ブート方法が変わるよ

6 ブート方法が変わるよ

まえだこうへい

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Debian のブートの仕組みには、 System-V 系 Unix では伝統的な init (sysvinit) が使われています。 Debian の次期安定版 6.0 (コードネーム Squeeze) から、これが upstart に変わる予定です。今年の 3 月にフリーズ予定、 8 月にリリース予定の Squeeze での予習の意味を込めて、今回はこの upstart に変わることになった背景、 init との比較を含めた upstart の仕組み、実際に切り替え方法について説明します。

6.1.1 背景

upstart は、 Debian をベースとしたディストリビューションである、 Ubuntu 独自に sysvinit の後継の仕組みとして開発されました。元々 sysvinit は伝統的で安定した仕組みではありますが、現在使われているハードウェアで使うには機能面、性能面から問題が出てきています。そこで、 sysvinit の後継の仕組みとして、 upstart 以外にも複数のブートプロセスの仕組みが開発されています。しかし、 Ubuntu 以外にも Fedora 、また Google の Chrome OS, Chromium OS でも upstart が採用されています。 Debian でも Squeeze から採用される予定ということもあり、 sysvinit の後継は upstart に落ち着く可能性が高いのではないでしょうか。

6.1.2 そもそも init って何よ？

upstart の話をする前に、 init って何？という人向けにまず説明しましょう。 init は今更説明しなくても知っとるがな、という読者は、先に読み進めてください。

init は Unix/Linux システムにおいて、カーネルがブートした後、ユーザプログラムが起動するための仕組みです。例えば、あなたの使っているノート PC やサーバに入っている Debian システムでもこの仕組みが必ず入っています。マシンに電源を入れてから、ログイン画面が表示されるまでの流れは大まかには次のようになります。

図 2:

ブートの流れ

init プロセスが起動すると、 init は /etc/inittab の内容に従って、プロセスのを生成や停止を行います。 inittab の書式は次のようになります。

id:runlevels:action:process

プロセスの生成に関わる部分には以下のようなものがあります。

si::sysinit:/etc/init.d/rcS

l1:1:wait:/etc/init.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/init.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/init.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/init.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/init.d/rc 5

一行目にランレベルの指定が無いのは、 action に sysinit が指定されているためです。これはステムブート中に実行され、他のブート用の action よりも優先して実行されます。 /etc/init.d/rcS では

exec /etc/init.d/rc S

だけが実行されます。これは /etc/init.d/rc でのブート用の変数を設定します。この後、上記の rc スクリプトに対し、起動時に指定するランレベルを引数として実行されますが、 Debian でのデフォルトは、ランレベル 2 で起動されます。

id:2:initdefault:

なので、実際には下記が実行されます。

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

これにより /etc/rc2.d 以下のファイル名が SNN で始まるスクリプトが NN の二桁の数字の部分が” 昇順となるように一つずつ実行” されます。これが起動が遅くなる原因の一つにもなっています。ただし、同じレベルのスクリプトは並行して実行されるようにはなっています。

# Now run the START scripts for this runlevel.
# Run all scripts with the same level in parallel
CURLEVEL=""
for s in /etc/rc$runlevel.d/S*
do
        # Extract order value from symlink
        level=${s#/etc/rc$runlevel.d/S}
        level=${level%%[a-zA-Z]*}
        if [ "$level" = "$CURLEVEL" ]
        then
                continue
        fi
        CURLEVEL=$level
        SCRIPTS=""
        for i in /etc/rc$runlevel.d/S$level*
        do
                [ ! -f $i ] && continue

                suffix=${i#/etc/rc$runlevel.d/S[0-9][0-9]}
                if [ "$previous" != N ]
                then
                        #
                        # Find start script in previous runlevel and
                        # stop script in this runlevel.
                        #
                        stop=/etc/rc$runlevel.d/K[0-9][0-9]$suffix
                        previous_start=/etc/rc$previous.d/S[0-9][0-9]$suffix
                        #
                        # If there is a start script in the previous level
                        # and _no_ stop script in this level, we don’t
                        # have to re-start the service.
                        #
                        if [ start = "$ACTION" ] ; then
                                [ -f $previous_start ] && [ ! -f $stop ] && continue
                        else
                                # Workaround for the special
                                # handling of runlevels 0 and 6.
                                previous_stop=/etc/rc$previous.d/K[0-9][0-9]$suffix
                                #
                                # If there is a stop script in the previous level
                                # and _no_ start script there, we don’t
                                # have to re-stop the service.
                                #
                                [ -f $previous_stop ] && [ ! -f $previous_start ] && continue
                        fi

                fi
                SCRIPTS="$SCRIPTS $i"
                if is_splash_stop_scripts "$suffix" ; then
                        $debug splash_stop || true
                fi
        done
        startup $ACTION $SCRIPTS
done

起動スクリプトの起動以外には、ランレベル 2 から 5 または、 2 か 3 の時にはコンソールから getty が実行されます。 action が respawn となっていますが、これは getty プログラムが終了したら、 init が再起動させるための指示です。あるユーザがコンソールからログインしたセッションを、ログアウトすると getty は終了しますが、 init により再びログイン画面で待ち受けることができる、というわけです。

1:2345:respawn:/sbin/getty 38400 tty1
2:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty2
3:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty3
4:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty4
5:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty5
6:23:respawn:/sbin/getty 38400 tty6

init の他の役割としては、システム停止時のプロセスの停止にも関わっています。

6.2 upstart とは

それでは、 init についての予備知識を得たところで、本題の upstart に入りましょう。 README にも記述されている upstart の主な特徴は次の 6 つです。

イベントドリブンでタスクやサービスを起動・停止する。
タスクやサービスが起動・停止することでイベントが発生する。
イベントはシステム上の他のプロセスから受け取ることができる。
サービスが予期せず突然終了しても再起動することができる。
デーモンの監視と再起動は親プロセスから分離できる。
D-Bus を通じて init デーモンと通信できる。

sysvinit とは異なり、イベントドリブンで非同期にタスクやサービスが起動される点が一番大きな違いでしょう。ただし、現在、 Squeeze/Sid で採用されている upstart は、 sysvinit の互換モードのものです。 upstart の最終目標は、イベントドリブンのブートプロセスに完全に移行することですが、互換モードでは、 sysvinit の動作を模倣しています。 ^*12

ma upstart の状態遷移は次の図のようになります。 ^*13

図 3:	upstart 状態遷移

6.2.1 sysvinit と変わらない点

Debian の upstart は、前述のとおり、 Debian システムの起動・停止という重要な部分の置き換えを行うため互換モードのものが採用されています、下記は sysvinit と仕様上の変更がない部分です。なお、この 6.2.1と次の 6.2.2は upstart パッケージの README.Debian.gz に記載されている FAQ をまとめ直したものです。

initscript がインストールされる場所。パスは /etc/init.d/
起動・停止用の initscript 。 /etc/init.d/以下から /etc/rc?.d/ 以下に symlink が張られています。
起動・停止用 initscript の順序。 SNNname, KNNname として symlink を張る。 NN は 00 から 99。 K スクリプトが最初に序数順に実行され、 S スクリプトがそのあと実行されます。
現在および一つ前のランレベルを確認する方法。 runlevel コマンドを使います。
ランレベルの変更方法。 telinit コマンドか init コマンドを実行します。
デフォルトのランレベルの変更方法。 /etc/inittab ファイルのid:N:initdefault:の N を書き換えます。
シャットダウンの方法。 upstart パッケージで提供される、 shutdownコマンドや reboot, halt, poweroffといったショートカットを使います。コンソールで Control-Alt-Delete を押してリブート出来る点も。
シングルユーザモードにする方法。 GRUB から (recoveryode) オプションを選択か、カーネルのコマンドラインで、 -s, S, singleなどの引数を指定する。稼働中のマシンでは、 telinit 1 か shutdown nowコマンドを実行します。

6.2.2 sysvinit と違う点

互換モードでも全てが sysvinit と動作が同じというわけではなく、 upstart の固有の部分もあります。主に getty 関連の設定が変わる点が大きな違いです。

Control-Alt-Delete による挙動の変更方法。 /etc/init/control-alt-delete.conf の exec で始まる行を変更します。キーを押しても何も実行されないようにするには、ファイルを消すだけです。

(snip)
start on control-alt-delete

task
exec shutdown -r now "Control-Alt-Delete pressed"

getty を常駐させる数を減らす方法。 /etc/init/ttyN.conf というファイルを変更します^*14 。必要なければファイルを削除します。

# tty1 - getty
#
# This service maintains a getty on tty1 from the point the system is
# started until it is shut down again.

description "Start getty on tty1"
author "Scott James Remnant <scott@netsplit.com>"

start on stopped rc RUNLEVEL=[2345]
stop on runlevel [!2345]

respawn
exec /sbin/getty 38400 tty1

getty の設定変更の反映方法。ファイルを変更したり削除してもすぐには反映されません。停止は stop ttyNコマンドを、起動はstar ttyNコマンドを実行します。
getty のパラメータの変更方法。 /etc/init/ttyN.conf の respawn で始まる行を変更します。
getty を実行するランレベルのを変更方法。 /etc/init/ttyN.conf の次の 2 行を変更します。 stop の! は否定で、 start と stop の設定は、 !以外は基本同じにします。
getty の数を増やす方法。 /etc/init/ttyN.conf を、 ttyS0 などの名前でコピーします。 respawn の行に必要な設定をを記述します。
シリアルコンソールを追加する場合は、上記の”getty の数を増やす方法” と同じです。
upstart が動かない場合のデバッグ方法。カーネルコマンドラインに--debugオプションをつけ、 quiet とsplash オプションがある場合はそれらを削除します。 upstart が実行されるとデバッグメッセージが出力されます。 ^*15。
upstart が動かない場合のシステム復旧手順
1. カーネルコマンドラインから、 quiteとsplashがあればを削除し、 init=/bin/bashを引数で渡し起動すると、 root shell が起動されます。
2. /etc/init.d/rcS を実行して、ハードウェアやネットワークの基本設定を行います。
3. upstart がちゃんとインストールされているか確認します。 /etc/init ディレクトリに全てのファイルがインストールされているかチェックし、正常にインストールされてない場合は upstart パッケージを再インストールします。
4. /etc/init にファイルが今度はちゃんとあるか確認します。
5. syncとreboot -fコマンドを実行し、マシンを再起動します。

upstart ジョブリストをクエリする方法。 initctl list コマンドでジョブとステータスを表示します。

$ sudo initctl list
tty4 start/running, process 25474
rc stop/waiting
tty5 start/running, process 25478
control-alt-delete stop/waiting
rcS stop/waiting
rc-sysinit stop/waiting
dbus-reconnect stop/waiting
tty2 start/running, process 25473
tty3 start/running, process 25475
tty1 start/running, process 25477
tty6 start/running, process 25476

ジョブの起動・停止方法。 start JOB, stop JOB コマンドを実行します。
ジョブのステータス表示方法。 status JOBコマンド。
$ sudo status tty1
tty1 start/running, process 25477
手動でイベントを発行する方法。 initctl emit EVENTコマンドで名前付きイベントを発行し、待機中のジョブが状況に応じて起動 or 停止します。

6.3 upstart への切り替え

それでは、早速 sysvinit から upstart へ切り替えてみましょう。 Squeeze/Sid と Lenny との場合を見てみます。

6.3.1 Squeeze/Sid での場合

Squeeze/Sid での upstart への切り替えには、 upstart パッケージをインストールします。通常のパッケージのインストールとは異なり、続行する場合は、 Yes, do as I say と入力しなさい、というメッセージが表示されます。これは入れ替えは非常にリスクが高いためです。

$ sudo apt-get install upstart
パッケージリストを読み込んでいます... 完了
依存関係ツリーを作成しています
状態情報を読み取っています... 完了
以下の特別パッケージがインストールされます :
  dbus libdbus-1-3 libexpat1
提案パッケージ:
  dbus-x11
以下のパッケージは「削除」されます:
  sysvinit
以下のパッケージが新たにインストールされます:
  dbus libdbus-1-3 libexpat1 upstart
警告: 以下の不可欠パッケージが削除されます。
何をしようとしているか本当にわかっていない場合は、実行してはいけません !
  sysvinit
アップグレード: 0 個、新規インストール: 4 個、削除: 1 個、保留: 9 個。
1,005kB のアーカイブを取得する必要があります。
この操作後に追加で 2,105kB のディスク容量が消費されます。
重大な問題を引き起こす可能性のあることをしようとしています。
続行するには、 ’Yes, do as I say!’ というフレーズをタイプしてください。
?] Yes, do as I say!

lxc の環境で試してみましたが、 getty がうまく動かず、起動しては突然死して、再起動されて、また突然死、というのを繰り返してしまうので、コンソールからのログインは出来ない状態です。 ^*16

$ sudo lxc-start -n bootsid
cat: /proc/cmdline: No such file or directory
Setting the system clock.
Cannot access the Hardware Clock via any known method.
Use the --debug option to see the details of our search for an access method.
Unable to set System Clock to: Tue Feb 9 14:16:26 UTC 2010 ... (warning).
Activating swap...done.
mount: you must specify the filesystem type
Cannot check root file system because it is not mounted read-only. ... failed!
Setting the system clock.
Cannot access the Hardware Clock via any known method.
Use the --debug option to see the details of our search for an access method.
Unable to set System Clock to: Tue Feb 9 14:16:27 UTC 2010 ... (warning).
Cleaning up ifupdown....
Checking file systems...fsck from util-linux-ng 2.16.2
done.
Setting up networking....
Mounting local filesystems...done.
Activating swapfile swap...done.
Cleaning up temporary files....
Configuring network interfaces...done.
Setting kernel variables ...done.
Cleaning up temporary files....
Starting system message bus: dbus.
Starting OpenBSD Secure Shell server: sshd.
init: tty4 main process (239) terminated with status 1
init: tty4 main process ended, respawning
init: tty5 main process (241) terminated with status 1
init: tty5 main process ended, respawning
init: tty2 main process (242) terminated with status 1
init: tty2 main process ended, respawning
init: tty3 main process (244) terminated with status 1
init: tty3 main process ended, respawning
init: tty6 main process (245) terminated with status 1
init: tty6 main process ended, respawning
init: tty1 main process (306) terminated with status 1
init: tty1 main process ended, respawning
init: tty4 main process (307) terminated with status 1
init: tty4 main process ended, respawning
(snip)

ただし、 ssh 経由のターミナルログインは問題なくできました。

$ ssh bootsid
Enter passphrase for key ’/home/user/.ssh/id_rsa’:
Linux bootsid 2.6.32 #1 SMP Mon Dec 7 05:27:50 UTC 2009 x86_64

The programs included with the Debian GNU/Linux system are free software;
the exact distribution terms for each program are described in the
individual files in /usr/share/doc/*/copyright.

Debian GNU/Linux comes with ABSOLUTELY NO WARRANTY, to the extent
permitted by applicable law.
Last login: Tue Feb 9 14:18:38 2010 from 192.168.189.114
user@bootsid:~$

/etc/inittab の getty のエントリが残っているので不具合が起きているのか？とも思いましたが、それは原因ではありませんでした。コンソールからログイン出来ないことを除けば一応使えるようです。 KVM/QEMU などの環境で検証しなおしてみた方が良さそうです。

6.3.2 Lenny での場合

Squeeze/Sid でもうまく行っていない状況ですので、 Squeeze が stable としてリリースされるときに、検討しましょう^*17 。あるいは、 Sid にアップグレードすることを検討しても良いでしょう。

6.3.3 まとめ

現時点では、問題も抱えているようで、すんなり問題なく使うのは困難ではありますが、実際に切り替わった際にはオペレーション上も多少変更があります。 Ubuntu 9.10 で採用されているネイティブモードでは更にオペレーションも変わるようですので、今回はじめて upstart を知ったという方は、今回をきっかけにぜひ早めに使い方や仕組みを予習しておくと良いでしょう。

第 61 回東京エリア Debian 勉強会 2010 年 2 月
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