boot process of FreeBSD/i386

/* * boot process of FreeBSD/i386 * by uratan! 2011.11.21 */

boot code の種類と配置

FreeBSD/i386 (8.2-RELEASE) で、HDD から標準的にブートする場合には以下の boot strap を経由します。

配置略称名称・機能ファイル備考 / ソース / 他

disk先頭
(LBA 0) mbr standard MBR
起動slice先頭を読んで実行 /boot/mbr
(仮置き) fdisk -B にて書き込むべし
/usr/src/sys/boot/i386/mbr/

boot0 FreeBSD Boot Manager
(mbr代替、起動sliceを対話選択) /boot/boot0
(仮置き) fdisk -B にて書き込むべし
/usr/src/sys/boot/i386/boot0/

FreeBSD
slice先頭 boot1
+
boot2 引き続く boot2 を読んで実行 /boot/boot1
(仮置き) bsdlabel -B にて書き込むべし
/usr/src/sys/boot/i386/boot2/

(man 8 boot)

/boot/loader を読んで実行
対話的インターフェースあり /boot/boot2
(仮置き)

ufs上 loader /boot/kernel/kernel を読んで実行 /boot/loader ファイル上書きで差し替わる
/usr/src/sys/boot/i386/loader/

(man 8 loader)

ここで、

boot1, boot2, loader をもって 3stage boot strap と呼ぶようです。

/usr/src/sys/boot/i386/ にて make install すると /boot/ 以下にファイルがコピーされますが、上の表のように単に仮置きされているだけのものも多いです。

bsdlabel -B では boot1 と boot2 を繋いだ(だけの) /boot/boot というファイルを指定します。

fdisk -B、bsdlabel -B は使用しているディスクには書き込めません。 CD などからブートして書き換える必要があります。

配置	略称	名称・機能	ファイル	備考 / ソース / 他
disk先頭 (LBA 0)	mbr	standard MBR 起動slice先頭を読んで実行	/boot/mbr (仮置き)	fdisk -B にて書き込むべし /usr/src/sys/boot/i386/mbr/
boot0	FreeBSD Boot Manager (mbr代替、起動sliceを対話選択)	/boot/boot0 (仮置き)	fdisk -B にて書き込むべし /usr/src/sys/boot/i386/boot0/
FreeBSD slice先頭	boot1 + boot2	引き続く boot2 を読んで実行	/boot/boot1 (仮置き)	bsdlabel -B にて書き込むべし /usr/src/sys/boot/i386/boot2/ (man 8 boot)
/boot/loader を読んで実行対話的インターフェースあり	/boot/boot2 (仮置き)
ufs上	loader	/boot/kernel/kernel を読んで実行	/boot/loader	ファイル上書きで差し替わる /usr/src/sys/boot/i386/loader/ (man 8 loader)

boot 時の console 出力例

console に出力されるメッセージとブートプロセスの対比を示します。

+--------------------------------------
|Verifying DMI Pool Data ......
|Boot from CD :                          <== ここまで BIOS による出力
|-                                       <== boot2 による prompt (*1)
+--------------------------------------
	  ↓ ↓ ↓
+--------------------------------------
|Verifying DMI Pool Data ......
|Boot from CD :
|
|BTX loader 1.00  BTX version is 1.02    <== タイムアウトで /boot/loader が起動
|Consoles: internal video/keyboard
|BIOS drive C: is disk0
|BIOS 638kB/981952kB available memory
|
|FreeBSD/x86 bootstrap loader, Revision 1.1
|(root@almeida.cse.buffalo.edu, Fri Feb 18 01:25:00 UTC 2011)
|Loading /boot/defaults/loader.conf
|/boot/kernel/kernel text=0x8e7781 *
+--------------------------------------
	  ↓ ↓ ↓
+--------------------------------------
|                                        <== /boot/beastie.4th に至ってこれが
|          Welcome to FreeBSD!
|                                         FFFFF      eee   eee
|                                         F    r rr e   e e   e
|  1. Boot FreeBSD [default]              FFFF rr   eeeee eeeee
|  2. Boot FreeBSD with ACPI disabled     F    r    e     e
|  3. Boot FreeBSD in Safe Mode           F    r     eeee  eeee
|  4. Boot FreeBSD in single user mode
|  5. Boot FreeBSD with verbose logging   BBBBB   SSSSS DDDDD
|  6. Escape to loader prompt             B    B S      D    D
|  7. Reboot                              BBBBB   SSSS  D    D
|                                         B    B      S D    D
|                                         BBBBB  SSSSS  DDDDD
|
|  Select option, [Enter] for default
|  or [Space] to pause timer  N
+--------------------------------------

(*1) の prompt の時に何かキーを押すと以下の通り boot2 の対話処理に入れます。
この '-' は prompt だと思っていましたが、boot1 が boot2 を読み込む時に出る
グルグル('-'→'\'→'|'→'/')の単なる残骸のようです。

+--------------------------------------
|Verifying DMI Pool Data ......
|Boot from CD :
|-                                       <== boot2 に対してキー打鍵
+--------------------------------------
	  ↓ ↓ ↓
+--------------------------------------
|Verifying DMI Pool Data ......
|Boot from CD :
|-
|FreeBSD/x86 boot
|Default: 0:ad(0,a)/boot/loader
|boot: _                                 <== コマンド待ちに
+--------------------------------------

参考として、CD からブートした場合は以下の通りです。

+--------------------------------------
|
|Verifying DMI Pool Data ......
|Boot from CD :                          <== ここまで BIOS による
|CD Loader 1.2                           <== cdboot ?
|
|Building the boot loader arguments
|Looking up /BOOT/LOADER... Found
|Relocating the loader and the BTX
|Starting the BTX loader
|
|BTX loader 1.00  BTX version is 1.02    <== loader ?
|Consoles: internal video/keyboard
|BIOS CD is cd0
|BIOS drive C: is disk0
|BIOS 638kB/981952kB available memory
|
|FreeBSD/x86 bootstrap loader, Revision 1.1
|(root@almeida.cse.buffalo.edu, Fri Feb 18 01:25:00 UTC 2011)
|Loading /boot/defaults/loader.conf
|*
+--------------------------------------

loader のコンパイルとインストール

/boot/loader の make には kernel source 以外にも /usr/src/lib/libstand/ にある *.h が必要です。
これは library (slib.*) に含まれます。 make 手順は以下の通り。
[1] extract kernel sources(ssys), and libraries (slib) # mount /cdrom # cd /cdrom/8.2-RELEASE/src/ # ./install.sh sys # ./install.sh lib [2] make zfs and ficl libraries # cd /usr/src/sys/boot/zfs # make # cd /usr/src/sys/boot/ficl # make [3] make boot codes # cd /usr/src/sys/boot/i386 # make clean # make [4] install # cd /usr/src/sys/boot/i386 # make install
このレイヤーでは Makefile に依存関係が完全に記述してないらしく、毎度 make clean したほうが無難なようです。

また上の make install では、/boot/ の(仮置き)ファイルのみが更新されます。 /boot/loader はこれで差し代わるのですが、boot0, boot1+boot2 に関しては実際の HDD のブートレコード領域は書き換わりません。 CD などからブートしての fdisk -B / bsdlabel -B などの操作が別途必要です。 (bsdlabel -B では boot1 と boot2 を繋いだ(だけの) /boot/boot というファイルを指定します)

uratan@miomio.jp

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