將自己的開機loader寫入MBR中，
如果你想用FreeBSDloader蓋寫現存的MBR可以使用下列命令

# fdisk -B -b /boot/boot0 device

如果想以現存的linux loader(LILO)開機，可先開起linux 編輯 /etc/lilo.conf
如下

other=/dev/hdXY (hd是ide硬碟,XY可自己代換成linux上的磁區編號)
table=/dev/hdX
loader=/boot/chain.b (如果兩個系統是在同一個硬碟上可忽略這行)
label=FreeBSD

存檔後執行 /sbin/lilo -v 讓新的變更生效

2. Stage One, /boot/boot1, 和 Stage Two, /boot/boot2
stage1 和 stage2 在概念上屬於同一程式和同一磁碟區域，由於磁區
大小限制，他們被分成了兩個階段，但是安裝時會一起安裝。他們存
在於檔案系統之外，位於開機slice的第一軌，開始於第一個 sector 。

這是 boot0 或是任何其他存放於MBR的程式所要尋找以繼續完成開機
程序的地方。 boot1 也無法超過512bytes，不過這對 FreeBSD disk
label 而言已經足夠。 disklabel 是用來儲存 slice 的相關訊息，並去找
到和執行 boot2 。

boot2 比較高階和精密，boot2 必須要在FreeBSD的檔案系統上找到
檔案，並提供一個介面去選擇 kernel 或 loader 來執行。因 loader
又比 boot2 更高一級，且易於設定，所以 boot2 通常會執行它，
但是通常會直接執行kernel

Example 12-2. boot2 Screenshot

>> FreeBSD/i386 BOOT
Default: 0:ad(0,a)/kernel <--執行kernel
boot:

如果要取代現有的boot1和boot2 可用 bsdlabel工具
# bsdlabel -B diskslice (diskslice是指機器開機的slice，例如ad0s1)

3. Stage Three, /boot/loader
loader 是三步驟中的最後一步，且置於 FreeBSD 的檔案系統之內，
通常是/boot/loader.rc 初始化時，loader 會探測終端機和磁碟，
辨識是從哪個硬碟啟動的。開始設置所要開啟的磁碟、設定變數對
應，並啟動解譯程式開始解釋loader所傳遞的命令

loader 然後會讀取並執行 /boot/loader.rc， 預設地讀取
/boot/defaults/loader.conf以設定可靠的預設變數，讀取
/boot/loader.conf 對這些變數作區域修改。loader.rc 依據這些
變數進行動作，加載任何被選取的模組和核心。

最後，預設地，loader 會停留 10 秒等待按鍵， 若沒有發生中斷
，就開始啟動核心。如果被中斷，用戶會得到一個指令行輔助說明
符， 在這裡用戶得變更變數、解除裝載所有模組、加載模組、最後
啟動 或重新啟動。

4. kernel interaction During Boot
一但 kernel 經由 loader 或 boot2 (略過執行loader)，kernel將會
檢查它的開機旗標 (flag) ，如果有，就開始依照旗標做一些必要調節。

常用開機旗標
-a ：在kernel初始化階段，訊問要使用哪一個裝置當root檔案系統。
-C ：從光碟機開機
-c ：執行userconfig，開機階段的kernel配置檔。
-s ：進入單人模式
-v ：在kernel啟動時顯示較多訊息

5. Device Hints
在FreeBSD5.0版後才出現在起始系統啟動時，loader 會讀取 device.hints
檔案。這個檔案以變數的形式儲存著核心啟動資訊， 有時被稱為
「 device hints 」。 裝置驅動程式用「 device hints " 對裝置進行配置。

Device hints 也可以在 第三階段的boot loader 的指令行輔助說明符中指定。
變數可以用 set /boot/device.hints 設定的變數亦可以在這裡被覆寫。
鍵入 boot loader 中的變數不是永久性的，在下次啟動時就會被忘記。

指令添加，unset 指令移除， show 指令檢視。在檔案 /boot/device.hints
設定的變數亦可以在這裡被覆寫。寫入 boot loader 中的變數並非永久性的，
在下次啟動時就會被忘記。

一旦系統啟動成功，kenv 指令可以用來清楚所有的變數。
檔案 /boot/device.hints 的語法是一行一個變數， 使用「#」作為註釋記號。
每行是按照如下方式組織的：

hint.driver.unit.keyword="value"

第三階段 boot loader 的語法是：

set hint.driver.unit.keyword=value

driver 是裝置驅動程式名，unit 是裝置驅動程式單位名，keyword 是
hint 關鍵字。

關鍵字可以由以下選項組成：

at：指明裝置所連結的匯流排
port：指明所使用 I/O 的起始位址。
irq：指明所使用的中斷要求號。
drq：指明 DMA channel 號。
maddr：指明裝置使用的物理記憶體位址。
flags：給裝置設定各種旗標。
disabled：如果設成 1， 裝置被禁用。

裝置驅動程式能夠接受更多的 hints，建議參看它們的手冊。參看
device.hints(5)、kenv(1)、loader.conf(5) 和 loader(8) 關機手冊以獲得
更多資訊。

6. Init ：進行系統控制權轉移
一旦 kernel 完成載入後， kernel 就將控制權交給使用者層的
命令 init ，位於/sbin/init。或是loader的環境變數 init_path
所指定的位置。

自動reboot啟動程序
這個程序會確認系統將要使用的檔案系統是存在的。如果不在，
則fsck就不能正常的被執行去修復磁碟機，接著init把系統切換
成單人模式，系統管理者就可以在這時候直接處理這個錯誤。

單人模式
要進入這模式可以經由自動 reboot 啟動程序，或是在開機階
段設置 -s 參數，或設定 boot_single 的變數給 loader。或是
在多人模式之下執行 shutdown ，不加上reboot (-r)或halt (-h)
參數也可以進入單人模式。

如果系統主控台 console 在 /etc/ttys 之中是設定成 insecure 的，那麼在進
入單人模式時，系統就會要求輸入 root 的密碼。

＊insecure的console代表你決定你的console的安全等級是
insecure 的 ; 而不是代表你的console是insecure，而是你要
多一點的安全防護，則請選擇insecure，而不是secure。


多人模式
如果init無誤的找到了你的檔案系統，或結束了單人模式，系統
就會進入多人模式，並開始資源配置(rc)。

7. 系統資源配置(rc)

資源配置系統會先執行預設的配置檔 /etc/defaults/rc.conf 和系
統詳細配置/etc/rc.conf。接著依照 /etc/fstab 來掛載檔案系統，
再啟動網路服務、和其他的系統監控程式，最後執行部份程式
的起始script。

8. 關機程序
藉由 shutdown 可以控制系統進行關機， init 將會執行
/etc/rc.shutdown這個script。接著送出終止信號給所有的程序，
在此時如果有無法終止的程序就送出 kill (-9)的信號。

參考資料
http://www.freebsd.org/doc/zh_TW.Big5/books/handbook/boot.html
os.還有忘了再哪看到的中文文件~ = =||