13.2. 起動時の問題

計算機の電源を入れ、オペレーティングシステムをスタートさせるのには、 おもしろいジレンマがあります。定義により、 計算機は、オペレーティングシステムが起動するまでは、 ディスクからプログラムを動かすことも含めて、 何をどうすればよいかまったく知りません。 では、計算機はオペレーティングシステムなしに ディスクからプログラムを実行することができず、 オペレーティングシステムのプログラムがディスク上にあるのなら、 どうやってオペレーティングシステムを起動するのでしょうか?

この問題はほらふき男爵の冒険 という本の中に書かれている問題ととてもよく似ています。 登場人物がマンホールの下に半分落っこちて、 靴紐 (ブートストラップ) をつかんで自分を引っぱり、持ち上げるのです。 計算機の黎明期には、ブートストラップ という用語でオペレーティングシステムをロードする 機構のことを指していたのですが、 いまはこれを縮めて “ブート (起動)” と言います。

x86 ハードウェアでは、基本入出力システム (Basic Input/Output System: BIOS) にオペレーティングシステムをロードする責任があります。 オペレーティングシステムをロードするために、 BIOS がハードディスク上のマスターブートレコード (Master Boot Record: MBR) を探します。 MBR はハードディスク上の特定の場所になければなりません。 BIOS には MBR をロードし起動するのに十分な知識があり、 オペレーティングシステムをロードするために必要な作業の残りは、 場合によっては BIOS の助けを得た上で MBR が実行できることを仮定しています。

MBR 内部のコードは、 通常ブートマネージャと呼ばれます。 とりわけユーザとの対話がある場合にそう呼ばれます。 その場合は、通常もっと多くのブートマネージャのコードが、 ディスクの最初のトラック または OS のファイルシステム上におかれます (ブートマネージャはブートローダ と呼ばれることもありますが、 FreeBSD はこの言葉を起動のもっと後の段階に対して使います)。 よく使われるブートマネージャには、 boot0 (Boot Easy とも呼ばれる FreeBSD 標準のブートマネージャ), Grub, GAG や LILO 等があります (MBR 内に収まるのは boot0 だけです)。

ディスク上にインストールされているオペレーティングシステムが 1 つであれば、標準の PC MBR で十分です。 この MBR はディスク上の最初の起動可能な (アクティブな) スライスを探し、 そのスライスにあるコードを起動してオペレーティングシステムの残りをロードします。 デフォルトで fdisk(8) がインストールする MBR は、このような MBR です。/boot/mbr を基にしています。

ディスク上にオペレーティングシステムを複数インストールしているなら、 別のブートマネージャ (複数のオペレーティングシステムの一覧を表示できて、 起動するオペレーティングシステムを選択できるようなもの) をインストールするとよいでしょう。 このようなブートマネージャの中から 2 つを次の節で説明します。

FreeBSD ブートストラップシステムの残りは 3 段階に分かれます。 第 1 ステージは MBR によって起動されるもので、 MBR は計算機を特定の状態にするために必要なことだけ知っていて、 第 2 ステージを起動します。 第 2 ステージでは、第 3 ステージを起動する前に、 もうちょっとやることができます。 第 3 ステージでオペレーティングシステムのロード作業を完了します。 起動作業がこれらの 3 段階に分かれているのは、 PC の規格がステージ 1 とステージ 2 で実行できるプログラムのサイズに制限を課しているからです。 これらの作業をつなぎ合わせることによって、 FreeBSD はより柔軟なローダ (loader) を提供しているのです。

その後カーネルが起動し、デバイスの検出と初期化を開始します。 そしてカーネルの起動が終わると、制御はユーザープロセスの init(8) へ移されます。init(8) はまず ディスクが利用可能であることを確かめ、 ファイルシステムのマウント、 ネットワークで利用するネットワークカードのセットアップ、 そして通常 FreeBSD システムで初期時に起動されるすべてのプロセスの起動、 といったユーザーレベルでのリソース (資源) 設定を行ないます。