Linuxサーバーが奏でる交響曲 ― 起動の仕組み

Linuxマシンの電源を入れたとき、裏側では何が起きているのか？

Linuxマシンの電源ボタンを押したとき、その裏側で何が起きているのか考えたことはありますか？
サーバーの電源が切れている状態は、壮大なコンサートホールが静まり返り、暗闇に包まれているようなものです。ステージには誰もおらず、客席も空っぽです。

しかし電源ボタンを押すとき、あなたは単にスイッチを入れているのではありません。そこから、複雑で美しいパフォーマンスを始める合図を送っているのです。

デジタル交響曲の4つの楽章

このパフォーマンスは4つの楽章から成り立っており、静寂に包まれたホールを、生き生きとした交響曲へと変えていきます。
それぞれの楽章には主役がいて、役割があり、そして輝く瞬間があります。

第1楽章：会場スタッフ（ファームウェア：BIOS / UEFI）

最初の一音が奏でられる前に、会場スタッフ（マシンのファームウェア）が暗いステージに姿を現します。
彼らの最初の仕事は、建物そのものが安全であることを確認することです。

メインの電源系統を入れ、ステージ照明や安全装置をテストしながら、チェックリストを一つずつ確認していきます。これが POST（Power-On Self Test） です。
もし会場が安全でないと判断された場合、スタッフはすべての作業を中止し、問題を報告します。

安全が確認されると、次はスケジュールの確認です。これには2つの方法があります。

• 旧来の方式（BIOS）
  いつも同じ場所、つまりステージ入口にある台帳の最初のページ（MBR：マスターブートレコード）を確認し、次の責任者を探します。

• 現代的な方式（UEFI）
  より洗練された方法で、オフィスにあるデジタルのスケジュール表（NVRAM）を確認し、そこからEFIシステムパーティション（ESP）内にあるステージマネージャーの部屋を直接指し示します。

第2楽章：ステージマネージャー（ブートローダー：GRUB2）

会場の安全が確保されると、ステージマネージャー（GRUB2）がスポットライトを浴びて登場します。
彼らは一時的な存在ですが、非常に重要な役割を担っています。ショーの間ずっと居続けるわけではありません。

ステージマネージャーは、プログラム冊子（grub.cfg）を手にしています。そこには、現在のカーネル、過去のバージョン、リカバリーモードなど、実行可能な演目が一覧されています。

数秒後、メインとなる演目を選択し、演台を整え、譜面台に必要な楽譜（カーネルパラメータ）を置き、指揮者をステージに呼び出します。
そして、何事もなかったかのように静かに建物を後にします。

第3楽章：指揮者と舞台スタッフ（カーネルと initramfs）

指揮者、つまり Linuxカーネル がステージ中央に立ちます。
彼らはパフォーマンスの最初から最後まで演台に立ち続け、テンポ（スケジューラ）や音響（メモリ管理）を制御します。

しかしこの時点では、楽器はまだケースに入ったままで、演奏台も設置されていません。
そこで指揮者はすぐに、舞台スタッフ（initramfs）を呼び出します。この専門の一時チームは、重要な初期設定作業を迅速にこなします。

• 楽器ケースを開ける
  ストレージドライブを読み取るために必要な基本ドライバ（カーネルモジュール）を読み込みます。

• 演奏台を組み立てる
  本来のルートファイルシステムを見つけてマウントし、オーケストラが座る場所を用意します。

本物のステージが準備できると、switch root と呼ばれる操作が行われます。
これにより、仮のステージは完全に消え、本物のステージが置き換わります。

第4楽章：コンサートマスターと演奏者たち（初期化システム：systemd）

ここで指揮者（カーネル）は、演奏者たちの統率をコンサートマスター（systemd）に引き継ぎます。
最初のプロセス（pid 1）として、コンサートマスターはオーケストラ全体の登場を指揮します。

旧来のコンサートマスター（SysVinit）は、演奏者を一人ずつ呼び入れていました。
まずバイオリン、次にチェロ、その次にフルート……という具合で、着実ですが時間がかかります。

一方、systemdは現代的な名手です。どのパートが同時に登場しても問題ないかを正確に把握しています。
コンサートマスターの鋭い合図とともに、オーケストラは次のように登場します。

• 打楽器（ジャーナル／デーモン）
  ログ記録サービスが、リズムを刻むかのように動き始めます。

• 弦楽器（ミドルウェア）
  NetworkManager などのサービスが起動し、ステージと外の世界をつなぐ調和を織り成します。

• 木管楽器（ユーザーアプリケーション）
  最後に、Webサーバー、オーディオプレーヤー、データベースといった複雑な旋律が奏でられます。

すべてが同時に、連携し、正確に、そして圧倒的な美しさで進行します。

グランドフィナーレ

わずか数秒のうちに、静寂は調和へと変わります。
コンサートホールは生命を帯び、照明は輝き、交響曲は最高潮に達します。

観客であるあなたの目の前には、ログインプロンプトという形で幕が上がります。
オーケストラは準備万端、あなたの指示を待っています。

静まり返っていたホールは、見事な連携の結晶へと姿を変えました。
それこそが、4つの楽章で構成されたLinuxのブートプロセス なのです。

さらに詳しく知りたい方へ

ブートプロセスとの具体的な関わり方については、LPIのLearningサイトにあるガイドをご覧ください。