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：

# 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：

# shutdown -p now

要重启系统：

# shutdown -r now

也可使用：

# 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。