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# OpenBSD 引导过程

## 概要

OpenBSD 的引导过程简洁明了，文档完备，注重可靠性、清晰度与安全性。整个引导机制分为若干阶段，从固件（如 BIOS 或 UEFI）开始，依次执行启动脚本，最终进入多用户模式。本章逐一介绍各阶段，包括引导加载程序、内核初始化以及早期用户态进程。

## 引导阶段概览

OpenBSD 系统的引导过程通常依次经过以下阶段：

1. 固件初始化（BIOS 或 UEFI）
2. 引导加载程序执行（`boot(8)`）
3. 内核加载与初始化
4. 通过 `init(8)` 初始化用户态
5. 多用户启动脚本（`rc(8)`）

各阶段相互独立，便于系统恢复与故障排查时灵活处理。

## 固件初始化

系统通电后，固件（BIOS 或 UEFI）初始化硬件并执行开机自检（POST）。随后固件扫描可引导介质，将控制权交给一级引导加载程序。该程序位于主引导记录（MBR）或 EFI 系统分区（ESP），具体位置取决于系统架构与配置。

在基于 UEFI 的 x86 系统上，加载程序通常安装于：

```
EFI\BOOT\BOOTX64.EFI
```

在传统 BIOS 系统上，引导加载程序写入 MBR 与 OpenBSD disklabel。

## 引导加载程序（`boot(8)`）

OpenBSD 采用多级引导加载程序，由若干程序组成：

* **`biosboot`**：BIOS 系统的一级引导加载程序。
* **`pxeboot`**：用于 PXE 网络引导的加载程序。
* **`bootefi`**：UEFI 系统的 EFI 引导加载程序。
* **`boot`**：最终级引导加载程序，位于根文件系统中的 `/boot`。

`boot` 程序负责定位并加载 OpenBSD 内核。它提供用户界面与有限的命令环境，支持引导时配置。

在引导提示符（`boot>`）下，用户可指定其他内核或传递选项。例如：

```
boot> boot -s
```

上述命令进入单用户模式。若要引导旧版内核：

```
boot> boot /bsd.old
```

若不作任何输入，短暂超时后即加载默认内核（`/bsd`）。

## 内核初始化

内核加载后，初始化硬件，配置设备驱动，并以只读方式挂载根文件系统。此阶段输出的信息来自设备检测与子系统初始化。

随后内核尝试运行初始进程，通常是 `/sbin/init`。

若内核无法定位或执行 `init(8)`，将触发 panic 并停机，或根据引导设置进入调试器（`ddb(4)`）。

## `init(8)` 与单用户模式

`init(8)` 是首个用户态进程，依次执行以下步骤：

* 读取 `/etc/ttys` 配置终端。
* 若传入 `-s` 选项，或上次关机未正常完成，`init` 进入**单用户模式**。
* 单用户模式下，根 shell 直接在控制台启动，不启用网络与多用户服务。

单用户模式用于系统维护，例如修复文件系统或从错误配置中恢复。

若要从单用户模式进入多用户模式：

```sh
# exit
```

## 多用户初始化

进入多用户模式后，`init` 执行 `/etc/rc` 脚本。该脚本完成必要的启动任务，包括：

* 检查并挂载文件系统（`fsck`、`mount`）
* 配置网络（`hostname.if`、`dhcpleased` 等）
* 通过 `rcctl(8)` 启动系统守护进程
* 应用 `sysctl(8)` 与 `wsconsctl(8)` 设置
* 运行日常维护脚本（`daily`、`security` 等）

`/etc/rc` 的输出记录到 `/var/run/rc.log`。

终端登录通过 `ttys(5)` 实现：在已配置的虚拟控制台或串口上启动 `getty(8)`。

## 引导时配置

用户可中断引导加载程序，以修改引导参数、选择其他内核或进入单用户模式。

### `-s`：单用户模式

使用 `-s` 引导即进入单用户模式，便于修复故障或进入恢复 shell。

```
boot> boot -s
```

### `-a`：询问根设备

`-a` 选项让内核提示用户指定根设备、交换设备及文件系统类型。

```
boot> boot -a
```

根文件系统无法自动判定时使用该选项。

### `-v`：详细模式

`-v` 选项启用内核详细输出，在硬件初始化过程中提供更多信息。

```
boot> boot -v
```

### `-d`：进入调试器

内核编译时若包含调试支持，`-d` 会在引导早期进入内核调试器（`ddb(4)`）。

```
boot> boot -d
```

### 指定其他内核

若要加载非默认的 `/bsd` 内核，需提供完整路径。

```
boot> boot /bsd.old
```

系统升级后回退到已知可用的内核时常采用此法。

## 应急恢复与备用内核

OpenBSD 安装时会保留备用内核 `/bsd.old` 与 `/bsd.sp`。当主内核配置错误或与系统不兼容时，可使用这些备用内核。

以单用户模式引导旧版内核：

```
boot> boot /bsd.old -s
```

若引导失败，可使用 `install78.img` 等安装介质引导，并进入 shell 模式手动恢复。

## 引导加载程序配置与超时

可通过 `/etc/boot.conf` 文件自定义引导加载程序行为。`boot` 程序读取该文件，用于自动选择内核或配置超时时间。

`/etc/boot.conf` 示例：

```
set timeout 5
boot /bsd
```

上述配置将超时设为 5 秒，并引导默认内核。

## 关键文件与工具

| 文件               | 用途               |
| ---------------- | ---------------- |
| `/bsd`           | 默认内核             |
| `/bsd.mp`        | 多处理器内核（SMP 系统默认） |
| `/bsd.sp`        | 单处理器内核           |
| `/bsd.old`       | 上次升级前的备份内核       |
| `/boot`          | 最终级引导加载程序        |
| `/etc/boot.conf` | 引导加载程序配置         |
| `/etc/rc`        | 多用户模式启动脚本        |
| `/etc/ttys`      | 终端配置             |
| `/etc/fstab`     | 文件系统挂载配置         |

## 关机流程

OpenBSD 的关机流程由 `init(8)` 主导，通过 `shutdown(8)`、`reboot(8)` 或 `halt(8)` 触发。`shutdown(8)` 带上相应参数后，系统按受控顺序终止所有用户态活动，确保安全停机。

调用 `shutdown(8)` 后，依次执行以下步骤：

1. `init(8)` 若存在 `/etc/rc.shutdown` 脚本，则尝试执行。该脚本可在关机前停止额外服务或执行清理任务。
2. 向所有进程发送 `TERM` 信号，请求其正常退出。
3. 短暂等待后，向仍存活的进程发送 `KILL` 信号。
4. 卸载文件系统并刷新系统缓冲区。
5. 系统根据关机模式重启或断电。

若硬件支持，要立即**断电**：

```sh
# shutdown -p now
```

要**重启**系统：

```sh
# shutdown -r now
```

也可使用：

```sh
# halt
# reboot
```

注意：直接调用上述命令需为 root 用户或属于 `operator` 组。

`operator` 组成员资格可通过 `vipw(8)` 与 `chpass(1)` 配置，详见账户管理章节。

`shutdown(8)` 支持调度未来关机时间并向已登录用户发出警告。多用户模式下停机或重启应优先使用该命令，可避免数据丢失，确保系统状态一致。

关机与重启事件记录到 `/var/log/messages`。若上述流程正常完成，下一次启动时的内核时间戳会反映这是一次干净关机。


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