Boot, services, noyau et périphériques

Processus de démarrage

Le démarrage du système a pour but de charger le noyau Linux, de monter les systèmes de fichiers nécessaires puis de démarrer les différents services pour permettre aux applications d’accéder aux ressources de la machine et de répondre aux demandes des utilisateurs.

La mise en route de la machine ou le redémarrage complet du système enclenche un processus enchaînant plusieurs phases décrites dans ce chapitre.

init System V

Le mode de démarrage du système init System V (SysVinit), d’origine Unix, a été le plus souvent remplacé par systemd dans les distributions récentes. D’autre part, il est possible d’avoir à administrer des serveurs de production fonctionnant encore avec ce mode de démarrage.

systemd

systemd (system daemon) est, comme init System V ou upstart, un système d’initialisation, mais il est plus récent et spécifiquement conçu pour Linux. Comme l’init classique, il est le premier processus démarré par le noyau une fois l’initialisation de celui-ci terminée.

Parmi les successeurs d’init System V, systemd est le plus utilisé. Toutes les distributions majeures (Red Hat, SuSE, Ubuntu, Debian) l’utilisent.

systemd est issu d’une réflexion profonde sur le lancement du système et des services. Son auteur, Lennart Poettering (à qui on doit aussi les programmes PulseAudio et Avahi) a notamment comparé les programmes de démarrage Linux et celui d’autres systèmes, en particulier MacOS, en matière de rapidité et de nombre de processus nécessaires.

systemd propose donc d’accélérer le démarrage des services, en les basant sur des événements et avec un fonctionnement asynchrone, mais aussi de connaître et de gérer l’état exact de chaque processus constituant un service, en contrôlant ceux-ci grâce à une interface en ligne de commande ou graphique, mais aussi en remplaçant les scripts shell par un programme compilé.

systemd utilise des mécanismes performants faisant appel à des fonctions (API) uniquement présentes dans le noyau Linux, non conformes POSIX, et donc non portable vers d’autres systèmes de type Unix.

upstart

upstart est un successeur du service init, initialement développé pour Ubuntu, fonctionnant de manière asynchrone et basé sur les événements. Il a été utilisé dans les anciennes versions de certaines distributions (Ubuntu jusqu’à la version 14.04, Debian jusqu’à la version 6, Red Hat Enterprise Linux 6…). Il est utilisé par Google Chrome OS (et Chromium OS).

upstart contrôle l’ensemble des services, gère leur démarrage et leur arrêt mais surveille aussi leur fonctionnement. Il est compatible avec init System V : cependant les services upstart ne fonctionnent pas avec System V.

Avec upstart, les services peuvent être démarrés de manière asynchrone et peuvent donc être parallélisés, et non lancés séquentiellement comme avec init. Il est donc possible de définir les dépendances entre les services et d’optimiser leurs arrêts et démarrages. Étant basé sur des événements, upstart pourra par exemple démarrer les services Bluetooth uniquement si une clé USB de ce genre est insérée, et non inutilement et systématiquement au démarrage de la machine.

Consulter les traces du système

Différents outils permettent de suivre l’activité du système et des applications, via des fichiers d’enregistrement d’événements (fichiers journaux ou logs). L’administrateur doit pouvoir consulter régulièrement ces fichiers pour détecter d’éventuels problèmes et contrôler l’adéquation des ressources matérielles face à l’évolution des besoins.

dmesg 
[    0.000000] microcode: microcode updated early to revision 0x2f, date = 2019-02-17 
[    0.000000] Linux version 5.14.0-162.23.1.el9_1.x86_64 (mockbuild@x86-vm-07.build.
eng.bos.redhat.com) (gcc (GCC) 11.3.1 20220421 (Red Hat 11.3.1-2), GNU ld version 
2.35.2-24.el9) #1 SMP PREEMPT_DYNAMIC Thu Mar 23 20:08:28 EDT 2023 
[    0.000000] The list of certified hardware and cloud instances for Red Hat Enterprise 
Linux 9 can be viewed at the Red Hat Ecosystem Catalog, https://catalog.redhat.com. 
[    0.000000] Command line:...

Le noyau et ses modules

Le noyau est le cœur du système d’exploitation. Au sens strict, Linux est le noyau du système d’exploitation, créé à l’origine par Linus Torvalds. Le système d’exploitation Linux au sens large est composé du noyau et d’un ensemble d’outils permettant son exploitation par des applications : les outils GNU. Linux devrait donc plutôt être appelé GNU/Linux : GNU pour les outils, Linux pour le noyau.

Le noyau Linux est de type monolithique : ses fonctionnalités et composants sont regroupés dans un programme unique. Cependant il est complété par un ensemble d’extensions indépendantes, appelées modules, chargeables ou déchargeables dynamiquement.

Le noyau

Le noyau (kernel) est stocké dans un fichier du répertoire /boot. Son nom, par convention, est de la forme vmlinuz-X.Y.Z-VersText.

Exemple

# ls /boot/vmlinuz* 
vmlinuz-5.14.0-162.23.1.el9_1.x86_64 

On obtient la version du noyau courant avec la commande uname -r.

Exemple

uname -r 
5.14.0-162.23.1.el9_1.x86_64 

Les lettres ont une signification particulière.

# uname -a 
Linux srvrh 5.14.0-162.23.1.el9_1.x86_64 #1 SMP PREEMPT_DYNAMIC Thu Mar 
23 20:08:28 EDT 2023 x86_64 x86_64...

Les fichiers associés aux périphériques

Les périphériques sont gérés à l’aide de pilotes logiciels, souvent sous forme de modules complémentaires du noyau.

Les périphériques sont associés à des fichiers de type spécial, qui ne sont pas des fichiers disque mais des moyens de communication avec les pilotes correspondants. Les processus peuvent accéder aux périphériques par l’intermédiaire de ces fichiers, en lecture et en écriture. Le processus ouvre le fichier spécial du périphérique (appel système open()), puis lit (appel système read()) ou écrit (appel système write()) des données de ou vers le périphérique. Ces opérations de lecture/écriture sont ensuite interprétées par le pilote du périphérique.

Linux accède aux périphériques via des fichiers spéciaux