13.2. Das Problem des Bootens

Wenn der Computer eingeschaltet wird und das Betriebssystem gestartet werden soll, entsteht ein interessantes Dilemma, denn der Computer weiß per Definition nicht, wie er irgendetwas tut, bis das Betriebssystem gestartet wurde. Das schließt das Starten von Programmen, die sich auf der Festplatte befinden, ein. Wenn nun der Computer kein Programm von der Festplatte starten kann, sich das Betriebssystem aber dummerweise genau dort befindet, wie wird es dann gestartet?

Dieses Problem ähnelt einer Geschichte des Barons von Münchhausen. Dort war eine Person in einen Sumpf gefallen und hat sich selbst an den Riemen seiner Stiefel (engl. bootstrap) herausgezogen. In den jungen Jahren des Computerzeitalters wurde mit dem Begriff Bootstrap dann die Technik das Betriebssystem zu laden bezeichnet und wurde hinterher mit booten abgekürzt.

Auf x86-Plattformen ist das BIOS (Basic Input/Output System) dafür verantwortlich, das Betriebssystem zu laden. Dazu liest das BIOS den Master Bootsektor (MBR; Master Boot Record) aus, der sich an einer bestimmten Stelle auf der Festplatte/Diskette befinden muss. Das BIOS kann den MBR selbstständig laden und ausführen und geht davon aus, dass dieser die restlichen Dinge, die für das Laden des Betriebssystems notwendig sind, selbst oder mit Hilfe des BIOS erledigen kann.

Der Code innerhalb des MBRs wird für gewöhnlich als Boot-Manager bezeichnet, insbesondere, wenn eine Interaktion mit dem Anwender stattfindet. Ist dies der Fall, verwaltet der Boot-Manager zusätzlichen Code im ersten Track der Platte oder in Dateisystemen anderer Betriebssysteme. (Boot-Manager werden manchmal auch als Boot Loader bezeichnet, unter FreeBSD wird dieser Begriff aber für eine spätere Phase des Systemstarts verwendet.) Zu den bekanntesten Boot-Managern gehören boot0 (der auch als Boot Easy bekannte Standard-Boot-Manager von FreeBSD), Grub, GAG, sowie LILO. (Von diesen Boot-Managern hat nur boot0 innerhalb des MBRs Platz.)

Falls nur ein Betriebssystem installiert ist, ist der Standard MBR ausreichend. Dieser MBR sucht nach dem ersten bootbaren Slice (das dabei als active gekennzeichnet ist) auf dem Laufwerk und führt den dort vorhandenen Code aus, um das restliche Betriebssystem zu laden. Der von fdisk(8) in der Voreinstellung installierte MBR ist ein solcher MBR und basiert auf /boot/mbr.

Falls mehrere Betriebssysteme installiert sind, sollte man einen anderen Boot-Manager installieren, der eine Liste der verfügbaren Betriebssysteme anzeigt und einen wählen lässt, welches man booten möchte. Der nächste Abschnitt beschreibt zwei Boot-Manager mit diesen Fähigkeiten.

Das restliche FreeBSD-Bootstrap-System ist in drei Phasen unterteilt. Die erste Phase wird vom MBR durchgeführt, der gerade genug Funktionalität besitzt um den Computer in einen bestimmten Status zu verhelfen und die zweite Phase zu starten. Die zweite Phase führt ein wenig mehr Operationen durch und startet schließlich die dritte Phase, die das Laden des Betriebssystems abschließt. Der ganze Prozess wird in drei Phasen durchgeführt, weil der PC Standard die Größe der Programme, die in Phase eins und zwei ausgeführt werden, limitiert. Durch das Verketten der durchzuführenden Aufgaben wird es FreeBSD möglich, ein sehr flexibles Ladeprogramm zu besitzen.

Als nächstes wird der Kernel gestartet, der zunächst nach Geräten sucht und sie für den Gebrauch initialisiert. Nach dem Booten des Kernels übergibt dieser die Kontrolle an den Benutzer Prozess init(8), der erst sicherstellt, dass alle Laufwerke benutzbar sind und die Ressourcen Konfiguration auf Benutzer Ebene startet. Diese wiederum mountet Dateisysteme, macht die Netzwerkkarten für die Kommunikation mit dem Netzwerk bereit und startet generell alle Prozesse, die auf einem FreeBSD-System normalerweise beim Hochfahren gestartet werden.