Po výběru v GRUBu: jádro Linuxu, initramfs a první minuty startu systému - LINUX PRO DOMÁCNOST - vzdělávací hub pro Linux a open-source svět

Jádro Linuxu, anglicky kernel, je hlavní část operačního systému. Má na starosti komunikaci s hardwarem, práci s pamětí, správu procesů, ovladače zařízení, souborové systémy i síťové funkce. Bez něj by systém nemohl běžet.

Když v GRUBu vyberete Linux, nespouštíte „celý systém najednou“, ale nejprve právě jádro. To je první skutečně běžící část Linuxu po práci bootloaderu.

Právě proto se v GRUBu často objevuje více verzí kernelu. Není to chyba ani zbytečnost. Starší kernel může posloužit jako záchranná varianta, pokud nový po aktualizaci nenaběhne správně. V praxi jde o velmi užitečnou možnost: nový kernel může mít problém s konkrétním ovladačem, s initramfs nebo s kombinací určitého hardwaru a konfigurace, zatímco starší funkční verze vás ještě pustí do systému, kde můžete problém opravit.

Při startu nepředává GRUB jádru jen samotný soubor s kernelem, ale také textové parametry. Ty říkají, jak se má systém při bootu chovat. Některé pouze zpřesňují nastavení, jiné mohou výrazně pomoci při diagnostice problémů.

Začátečník se s nimi setká hlavně ve chvíli, kdy:

Velká výhoda je, že je lze v GRUBu obvykle upravit jen dočasně. To znamená, že položku při startu editujete, zkusíte jednorázový test a po dalším restartu se systém vrátí k původnímu nastavení. Právě proto je to bezpečný způsob, jak něco ověřit, aniž byste hned trvale měnili konfiguraci.

Typickým příkladem je odstranění parametrů, které skrývají podrobný výpis při startu, aby bylo lépe vidět, kde se boot zastaví. Jindy se používají dočasné parametry pro otestování problému s grafikou nebo s konkrétním ovladačem.

Důležité upozornění:
Trvalou změnu konfigurace dělejte až ve chvíli, kdy víte, že dočasný test skutečně pomohl. Nejdřív ověřit, až potom zapisovat natrvalo.

Hned po načtení jádra přichází na řadu initramfs, tedy malý dočasný souborový systém, který se při startu rozbalí do operační paměti. Není to ještě váš běžný systém na disku. Je to přechodná startovací vrstva, která má připravit vše nutné k tomu, aby Linux našel a připojil svůj skutečný kořenový systém.

Jinými slovy: initramfs je most mezi jádrem a normálně nainstalovaným systémem.

V této fázi se typicky řeší například:

Bez této mezivrstvy by se mnoho moderních instalací vůbec nerozběhlo, protože samotné jádro by ještě nemělo připravené vše potřebné k nalezení a připojení skutečného systému.

Když initramfs selže, systém se obvykle nedostane do normálního startu služeb.

Můžete narazit například na situace, kdy:

Typicky jde o potíže, které se objeví po změně disků, po aktualizaci kernelu, po chybě v konfiguraci, nebo po zásahu do oddílů.

initramfs
Dočasný souborový systém v RAM, který připraví systém k nalezení a připojení root oddílu.

LVM
Vrstva pro flexibilní správu diskových svazků. Umožňuje například lépe pracovat s velikostmi oddílů a logickými svazky.

RAID
Způsob spojení více disků do jednoho logického celku, například kvůli vyšší odolnosti nebo výkonu.

UUID
Jedinečný identifikátor oddílu nebo souborového systému. Používá se proto, aby systém nehledal disk jen podle názvu typu /dev/sda1, který se může změnit.

Jakmile initramfs splní svou úlohu, musí systém připojit svůj skutečný kořenový souborový systém, tedy /. Teprve od tohoto okamžiku už Linux začíná používat „opravdový“ systém uložený na disku.

Tomuto kroku se říká mount root filesystem. Zní to nenápadně, ale právě tady se boot často láme. Pokud root nepůjde připojit, systém se nemá z čeho dál spouštět.

Proto se v konfiguracích používají často právě UUID. Jsou stabilnější než názvy zařízení typu /dev/sda2 nebo /dev/nvme0n1p3, protože pořadí disků se může změnit. UUID má pomoci tomu, aby systém našel správný oddíl i po změnách v rozložení zařízení.

Když ale UUID v konfiguraci nesedí, oddíl se změnil, disk chybí nebo není dostupný potřebný ovladač, může výsledek vypadat například takto:

Jakmile je root připojený, spustí se první proces v userspace. Tím je dnes v naprosté většině běžných distribucí systemd. Tento proces má PID 1 a je zodpovědný za rozběh zbytku systému.

systemd:

V této chvíli už nejde o problém bootloaderu ani jádra v užším smyslu. Jestliže boot dojde až sem, znamená to, že základní start Linuxu už proběhl a systém se nyní snaží rozběhnout svou běžnou provozní vrstvu.

multi-user.target
Systém naběhne do textového víceuživatelského režimu. Síť a řada služeb může fungovat, ale grafické prostředí se nespustí.

graphical.target
Systém míří až do grafického přihlášení a desktopu.

Právě tady vzniká jedna z častých situací: Linux může normálně naběhnout do textového režimu, ale selže až start grafiky. V takovém případě už problém nemusí být v kernelu nebo initramfs, ale spíše v display manageru, grafickém stacku, ovladači GPU nebo v konfiguraci grafického prostředí.

service
Jedna konkrétní služba, například síť, přihlášení nebo správce zobrazení.

unit
Obecnější objekt systemd. Služba je jen jeden z typů unit.

target
Cílový stav systému, do kterého se systemd snaží systém dostat.

journal
Systémový log spravovaný systemd, kde lze dohledat, co se při startu dělo.

Pro začátečníka je nejdůležitější nepanikařit a pokusit se určit, v jaké fázi systém selhal. To obvykle výrazně zúží okruh možných příčin.

To znamená, že jádro běží, ale systém se nedostal ke správně připojenému root filesystemu. Jinak řečeno: Linux už je po GRUBu a po startu kernelu, ale ještě se nedostal ke skutečnému systému na disku.

Tato situace obvykle znamená, že root už byl nalezen a připojen, ale systemd narazil při dalším startu na závažný problém. Velmi často jde o chybu v /etc/fstab, selhání mountu nějakého oddílu nebo jiný problém, který brání bezpečnému pokračování bootu.

Jako první má smysl zkontrolovat:

V takovém případě už se systém dostal výrazně dál. Kernel, initramfs, root filesystem i systemd pravděpodobně fungují. Problém bude spíše v tom, co souvisí s grafickým přihlášením.

Pak je vhodné rozlišovat:

Tento rozdíl je důležitý: černá obrazovka nemusí znamenat, že „Linux nenaběhl“. Někdy jen nenastartovala grafická vrstva, zatímco samotný systém pod ní běží.

Toto je poměrně častá a současně příjemnější varianta problému, protože máte funkční záchrannou cestu.

Postup bývá obvykle tento:

Právě zde se ukazuje, proč je užitečné starší kernel po aktualizaci hned nemažat. Často představuje nejrychlejší cestu zpět do systému.

Poznámka:
Postup znovuvygenerování initramfs se liší podle distribuce.

Podrobnosti najdete v dokumentaci k používanému nástroji:

Tady je hlavní cíl jediný: zjistit, proč systém nenachází oddíl, ze kterého má pokračovat běžný start.

Praktický postup vypadá zhruba takto:

Typickým viníkem bývá změněné UUID, chybějící ovladač nebo problém v návaznosti mezi kernelem, initramfs a skutečným diskovým uspořádáním.

To je velmi častý problém po ručních úpravách mountů. Jeden chybný řádek v /etc/fstab může způsobit, že systém při startu narazí na oddíl, který neexistuje, nejde připojit nebo má špatně zadaný typ.

Praktický postup:

Je to typický příklad situace, kdy GRUB funguje správně, kernel i initramfs také, ale problém se objeví až ve fázi startu systému a mountování dalších částí.

Kernel / jádro
Základ operačního systému, který řídí hardware a klíčové systémové funkce.

initramfs
Dočasný souborový systém v paměti, který po startu jádra připraví přístup ke skutečnému systému na disku.

Root filesystem
Kořenový souborový systém /, tedy hlavní základ nainstalovaného Linuxu.

Mount / připojení
Způsob, jakým Linux zpřístupní souborový systém do své adresářové struktury.

UUID
Jedinečný identifikátor oddílu nebo souborového systému používaný v konfiguraci místo názvů zařízení, která se mohou měnit.

LVM
Vrstva pro správu logických svazků, která přidává flexibilitu při práci s diskovým prostorem.

RAID
Spojení více disků do jednoho logického celku kvůli odolnosti, kapacitě nebo výkonu.

UEFI / BIOS
Firmware počítače, který spouští první část zavádění systému.

ESP
EFI System Partition, speciální oddíl používaný v UEFI systému pro boot soubory.

systemd
Nejčastější init systém dnešních linuxových distribucí. Spouští služby a řídí náběh systému.

Unit
Objekt systemd, například služba, mount, target nebo jiné řízené prvky.

Target
Cílový stav systému, do kterého systemd systém přepíná.

Emergency mode
Nouzový minimální režim pro opravu závažných problémů.

Rescue mode
Omezený záchranný režim, který ponechává k dispozici více prostředků než emergency mode.

Display manager
Program, který zajišťuje grafické přihlašování do systému.

Právě pochopení této posloupnosti velmi pomáhá při řešení problémů. Když víte, zda se systém zastavil už v initramfs, až v systemd, nebo teprve při startu grafiky, nehledáte příčinu naslepo. A to je při opravách často rozdíl mezi zmatkem a rychlou orientací.