基本的なハードウェア

CPUやメモリ、ストレージなどのハードウェア情報を確認したり、設定したり、問題発生時の調査のためのコマンドやオプションがいくつか用意されている。

デバイスファイル

デバイスを表すファイルのこと。デバイスファイルは/devディレクトリ以下に配置される。これらのデバイスファイルは、udevという仕組みによって自動的に作成される

Linuxカーネルが認識しているデバイスに関する情報の一部は、/procディレクトリ以下のファイルで確認できる。これらはファイルとして実体がない仮想的なファイルで、一部のファイルはテキストファイルとして閲覧可能

udev(Userspace Device management)

ホットプラグデバイスを接続した際、/devディレクトリ以下のデバイスファイルを自動的に作成する。デバイスが接続されるとカーネルがそれを検知し、/sysディレクトリ以下にD-Bus（Desktop Bus:デバイス情報)を作成する。
設定情報ファイルは/etc/udev/rules.dに配置される

lspciコマンド

PCIバスに接続されているデバイスを一覧表示するコマンド。オプションを使えばIRQ情報やバススピード、ベンダーIDなど、デバイスに関するさまざまな情報を取得できる。

D-Bus(Desktop Bus)

プログラム同士が情報を伝達するプロセス間通信機構の一つ。Linuxではdbus-daemonなどがプロセス間通信の中継を行う。
新しいデバイスの認識情報を他のアプリケーションに伝達し、そのアプリケーションが新しいデバイスをすぐに使えるようになるなどのシステム管理上の利便性も向上する。

USB(Universal Serial Bus)デバイス

周辺機器を接続するために広く普及している規格。USBにはいくつかのバージョンがあり、最大データ転送速度などが異なる。クラスドライブ（Linuxに最初から搭載されている汎用のドライブ）で対応できるため、専用のデバイスドライブをインストールする必要はない

• 最大127台まで接続可能
• 同一のコネクタで接続可能
• 電源を入れたままの接続・取り外し対応（ホットプラグ）
• USBポートから電源供給可能

lsusbコマンド

接続されているUSBデバイスの情報を一覧表示するコマンド。
/proc/bus/usb/devicesには接続されたUSBデバイスの情報が格納されている。

デバイスドライバ

デバイスを利用するために必要な制御プログラムのこと。コンピューター内のストレージに保存される。Linuxではカーネルモジュールとして提供されていて、カーネルに取り込むことを「ロードする」という。

lsmodコマンド

modは「module」の意味で、ロードされているカーネルモジュールを一覧表示するコマンド。/proc/modulesファイルの内容が読み込まれて表示される。

modprobeコマンド

書式：modprobe [オプション] モジュール名
probeは「調査」を意味し、カーネルモジュールを手動でロード・アンロードするコマンド。
blasklist（ブラックリスト）を設定することにより、「ロードすると問題が発生するモジュールや不要なモジュールを、システム起動時にロードしない」ようにできる。
その際は、modprobeの設定ファイルであるetc/modprobe.d/ディレクトリ配下の.confの拡張子を持つファイルでblacklistを指定する

システム起動までの流れ

ブートシーケンス

システムを立ち上げる処理を「boot」と呼び、電源を入れてからログイン画面あるいはログインプロンプトが表示されるまでに、カーネルの初期設定、ファイルシステムのマウント、システムの様々な管理をするプログラム(デーモン)の起動、ネットワークの設定など、OSが起動するために必要なすべての設定までの一連の流れのこと。

1.BIOS(Basic Input/Output System)/UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）が起動する

ハードディスクの先頭領域に書き込まれたブートローダをメモリに読み込み起動させる。

BIOSとは「基本入出力システム」のことで、コンピューター内のハードウェアを制御するNVRAM(Non Volatile RAM:不揮発性メモリ)に格納された最も基本的なプログラムのこと。マザーボード上のROM(Read only memory：読み出し専用メモリ)に書き込まれている。電源を入れて最初に起動され、コンピューターに接続されているハードウェアをチェックした後使用できる状態に準備する。
そして、ストレージ上からブートローダーを読みだした後ブートローダーに制御を移していく。

UEFIはファームウェアとOSの間の通信仕様を定めた規格の1つで、現在ではBIOSの後継として普及している。

2.ブートローダー(Bootloader)が起動する

ブートローダーとはOSを起動するためのプログラムで、OS本体であるカーネルをストレージ上からメモリ上に読み込む役割を持つ。
ブートローダーはHDDの最初のセクタ(512バイト)にあるMBR(マスターブートレコード)に格納されている。以下のように使用する領域が決まっている

• ブートストラップローダ(446バイト)
• 第1パーティション情報(16バイト)
• 第2パーティション情報(16バイト)
• 第3パーティション情報(16バイト)
• 第4パーティション情報(16バイト)
• ブートシグニチャ(2バイト)

GRUB（Grand Unified Bootloader）

書式：grub> linux カーネルイメージ [オプション]
一般的に利用されているブートローダー。多数のファイルシステムを認識し、シェル機能を搭載しコマンドによる高度な管理が可能。
通常はデフォルトでインストールされている。うまくインストールができなかった場合、以下のコマンドを使用しインストール先を指定する。

起動時にカーネルに渡された引数を確認するには/proc/cmdlineファイルで確認できる。

grub-install /dev/sda

GRUB Legacy(GRUB1)

バージョン0.9系のGRUBバージョン。設定ファイルは「/boot/grub/menu.lst」、ディストリビューションによっては「/boot/grub/grub.conf」になる。

下記コマンドで起動するカーネルイメージと起動オプションを指定することが出来る

#/boot/grub/menu.lstにおいてシステム起動時のカーネルイメージ「/boot/vmlinuz-2.6.35 」と起動オプションを指定
# kernel /boot/vmlinuz-2.6.35 root=/dev/hda1

ルートパーティションを指定するには、「root (hdディスク番号,パーティション番号)」と指定し、その際番号はどちらも0から数える

• root (hd0,0)：1番目のディスクの1番目のパーティション
• root (hd0,1)：1番目のディスクの2番目のパーティション
• root (hd1,1)：2番目のディスクの2番目のパーティション

GRUB2

バージョン1.9系のGRUBバージョン。設定ファイルは「/boot/grub/grub.cfg」だが、このファイルを直接編集することはない。「/etc/default/grub」ファイルおよび「/etc/grub.d」ディレクトリ内のファイルに記述し、以下コマンドで設定内容をファイルに反映させる

パーティションを指定する際は、「(hdディスク番号,パーティション番号)」のように指定する。ディスク番号は0から、パーティション番号は1から数える。

• menuentry:各項目の名前としてメニューに表示するエントリ名
• insmod:ロードするモジュールの名前を指定する項目
• set:設定項目を指定するキーワード

grub-mkconfigコマンド

設定ファイルgrub.cfgを生成するコマンド。引数なしで実行すると設定ファイルの内容を標準出力に出力する。

## Debian系の場合2つのうちどちらか
update-grub
grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg

## Red Hat系の場合
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

• オプション設定
  ブートローダー起動時に、システムの動作をしているするための様々なオプションを指定することが出来る。起動時の画面でＥキーを押すと画面が表示される

3.カーネルが起動する

initramfs(初期RAMディスク)という圧縮アーカイブファイルを展開し、ファイルシステムへアクセスするために必要なドライバやスクリプトを使用してルートファイルシステムをマウントする。
initまたはsystemdプロセスを生成する（OS起動の仕組みにSysVinitを採用している場合はinitプロセス、systemdの場合はsystemdプロセス）

• ファイルシステムへアクセスするのに必要なドライバやスクリプトが含まれている
• /bootディレクトリに格納される
• カーネルのバージョンごとに内容が異なる

SysVinit(SystemV Init)

OS起動の仕組みの1つで、SystemV(システムファイブ)と呼ばれるUNIXの仕組みに基づいている。
あらかじめ決められた順にサービスが起動していくため、あるサービスの起動に手間取るとそれ以後に起動するサービスが待たされてしまい、最終的な起動完了まで時間がかかってしまう。

• initプロセス
  SystemVinitにおいてシステムで最初に実行されるプロセスのこと。最初に実行されるプロセスなのでPIDは１となり、実行されるプログラムは/sbin/initになる。

• /etc/inittabファイル
  デフォルトのランレベルやinitが起動するプログラムが記述されており、initが設定に従ってシステムに必要なサービスを順次起動していく。最終行の数字を変更することでデフォルト設定を変更することが出来る
  「ctrl+alt+del」キーを押すとシステムの動作を設定することができる

/etc/inittabの記述に基づいて、自動起動するべきプロセスを立ちあげるなど、アプリケーションレベルの初期化を行う。

id:5:initdefault:

スクリプトのファイル名は次の規則で命名される

• 1文字目:S(Start,サービスを起動)、K(Kill,サービスを停止)
• 数字:実行優先順位、若番のものが先に実行される
• サービス名：任意の名前を付ける

# init q
# init Q
# telinit q
# telinit Q

runlevelコマンド

左側に1つ前のランレベル、右側に現在のランレベルを表示する。ランレベルと呼ばれる動作モードごとに、どのサービスを起動するかしないかを決めることができる。一般的なランレベルは以下の通りとなる。

/etc/rc0.d～/etc/rc6.dディレクトリに各ランレベルごとに起動するスクリプトファイルが格納されている。
rc＝run commandの略で、d＝daemon(メモリ上に常駐しているサービスを提供するプロセス)の略

通常、ランレベルは3または5を使用する。2と3はCUIで、5はGUIでシステムを使用する。

initコマンド

書式：init ランレベルの数字
ランレベルを変更することができる。ランレベルが切り替わるとユーザー名とパスワード名を求められる。

wallコマンド

書式：wall 'メッセージ文'
ログイン中のユーザー(自分自身も含めて)に一斉にメッセージを送るコマンド

$ wall 'This system is going into maintenance mode, please log out!'

Broadcast message from taro@localhost.localdomain (pts/0) (Wed Nov 30 22:05:44 2022):

This system is going into maintenance mode, please log out!

Upstart

SysVinitを改善した新しいinitの仕組み。サービスの依存関係を適切に設定し、並列で起動することで短時間でシステムを起動したりすることが出来るようになった

• サービスやタスクを「ジョブ」という単位で扱う

• イベント駆動型
  前提条件がすべて成立した時点でジョブを実行する。SysVinitの順次起動と異なり不要な待機時間が無くなる

• サービスの並列起動処理が可能
  各ジョブの実行が並列に行われるため、関連のない独立したサービスは同時に起動させることができる

起動スクリプト

SysVinitでは各種サービスの起動には、/etc/init.dディレクトリ以下に用意されているスクリプトが使われる。ランレベルが異なれば起動するサービスも異なる。
起動スクリプトは、システムサービスや各種サーバを起動・再起動・終了したりする場合に利用する

#httpdを起動する場合
# /etc/init.d/httpd start

#httpdを終了する場合
# /etc/init.d/httpd stop

ACPI（Advanced Configuration and Power Interface）

コンピュータの電源管理や構成に関する規格のこと。OS上でシャットダウンや再起動などを行う際の命令は、ACPIイベントとして通知される。
acpidデーモンはACPIイベントを監視し、イベントに対応する処理を実行する。

• Power/Sleep/Suspend ボタンなど、特殊なキーを押す
• ノートパソコンのフタを閉じる
• ノートパソコンに AC 電源アダプタを接続 (切断) する
• イヤフォンジャックを接続 (切断) する

4.initまたはsystemdプロセスを実行する

systemdとは？

SysVnitに代わって導入されたOS起動の仕組みであり現在の主流。複数のデーモンプロセス（常駐プロセス）が連携して動作する。
今まではサービスを1つずつ順番に起動しなければならなかったが、必要なサービスを必要なタイミングで起動できるようになった。また、並列起動を行うことができシステムの起動時間が短いという特徴がある。

• 扱う処理をUnitという単位で管理する
• サービスの並列起動によって高速なシステム起動や停止が行える
• cgroupsでプロセスのリソースを管理する

systemdの起動処理

システムの起動処理をUnit(ターゲット)と呼ばれる単位に分けて管理をし、まず/etc/systemd/system/default.targetというUnitを起動する。

サーバとして動作させる場合はランレベル3を指定するので、runlevel3.target,multi-user.targetとなる

• graphical.target
  グラフィカルログイン（従来のランレベル5）で起動するサービスをまとめたUnit。グラフィカルログインをデフォルト環境にするには
  /lib/systemd/system/graphical.targetへのシンボリックリンクdefault.targetを作成する。

systemctlコマンド

書式：systemctl サブコマンド Unit名
サービスを管理(Control)するためのコマンド。以下のサブコマンドが存在する。

#メールサーバのPosfixサービスを起動する場合
# systemctl start postfix.service

dmesg、journalctlコマンド

書式：dmesg(journalctl) | head 表示する行数
書式：journalctl　-k[オプション]
システム起動時にカーネルが出力したメッセージを一時的に蓄えておくバッファ内容を確認することができる。長時間稼働している場合、起動時のメッセージは残っていないことがある。

メッセージは/var/logディレクトリ内のファイルにも保存されている。閲覧にはroot権限が必要の場合がある。systemdであればjournalctlコマンドも使用可能で「-b」オプションでシステム起動時のメッセージを表示できる。

[root@ip-10-0-2-18 ~]# dmesg | head -5
[    0.000000] Linux version 6.1.34-56.100.amzn2023.x86_64 (mockbuild@ip-10-0-39-17) (gcc (GCC) 11.3.1 20221121 (Red Hat 11.3.1-4), GNU ld version 2.39-6.amzn2023.0.6) #1 SMP PREEMPT_DYNAMIC Tue Jun 20 20:55:54 UTC 2023
[    0.000000] Command line: BOOT_IMAGE=(hd0,gpt1)/boot/vmlinuz-6.1.34-56.100.amzn2023.x86_64 root=UUID=0bfb954f-5412-4d5a-8d40-3a2596532c79 ro console=tty0console=ttyS0,115200n8 nvme_core.io_timeout=4294967295 rd.emergency=poweroff rd.shell=0 selinux=1 security=selinux quiet
[    0.000000] KASLR disabled
[    0.000000] x86/fpu: Supporting XSAVE feature 0x001: 'x87 floating point registers'
[    0.000000] x86/fpu: Supporting XSAVE feature 0x002: 'SSE registers'

システムの終了と再起動

shutdownコマンド

書式：shutdown [オプション] 時間[メッセージ]
PCと同じでシステムを終了させるにはシャットダウンが必要。rootユーザーのみ実行が可能になる。
分単位の場合は「＋」、時刻の場合はダブルコロンで記載する。
systemdであればpoweroff,rebootのサブコマンドを使用してシャットダウンや再起動が可能

#ただちにシステムを停止する場合
$ shutdown -h now

#警告メッセージの表示
$ shutdown -k 'Please logout immediately'

#10分後にシステムを再起動
$ shutdown -r +10

#22時30分にシステムを再起動
$ shutdown -r 22:30