[Linux] 부트 프로세스: system target, boot loader

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📌INDEX

리눅스 부트 프로세스
system target
root 비밀번호 변경하기
부트 로더(boot loader)

✔️ 리눅스 부트 프로세스

1. 시스템 전원 ON(power on)

모든 운영체제를 부팅하기 위한 첫 단계

2. BIOS 프로그램의 실행

POST(power on self test) : 부팅이 시작되면 컴퓨터는 가장 먼저 자체진단 기능을 통하여 컴퓨터 이상 유무를 검사
- 컴퓨터에 전원이 들어오면 먼저 전류는 CPU로 흘러 들어가게 되며, CPU는 BIOS 프로그램을 불러들이게 됨
- BIOS 프로그램은 CPU를 시작으로 CMOS를 검사하고, 메모리 테스트 후 용량을 확인
- 그래픽 카드, 키보드, 마우스 등 각종 장치의 이상 유무를 검사하여 초기화

3. 부트 매체의 검색(부트 섹터 로드)

POST 과정에서 하드웨어 검사가 무사히 완료되면 검색된 부팅 매체(HDD, ODD, USB, 네트워크 등) 중 CMOS에 설정되어 있는 순서대로 부팅시도
MBR(Master Boot Record)에 존재하는 부트로더(Boot Loader)인 GRUB를 읽어들이게 되며, 부트로더가 메모리에 적재되고 시스템의 제어권을 부트로더가 갖게됨
- GRUB2를 이용하여 부트로더 올림

4. 부트로더의 실행

부트 로더는 Kernel을 메모리에 올려놓게 됨
부트 로더는 Kernel 이미지를 불러들이고 시스템의 제어권을 넘겨옴
부트로더 설정파일: /boot/grub2/grub.cfg
커널 위치 : /boot

5. 커널 부트 이미지 적재

GRUB의 부트 메뉴에서 Kernel을 선택하게 되면, Kernel 이미지가 동작
Kernel 이미지는 압축되어 있기 때문에 PID 0번인 swapper 프로세스를 호출
swapper 프로세스는 Kernel 이미지를 압축해제하고 Kernel이 사용할 각 장치들 (메모리, HDD, 시리얼 장치, 마우스 등 하드웨어)을 초기화하고 자세한 정보를 콘솔에 출력

6. 루트 파일 시스템 마운트

하드웨어의 컴색 후 커널은 루트 (/) 파일 시스템을 마운트
- 일반적인 루트(/)가 아닌 테스트용 임시 루트 (/sysroot) 사용
마운트는 안전하게 점검될 수 있도록 읽기 전용(read-only)으로 마운트
이후에 읽기/쓰기로 마운트가 이루어짐

7. systemd 프로세스 실행

모든 프로세스의 부모 역할을 하는 PID 1번인 systemd 프로세스를 실행
systemd 프로세스는 사용자가 시스템을 사용할 수 있도록 시스템 초기화 진행
systemd 프로세는 기본 시스템 초기화 스크립트인 local-fs.target을 통해 파일 시스템 점검
- tartget: 부팅할 때 사용되는 유닛
이후 sysinit.target을 시작으로 필요한 스크립트를 통해서 커널 모듈의 메모리 적재, 스왑 파티션 초기화, 네트워크 초기화, 서비스 프로세스 관리, 가상 콘솔 접속 관리, 실행 레벨 관리를 실행

✔️ system target

런레벨(run level)이란, init 명령 뒤에 붙는 숫자로, 리눅스는 시스템이 가동되는 방법을 7가지 런레벨로 나눌 수 있다.
리눅스 버전이 업그레이드 되면서, init은 systemd로 런레벨(runlevel)은 target으로 변경되었다
systemd는 default.target을 실행시킨다
- default.tartget은 graphical.target 혹은 multi-user.target 중 하나로 설정되어있음
runlevel1 (single mode) => rescue.target
runlevel2,3,4 => multiuser.target
runlevel5 => graphical.target

[root@localhost ~]# ls -l /lib/systemd/system/runlevel?.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 15  2월 21 14:52 /lib/systemd/system/runlevel0.target -> poweroff.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13  2월 21 14:52 /lib/systemd/system/runlevel1.target -> rescue.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17  2월 21 14:52 /lib/systemd/system/runlevel2.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17  2월 21 14:52 /lib/systemd/system/runlevel3.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 17  2월 21 14:52 /lib/systemd/system/runlevel4.target -> multi-user.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 16  2월 21 14:52 /lib/systemd/system/runlevel5.target -> graphical.target
lrwxrwxrwx. 1 root root 13  2월 21 14:52 /lib/systemd/system/runlevel6.target -> reboot.target

target 종류
- graphical.target : GUI 그래픽 기반 사용 환경
- multi-user.target : CLI 텍스트 기반 사용 환경
- basic.target : SELINUX, 네트워크 환경
- sysinit.target : 마운트 한정화
- local-fs.target : /etc/fstab에 등록된 마운트 작업
- rescue.target : solugin 프롬프트, 기본 시스템 초기화 완료
  - 싱글(single)모드, /root 비밀번호 필요, 네트워크 불가, /가 read/write 읽기쓰기 모드
- emergency.target : sulogin 프롬프트, initramfs 피벗 완료 및 시스템 루트 마운트/읽기 전용
  - 싱글(single)모드, /root 비밀번호 불필요, 네트워크 불가, /(sysroot)가 read-only 읽기전용 모드
각각의 target은 종속성 설정으로 연관되어있다
- systemd는 default.target(graphical/multi-user)을 실행시킨다
- graphical.target이 실행되기 전에 multi-user.target이 실행되어야한다
- multi-user.target이 실행되기 전에 basic.target이 실행되어야한다
- basic.target이 실행되기 전에 sysinit.target이 실행되어야한다
- sysinit.target이 실행되기 전에 local-fs.target이 실행되어야한다

/etc/fstab 마운트 설정 조건 4가지
- 4가지 조건 중 하나라도 만족하지 않으면 rescue.target으로 부팅됨
- 조건 4가지
  - 존재하는 장치
  - 존재하는 마운트 포인트
  - 올바른 파일 시스템명
  - 올바른 옵션

🔹 target 목록 출력하기

list-units --type target 사용
기본적으로 활성화된 타겟만 출력
- 모든 타겟을 출력하려면 --all 옵션 추가

[root@localhost ~]# systemctl list-units --type target
UNIT                   LOAD   ACTIVE SUB    DESCRIPTION
basic.target           loaded active active Basic System
cryptsetup.target      loaded active active Local Encrypted Volumes
getty-pre.target       loaded active active Login Prompts (Pre)
getty.target           loaded active active Login Prompts
local-fs-pre.target    loaded active active Local File Systems (Pre)
local-fs.target        loaded active active Local File Systems
multi-user.target      loaded active active Multi-User System
network-online.target  loaded active active Network is Online
network-pre.target     loaded active active Network (Pre)
network.target         loaded active active Network
nfs-client.target      loaded active active NFS client services
nss-user-lookup.target loaded active active User and Group Name Lookups
paths.target           loaded active active Paths
remote-fs-pre.target   loaded active active Remote File Systems (Pre)
remote-fs.target       loaded active active Remote File Systems
rpc_pipefs.target      loaded active active rpc_pipefs.target
slices.target          loaded active active Slices
sockets.target         loaded active active Sockets
swap.target            loaded active active Swap
sysinit.target         loaded active active System Initialization
timers.target          loaded active active Timers

LOAD   = Reflects whether the unit definition was properly loaded.
ACTIVE = The high-level unit activation state, i.e. generalization of SUB.
SUB    = The low-level unit activation state, values depend on unit type.

🔹 default target 확인

systemctl get-default

[root@localhost ~]# systemctl get-default
multi-user.target

🔹 default target 설정

systemctl set-default [mult-user/graphical.target]
set-default로 수정하면 재부팅 시에 반영

[root@localhost ~]# systemctl set-default graphical.target
Removed symlink /etc/systemd/system/default.target.
Created symlink from /etc/systemd/system/default.target to /usr/lib/systemd/system/graphical.target.

🔹 target 전환

설치되어있다는 전제하에, 재부팅 없이 모드만 전환(현재 세션에 즉시 반영)
systemctl isolate [mult-user/graphical.target]

[root@localhost ~]# systemctl isolate multi-user.target
[root@localhost ~]# systemctl isolate graphical.target

✔️ root 비밀번호 변경하기

root의 비밀번호를 변경하기 위해서는 아래의 절차를 따라야한다

1. 커널선택 화면에서 아무키를 눌러 카운트 해제

2. 원하는 커널에서 'e' 키를 눌러서 grub 진입

3. linux16 라인 끝에 rd.break 입력 후 ctrl + x

ctrl + x 누르면 프롬프트 창이 나옴

4. mount -o rw,remount /sysroot 입력

5. chroot /sysroot 입력

시스템에 들어간다(shell)

6. passwd

패스워드 변경

7. touch /.autorelabel

/sysroot에 생긴 변화를 메모리에 초기화하기 전에 본 시스템에 인식시키기 위한 파일
/.autorelabel 파일을 생성하지 않으면
- 최선 : 비밀번호 변경 실패
- 최악 : 아예 부팅 불가능

8. ctrl+d 2번

다시 root로 로그인해보면 비밀번호가 정상적으로 변경된 것을 확인할 수 있다

✔️ 부트 로더(Boot Loader)

부트로더(Boot Loader)란 부팅 이전에 먼저 실행되는 프로그램
커널이 올바르게 부팅되기 위해 필요한 모든 관련 작업을 마무리하고 최종적으로 운영체제를 부팅 시키기 위한 목적을 가짐
GRUB
- 파일 시스템과 커널 실행 포맷을 인식하여, 하드디스크 상에서의 커널의 물리적인 위치를 기록하지 않고도 커널의 파일명과 커널이 위치하고 있는 파티의 위치만을 알고있으면 시스템 부팅이 가능
- #cat /boot/grub2/grub.cfg
- #cat /etc/default/grub
- #grub2-deitenv list : 현재 사용하는 커널 확인

🔹 부트로더 커널 이미지 시간

부트로더 커널 이미지 시간이란, 처음 화면이 나오고 자동으로 부팅되는 시간이다
- 초 단위로 설정한다
- -1로 설정하면 사용자가 엔트리(커널)를 선택할 때까지 대기
/etc/default/grub에서 확인할 수 있다
- GRUB_TIMEOUT 속성이 커널 이미지 시간이다
vi 에디터를 통해 GRUB_TIMEOUT을 변경함으로써, 부트로더 커널 이미지 시간을 변경할 수 있다

[root@localhost ~]# vi /etc/default/grub

GRUB_TIMEOUT=5
GRUB_DISTRIBUTOR="$(sed 's, release .*$,,g' /etc/system-release)"
GRUB_DEFAULT=saved
GRUB_DISABLE_SUBMENU=true
GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"
GRUB_CMDLINE_LINUX="rhgb quiet"
GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"

...

"/etc/default/grub" 7L, 218C

🔹 부트로더 ID 및 PW 설정

/etc/grub.d/00_header 설정을 통해 부트로드의 ID 및 PW를 설정·변경할 수 있다.
아래의 절차를 따르면 부트로더의 ID 및 PW를 설정할 수 있다.
부트로더의 ID,PW를 설정하면, 커널 편집모드(e)로 들어갈 때, 아이디와 비밀번호를 입력해야한다.

vi에디터로 /etc/grub.d/00_header 파일 변경
G를 눌러 제일 마지막 부분으로 이동
'i' 를 눌러 편집모드로 변환한 뒤, 해당 부분(아래 사진 참고)을 작성
':wq' 를 통해 저장 후 나온다

🔹 설정 내용 부트로더 인식

앞서 설명한 '부트로더 커널 이미지 시간' '부트로드 ID 및 PW' 등의 부트로더 설정을 변경한 후에는 시스템에 적용시키기 위해서는 아래의 명령어 입력 후 재부팅(reboot) 해야한다
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

[root@localhost ~]# grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
Generating grub configuration file ...
Found linux image: /boot/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86_64
Found initrd image: /boot/initramfs-3.10.0-862.el7.x86_64.img
Found linux image: /boot/vmlinuz-0-rescue-bb9afee5d305ab46b7f34ffc7d08f145
Found initrd image: /boot/initramfs-0-rescue-bb9afee5d305ab46b7f34ffc7d08f145.img
done
[root@localhost ~]# reboot
Connection to 192.168.56.101 closed by remote host.
Connection to 192.168.56.101 closed.