Thirdware Inc. | Red Hat Linuxのシステム起動スクリプトを解剖する

Red Hat Linuxのシステム起動スクリプトを解剖する

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このページの内容は数年前に書いたもので、内容は当時のディストリビューション(RedHat 4.2)にもとづいています。古い内容ですがシンプルですので、原理的なことを学ぶには今でも有益でしょう。

いくつかのメーリングリストやフォーラムを見ていると、Red Hat Linuxをインストールする方が増えているようです。Slackware版とどう違うのかという質問も何度も見かけました。

いろいろな方がこの質問に答えていますが、私は次のように考えています。

Slackwareはもっとも普及しているディストリビューションで、情報も豊富に出回っている。また、構成する各パッケージはポピュラーなtar+gz (tgz)形式で、Slackwareに含まれていないパッケージもどんどん気軽に取り入れられる(言い替えるとシステム全体の構成を管理する機能は弱い)。したがって、初めて使う人、いろいろなソフトウェアを動かしてみたい人に向いているだろう。
Red Hatは独自のrpm形式のファイルでパッケージ群を提供している。初めてのインストールだけでなくアップグレードの場合にも、インストーラはパッケージ間の依存関係(脚注: たとえばXアプリケーションをインストールする場合にはXそのもののインストールが必要になる。)などをチェックしてくれる。また各種設定ファイルを/etcディレクトリに集めるなど、システムの運用管理を意識したファイル構成を採用している。したがって、業務で使う場合など管理しやすく安定して動かすことが目的の場合に適している。

もちろん、これは「どちらかというと」という話であって、Slackwareを使っても安定した業務に使えるシステムを組み上げることは可能です。私自身両方を使っていますが、どちらも十分に安心して使えるディストリビューションであることは間違いありません。

しかし、Slackwareを使っている人がRed Hatも使ってみようと考えた場合、インストール後のシステム設定でかなり戸惑いを感じることと思います。

たとえば「ftpサーバをインストールしてしまったけど実際には動かしたくない」と考えてシステム起動スクリプトを調べると、Slackwareと大きく異なった構成に迷いを感じるかもしれません。また、ニュースサーバのinnの詳細な設定を行おうと考えて/usr/lib/news (slackwareではここに設定ファイルが入っています)を調べても、設定ファイルはおろかactiveやhistoryといった必須のファイルも見つからないでしょう。

これは、

Red Hatでは、起動時のスクリプトのファイル構成はSystem V系UNIXに似ている
各種設定ファイルは極力/etcディレクトリ下に収め、サーバ等の運用に伴って随時更新されるファイル類は/varディレクトリ下に収める原則が採用されている

などの原則をRed Hatが採用しているからです。

ここでは、Red Hatのシステム起動スクリプトの構成を、システム起動時の処理の流れにそって紹介しようと思います。

システム起動時のスクリプトの流れ

コンピュータの電源を入れてLinuxを起動すると、最初にカーネルがディスクから読み込まれます。そしてカーネル自身が動き始めます。その後ログインプロンプト(脚注: Xでのログイン画面(xdm)が現れる設定になっている人もいるでしょう。)が表示されるまで、各種のシステム起動スクリプトが実行されます。まず、この流れを大まかに解剖してみましょう。ちなみに、このセクションで説明することはRed Hat特有だけでなくすべてのUNIX系オペレーティングシステムに共通のことです。

コンピュータのブートローダはLinuxのカーネルをディスクから読み出してメモリに展開し、カーネル自体を開始させます。
カーネルはハードウェア環境のチェック等を行い、自分自身の初期設定を行います。これが完了すると、最初のプロセスであるinitを起動します。psaxコマンドを実行すると確認できますが、プロセスIDが1のプロセスは、常にinitです。
initは他のすべてのプロセスの親になる特別なプロセスです。システム起動時に最初に起動されたinitは、/etc/inittabに登録された情報にしたがって、システム起動スクリプトを順番に実行します(もっと正確に書くと「システム起動スクリプトを実行するプロセスを順番に生成します」ということになります)。
各システム起動スクリプトは、ネットワーク機能の初期設定、各種デーモンの起動を行い、最後にユーザがログインできるようにするためにgettyを起動します。/etc/inittabの設定によってはxdmが起動して、Xウィンドウレベルでログインできるようになります。

SlackwareとRed Hatで大きく異なるのは、3番目のステップの詳細です。まず/etc/inittabの役割と意味を調べ、続いてRed Hatの起動スクリプトの詳細を調べていきましょう。

run レベル

UNIX系のオペレーティングシステムには「Runレベル」というものがあります。これはシステムの起動状態を決めるための値で、0から6、S、または s が指定できます。

Sまたはsはシステムを「シングルユーザ・モード」で起動します。システムを最小限の機能で起動した状態がシングルユーザ・モードで、システムの管理などのときに用いる特別なモードです。

0はシステムの停止、1はシングルユーザ・モード、6はリブートです。他のRunレベルはディストリビューションによって意味が異なる場合があります。RedHatの場合、インストール時に設定されるデフォルトのRunレベルは3です。これは、ネットワーク機能も含むすべての機能が働き、コンソールでのログインが可能になるレベルです。xdmを起動してXウィンドウ上でログインできるレベルは5です。

それでは、Runレベルはどのように指定するのでしょうか。

システム起動時のRunレベルは、/etc/inittabのid:行に書いてあります。これは、次のような行です。

id:3:initdefault:

/etc/inittabは、上のようにコロン(:)で区切られた4つのフィールドで構成されています。他の多くの設定ファイルと同様に、#で始まるコメント行や空白行は無視されます。

フィールドは左からID、Runレベル、アクション、起動するプロセス名です。id:行は特定のプロセスを起動するための指定ではないため、プロセス名は指定してありません。

システム管理などの特別な目的で一時的にRunレベルを変更するには、システム起動時のLILOのプロンプト、またはLOADLINのパラメータにRunレベルを指定するか、起動後にtelinitコマンドを使います。

たとえばシングルユーザ・モードで起動する場合、LILOではプロンプトに対して次のように指定します。

LILO: linux S

LOADLINの場合は、次のようになります。

loadlinloadlin.exe loadlinvmlinuz root=devhda2 ro S

起動後にtelinitを使うときは、rootになってから次のコマンドを実行します。

telinit S

/etc/inittab

システム起動時の挙動を指定するのが/etc/inittabの目的です。これに加えて、initがいくつかのシグナルを受け取ったときの処理も指定することができます。たとえばCTRL-ALT-DELを押したとき、UPSを接続していて電源異常のシグナルを受け取ったとき、などの対処方法が、Red Hatの/etc/inittabには指定してあります。

それでは、Red Hatの/etc/inittabの主要な部分を順番に見ていきましょう。

si::sysinit:/etc/rc.d/rc.sysinit

システム起動時に一度だけ実行するスクリプトを指定しています。どのRunレベルで起動してもこのスクリプトは実行されます。

このスクリプトを読むと、スワップの設定、ファイルシステムのチェック、シリアルポートの初期化など、システムを起動するのに欠かせない処理が行われることがわかります。

l0:0:wait:/etc/rc.d/rc 0
l1:1:wait:/etc/rc.d/rc 1
l2:2:wait:/etc/rc.d/rc 2
l3:3:wait:/etc/rc.d/rc 3
l4:4:wait:/etc/rc.d/rc 4
l5:5:wait:/etc/rc.d/rc 5
l6:6:wait:/etc/rc.d/rc 6

Runレベルで起動するためのスクリプトを指定しています。実際には、Run レベルを引数として共通のスクリプト/etc/rc.d/rcを呼び出しています。このスクリプトは次のセクションで詳しく調べましょう。

なお第2フィールドのwaitは、このスクリプトの処理が終了するまで init は待機する、という意味です。くれぐれも、起動スクリプトに無限ループするような処理を書かないようにしましょう:-)

1:12345:respawn:/sbin/mingetty tty1
2:2345:respawn:/sbin/mingetty tty2
3:2345:respawn:/sbin/mingetty tty3
4:2345:respawn:/sbin/mingetty tty4
5:2345:respawn:/sbin/mingetty tty5
6:2345:respawn:/sbin/mingetty tty6

ユーザのログインを受け付けるためのgettyを起動します。Runレベル1では1つだけ、他のレベルでは6つの仮想コンソールが用意されます。xdmを起動するRunレベル5では仮想コンソールが2つだけでよいのならば、3～6番目の第2フィールドを"234"に書き換えるとよいでしょう。

第2フィールドのrespawnは、プロセスが終了したらinitは再度同じプロセスを起動する、という意味です。ユーザがログアウトしたらlogin:プロンプトが再度表示されるのは、これのためです。

x:5:respawn:/usr/bin/X11/xdm -nodaemon

Runレベル5の場合のみxdmを起動します。xdmでログインしたユーザがログアウトしたら再度xdmのログイン画面に戻るのは、respawnをしているためです。

このスクリプトの解読が、Red Hatの起動スクリプトの仕組みの理解のひとつのカギとなります。リスト1を見てみましょう。

リスト1

 1: #!/bin/bash
 2: #
 3: # rc            This file is responsible for starting/stopping
 4: #               services when the runlevel changes. It is also
 5: #               responsible for the very first setup of basic
 6: #               things, such as setting the hostname.
 7: #
 8: # Author:       Miquel van Smoorenburg,

Runレベル3でシステムを起動しようとすると、/etc/rc.d/rc 3というプロセスが起動されることは、上で見たとおりです。3というパラメータは、このスクリプトの25行目以降では$runlevelという変数の値になります。

28～38行は/etc/rc.d/rc3.d/K*というファイルを順次処理するループになっています。このループ中には、指定したRunレベルに入るのに邪魔になるデーモン等を停止させる処理が指定されています。

41～51行は/etc/rc.d/rc3.d/S*というファイルを順次処理し、必要なデーモン等を起動しています。

ワイルドカードを使うと、シェルはソートした順番でファイル名を展開します。もし/etc/rc.d/rc3.dに次のファイルがあるとすると、

S10network     S50inet        S80sendmail    S96canna
S15masquerade  S50lpd.init    S85httpd       S99local
S30syslog      S72amd         S91smb
S40cron        S75keytable    S95news

ネットワークの基本設定(S10network)、IPマスカレードの設定(S15masquerade)、syslogdの起動(S30syslog)、....という順にデーモンの起動や各種設定が行われることになります。

つまり、基本的な設定から始め、それを踏まえた設定が続くよう、ファイル名の数字部分を指定すればいいことになります。

Snnxxxxスクリプト

/etc/rc.d/rc3.dディレクトリには多くのSnnxxxxスクリプト(S＋数字で始まるファイル名を持つので、ここではこう呼びます)が入っています。ls -lで調べるとわかりますが、これらはすべて/etc/rc.d/init.dディレクトリ中のファイルへのシンボリックリンクです。たとえばS80sendmailは

S80sendmail -> ../init.d/sendmail.init

というシンボリックリンクになっています。さらに /etc/rc.d/rc0.d を見ると、

K30sendmail -> ../init.d/sendmail.init

のようにKで始まるファイルも同じファイルへのシンボリックリンクになっています。

それでは実体である/etc/rc.d/init.d/sendmail.initの中身はどうなっているのでしょうか。他のスクリプトも基本的に同様な構造になっていますので、リスト2に基本的な構造を示します。

リスト2

初期設定

case "$1" in
  start)
        sendmailをデーモンとして起動する処理
  stop)
        sendmailデーモンを停止する処理
  *)
        使用法の表示
esac

exit 0

このように、スクリプトはstartまたはstopを引数に指定して呼び出さなければなりません。そしてstartを指定したときはデーモンの起動、stopを指定したときはデーモンの停止を行うようになっているのです。

このようなスクリプトの構造は、一見複雑でわかりにくいように思えます。しかし、次のようなケースを考えると、実は便利なしくみになっていることがわかるでしょう。

システムをインストールするときに、将来のサービス拡張を考えてApache(起動スクリプトは/etc/rc.d/init.d/httpd.init)をインストールした。しかし当面はサーバを起動したくない。
Red Hatのインストーラは、Apacheをインストールすると、/etc/rc.d/rc3.d/S85httpdというシンボリックリンクを作成します。起動したくないのであれば、このファイル名をたとえばs85httpd (sは小文字)に変更すればいいのです。/etc/rc.d/rcは先頭が"S" (大文字)のファイルを順次呼び出しますので、次回のシステム起動時にはApacheは起動されなくなります。
準備が整ったので、Apacheを起動することにしたい。
ファイル名をs85httpdからS85httpdに変更してリブートするだけです。
rpm化されていないソフトウェアを導入して、起動時にデーモンを起動するようにしたい。
そのソフトウェアの動作の前提条件を調べ、startおよびstop処理を書いたスクリプトを/etc/rc.d/init.dディレクトリに保存します。そしてRunレベルに応じたディレクトリにSnnxxxxという名前のシンボリックリンクを作成します。もちろん他のスクリプトとの適切な前後関係を考慮して、番号を付ける必要があります。また/etc/rc.d/rc0.dおよび/etc/rc.d/rc6.dディレクトリにも、そのデーモンを停止するためのKnnxxxxというシンボリックリンクを作ります。

Slackwareの場合は、起動スクリプトの数は少なくて理解しやすい利点がありますが、システム運用環境のこのような変更の際にスクリプトの中身を編集する必要があります。注意深く作業しても、編集を間違えて期待どおりに起動できなくなることもありますので、Red Hatの採用したしくみは非常に便利だと言えるでしょう。

ネットワーク関係のスクリプト

以上見てきたように、Red Hatのシステム起動スクリプトの構造は複雑です。しかしシステムの運用管理上のメリットも大きいことも述べたとおりです。

これによく似た複雑さが、ネットワーク関係の設定スクリプトにもあります。UNIX系オペレーティングシステムはネットワーク機能を標準で持っており、他のホストと接続するかどうかにかかわらず最低限のネットワークの設定が必要です。また、ダイアルアップ専用、ネットワークカードを複数枚使用など、ネットワーク環境も多様です。

Red Hatでは/etc/sysconfigおよび/etc/sysconfig/network-scriptsディレクトリが用意され、これらに柔軟に対応できるようになっています。

ネットワーク関係のスクリプト

このディレクトリには、keyboard、mouse、network等の名前のファイルがあります。これらのファイルの中身は、いずれもシェルの変数定義です。たとえばnetworkでは、次のような変数を定義しています。

NETWORKING=yes
HOSTNAME=hostname.foo.co.jp
DOMAINNAME=foo.co.jp
GATEWAY=xxx.xxx.xxx.xxx
GATEWAYDEV=eth0

他のファイルも同様で、mouseというファイルには使用しているマウスに関する情報がシェル変数定義という形で記録されています。

これらのファイルは関連するスクリプト中で呼び出され、必要な設定に使われます。/etc/rc.d/init.d/network (/etc/rc.d/rc3.d/S10network)スクリプトを例にとって、この模様を見てみましょう。

/etc/rc.d/init.d/networkスクリプト

このスクリプト全体をリスト3に示します。

リスト3

 1: #!/bin/sh
 2: #
 3: # network       Bring up/down networking
 4: #
 5:
 6: # Source function library.
 7: . /etc/rc.d/init.d/functions
 8:
 9: if [ ! -f /etc/sysconfig/network ]; then
10:     exit 0
11: fi
12:
13: . /etc/sysconfig/network
14:
15: if [ -f /etc/sysconfig/pcmcia ]; then
16:         . /etc/sysconfig/pcmcia
17: fi
18:
19: # Check that networking is up.
20: [ ${NETWORKING} = "no" ] && exit 0
21:
22: [ -f /sbin/ifconfig ] || exit 0
23:
24: cd /etc/sysconfig/network-scripts
25:
26: # See how we were called.
27: case "$1" in
28:   start)
29:         for i in ifcfg-*[0-9o]; do
30:                 ./ifup $i boot
31:         done
32:
33:         touch /var/lock/subsys/network
34:         ;;
35:   stop)
36:         for i in ifcfg-*[0-9o]; do
37:                 ./ifdown $i boot
38:         done
39:         rm -f /var/lock/subsys/network
30:         ;;
41:   *)
42:         echo "Usage: network {start|stop}"
43:         exit 1
44: esac
45:
46: exit 0

もしこのファイルがなければ、ネットワーク設定は行われません(9～11行)。13行目でネットワーク設定のパラメータが読み込まれます。もしNETWORKINGの値がnoなら、やはりネットワーク設定は行われません(20行目)。

29行目からがネットワークの設定部分ですが、これだけではよくわからないですね:-) なにやら、/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-*[0-9o]というファイルを順番に処理する仕組みになっているようです。そこで、/etc/sysconfig/network-scripts/ifupというスクリプトをさらに調べる必要が出てきます。

このスクリプトは120行以上の長いスクリプトで、しかもさまざまな変数が複雑に入り組んでいます。ノートPCのPCMCIAにも対応した作りになっているので、それも解剖を複雑にしている要因です。私もこのスクリプト全体を厳密に解剖したことはありません。そこで基本的な流れに沿って説明することにします。なお、コメントや本質的に重要でないと私が判断した行は省略しています。

このスクリプトは、次の行で始まります。

. $1

$1には、リスト3で示したように、ifcfg-*[0-9o]というパターンにマッチするファイルが入ります。具体的には、ifcfg-eth0、ifcfg-loなどという名前になります。

たとえばifcfg-eth0には、ネットワークインタフェースごとに設定が必要なパラメータが、次のように定義されています。

DEVICE=eth0
IPADDR=xxx.xxx.xxx.10
NETMASK=255.255.255.0
NETWORK=xxx.xxx.xxx.0
BROADCAST=xxx.xxx.xxx.255
ONBOOT=yes

そして途中をばっさりと省略しますが、これらの変数を利用して、次のようなネットワーク設定コマンドが実行されます。

ifconfig ${DEVICE} ${IPADDR} netmask ${NETMASK} broadcast ${BROADCAST}
route add -net ${NETWORK} netmask ${NETMASK} ${DEVICE}

ここで/etc/sysconfig/networkの変数定義が再度読み込まれ、デフォルトルートが設定されたネットワークインタフェースについては、次のコマンドが実行されます。

route add default gw ${GATEWAY} ${DEVICE}

スクリプト全体は、PCMCIA機能利用の有無だけでなく、IPアドレスのエイリアシング、BOOTPなどにも対応していますので、他のさまざまな変数を使ってさまざまな設定が行われますが、イーサネットカードを1枚使っているだけの場合には、このような流れを理解すれば十分です。

LinuxはIPマスカレードという強力な機能を持っています。IPマスカレードをベースに他の技術と組み合わせれば、効率がよくて安価なファイアウォールを構築することができます。この構成を作るには、複数のネットワークカードが必要になります(図1)。

ルータ経由でインターネットにつながるインタフェースがeth0でIPアドレスがxxx.xxx.xxx.xxx、内部ネットワークにつながるインタフェースがeth1でIPアドレスがyyy.yyy.yyy.yyyだとすると、次のような設定ファイルを書けばよいことになります(両方ともクラスCと仮定)。

/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth0 (インターネット側)

DEVICE=eth0
IPADDR=xxx.xxx.xxx.xxx
NETMASK=255.255.255.0
NETWORK=xxx.xxx.xxx.0
BROADCAST=xxx.xxx.xxx.255
ONBOOT=yes

/etc/sysconfig/network-scripts/ifcfg-eth1 (内部ネットワーク側)

DEVICE=eth1
IPADDR=yyy.yyy.yyy.yyy
NETMASK=255.255.255.0
NETWORK=yyy.yyy.yyy.0
BROADCAST=yyy.yyy.yyy.255
ONBOOT=yes

さらに、このゲートウェイマシンにとってのデフォルトルートはインターネット側のeth0インタフェースの方になるため、/etc/sysconfig/networkのGATEWAYおよびGATEWAYDEVには、ルータのIPアドレスおよびeth0を指定すればいいでしょう。

Slackwareの場合、ネットワークインタフェース回りの設定は/etc/rc.d/rc.inet1ファイルで行いますが、2枚目、3枚目のネットワークカードを使う場合、上に示したifconfigやrouteコマンドなどの指定も含めて複雑な編集作業が必要になってしまいます。

さいごに

Red Hatのシステム起動時のスクリプトの構成を解剖してみました。Slackwareをお使いの方には、相当複雑な作りになっているように見えることと思います。私も最初は戸惑いを感じ、「なんでこんな複雑な作りにせんといかんのや」と思ったりもしました。しかし一度作ったシステムも、状況に応じて設定を変えていかなければなりません。そのことを考えると、スクリプトファイルそのものを編集するよりも、ファイル名の変更やパラメータファイルの書き換えだけで済ませることができるRed Hatの発想は、有用だろうと思います。

もちろん、「Slackwareはよくない」というわけではありません。私自身、客先に納入したり会社で使うマシンにはRed Hatを使っていますが、自宅ではSlackwareベースのシステムを主に使っています。これは、rpmの行き届いた管理よりも自由にいろいろなソフトウェアを組み込んで使う自由度を重視しているからです。

Linuxはどんどん進化しています。昨年米国で起きたことが、今年は日本でも起ころうとしているようです。それは、Linux上で使える商用アプリケーションがたくさん出現することです。ビジネスで使えるオペレーティングシステムとして立場を確立していくにつれ、安定や管理のしやすさを重視したシステムへのニーズが高まるでしょう。安定だけを指向すれば楽しさが減り進歩ものろくなります。自由度や実験のしやすさばかりを追求すれば「ビジネス等で安心して使えない」と思われてしまう恐れがあります。

Slackwareに代表される実験的な取り組みがしやすいシステムに加えてRed Hatの安定指向のシステムが使えるようになったことは、今後のLinuxにとって楽しみなことと言えるでしょう。

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run レベル

/etc/inittab

リスト1

Snnxxxxスクリプト

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ネットワーク関係のスクリプト

ネットワーク関係のスクリプト

/etc/rc.d/init.d/networkスクリプト

リスト3

さいごに

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