Lab02_RunLevelsGerenciaBootAgendamentoTarefas

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ICET – Instituto de Ciência e Tecnologia
Laboratório Sistemas Operacionais Abertos e Mobile
Carlos Baltazar/Ricardo Piantola
MÓDULO 02
1 Gerência de boot
O processo de inicialização (boot) do Linux é o procedimento para inici-
alizar o sistema (descrito na figura 1). Consiste em tudo o que acontece
desde quando o computador é ligado até que a interface do usuário esteja
operacional.
1.1 BIOS
A inicialização de um sistema Linux baseado em x86 envolve várias eta-
pas. Assim que o computador é ligado, oBasic Input/Output System (BIOS)
inicializa o hardware, incluindo a tela e o teclado, e testa a memória prin-
cipal. Esse processo também é chamado POST (Power On Self Test).
O software do BIOS é armazenado em um chip ROM na placa-mãe.
Depois disso, o restante do processo de inicialização é controlado pelo
sistema operacional (SO).
1.2 Registro Mestre de incialização
Depois que o POST é concluído, o controle do sistema passa do BIOS para
o carregador de inicialização. O carregador de inicialização (boot loader)
é normalmente armazenado em um dos discos rígidos do sistema. Seja
no setor de inicialização (BIOS/MBR) ou na partição EFI em sistemas mais
recentes (Extensible Firmware Interface ou EFI/UEFI).
Posteriormente, informações importantes são carregados dos valores
CMOS. Uma memória movida a bateria, que permite que o sistema man-
tenha a data e hora, mesmo quando está desligado.
Após esta etapa, o boot loader é carregado. Existem vários carre-
gadores de inicialização para o Linux: O mais comum é o GRUB (GRe
Unified Boot loader). Existindo também o ISOLINUX (inicializar a partir de
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Figura 1: Processo de inicialização Linux.
mídia removível) e o DAS U-Boot (para inicializar em dispositivos embar-
cados/aparelhos).
A maioria dos carregadores de boot pode apresentar uma interface de
usuário para escolher opções alternativas para inicializar o Linux. E até
mesmo outros sistemas operacionais que possam estar instalados.
1.3 Carregador de boot
Ao inicializar o Linux, o gerenciador de inicialização é responsável por
carregar a imagem do kernel e o sistema de arquivos (que contém alguns
arquivos críticos e drivers de dispositivo necessários para iniciar o sistema)
na memória. O carregador de boot (do inglês: Boot Loader) tem dois
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Figura 2: Processo de inicialização de hardware pela BIOS.
Figura 3: Registro mestre de incialização (do inglês: Master Boot Record–
MBR).
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estágios distintos:
1.3.1 Primeiro estágio
Em sistemas usando o método BIOS/MBR, o carregador de boot reside
no primeiro setor do disco rígido, também conhecido como o Master Boot
Record (MBR). Nesse estágio, o carregador de boot examina a tabela
de partições e encontra uma partição inicializável. Após encontrar uma
partição inicializável, ele procura o carregador de inicialização do segundo
estágio, por exemplo, GRUB, e o carrega na memória RAM.
Para sistemas que usam o método EFI/UEFI, o firmware UEFI lê seus
dados do gerenciador de boot para determinar qual aplicativo UEFI deve
ser lançado e de onde (ou seja, de qual disco e partição a partição EFI
pode ser localizada).
O firmware então inicia o aplicativo UEFI, por exemplo, GRUB, con-
forme definido na entrada de inicialização no gerenciador de inicialização
do firmware. Este procedimento é mais complicado, mas mais versátil que
os métodos MBR que são mais antigos.
1.3.2 Segundo estágio
O carregador de inicialização do segundo estágio, no caso o GRUB reside
em /boot. Uma tela inicial é exibida, o que nos permite escolher qual SO
será inicializado. Após escolher o sistema operacional, o carregador de
boot carrega o kernel do sistema operacional selecionado na RAM e passa
o controle para ele.
Os kernels são quase sempre compactados, então seu primeiro traba-
lho é descomprimir-se. Depois disso, ele verificará e analisará o hardware
do sistema e inicializa-rá todos os drivers de dispositivo de hardware em-
butidos no kernel.
1.4 Disco inicial
A imagem do sistema de arquivos initramfs contém programas e arquivos
binários que realizam todas as ações necessárias para montar o sistema
de arquivos raiz adequado, fornecer a funcionalidade de kernel para os dri-
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vers do sistema de arquivos e dispositivos necessários para controladores
de armazenamento em massa.
Assim sendo, esta etapa utiliza um mecanismo chamado udev (User
Device), responsável por descobrir quais dispositivos estão presentes, lo-
calizar os drivers (módulos) de que precisam para funcionar corretamente
e carregá-los. Depois que o sistema de arquivos raiz foi encontrado, ele é
verificado quanto a erros e montado.
O programa de montagem instrui o sistema operacional de que um sis-
tema de arquivos está pronto para uso e o associa a um ponto específico
na hierarquia geral do sistema de arquivos (o ponto de montagem). Se
isso for bem-sucedido, o initramfs será limpo da RAM e o programa init,
no sistema de arquivos raiz (/sbin/init) será executado.
O init manipula a montagem e faz o manejo para o sistema de arquivos
raiz final. Se drivers de hardware especiais forem necessários antes que
o armazenamento em massa possa ser acessado, eles devem estar na
imagem initramfs.
2 Níveis de operação
Níveis de operação (do inglês: Runlevels) servem basicamente para es-
pecificar como o sistema deve se comportar durante o boot, execução e
desligamento. Existem 7 níveis de operação (runlevels) que podem ser
utilizadas no Linux, descritos na tabela 1.
Runlevel Descrição
0 Desligamento do sistema.
1 Modo monousuário.
2-5 Modo multiusuário (tem diferentes utilizações variando de
acordo com a distribuição utilizada).
6 Reinicialização do sistema.
Tabela 1: Detalhamento dos níveis de operação.
Como exemplo: para que a máquina seja desligada com segurança,
todos os dados pendentes devem ser escritos em disco, todos os servi-
ços devem ser parados, o kernel deve instruir o hardware a interromper
quaisquer envios de instruções à CPU de forma ordenada e tudo deve
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ser escrito em log para que o administrador tenha rastreabilidade do que
está acontecendo durante estas etapas. Estas tarefas são executadas no
runlevel 0, que significa “Desligamento do Sistema Operacional.”
O processo init (primeiro processo invocado pelo kernel após o boot e
processo pai de todos os processos ativos no sistema) é quem invoca e
aplica esse runlevel, executando todos os scripts necessários para que o
sistema entre nesse nível de execução.
Podemos encontrar os scripts de inicialização em /etc/rc*.d, onde ”*”re-
presenta o número de identificação do runlevel.
Figura 4: Diretórios com os scripts de cada runlevel.
Dentro de cada diretório, estão alocados os scripts que serão execu-
tados naquele runlevel, como ilustrado na figura 5.
Figura 5: Lista de scripts de runlevel0.
Nos arquivos demonstrados na figura 5, existe um prefixo comum en-
volvendo a letra ”k”. Esse prefixo, indica que estes scripts realizam uma
operação com o Kill, enviando o sinal 15 (SIGTERM) para o processo, in-
dicando que ele deve encerrar por si só as suas atividades, mas enviando
o sinal 9 (SIGKILL) novamente, caso este não responda.
Esse prefixoainda pode variar para S, caso o runlevel seja 2 (ilustrado
na figura 6). Neste caso, o prefixo ”S”é de Start, para iniciar o processo.
Figura 6: Lista de scripts de runlevel 2.
O número seguido da letra indica a ordem de execução de cada script.
Caso existam dois com a mesma numeração, eles serão executados si-
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multaneamente, uma vez que não exista dependência entre eles. Seguida
do número, vem o nome do processo a ser executado pelo script.
Todos os scripts nestes diretórios são apenas links simbólicos para os
arquivos em /etc/init.d/. Estes não devem ser alterados, exceto se o usuá-
rio saiba muito bem o que está fazendo.
Figura 7: Conteúdo do diretório /etc/init.d/.
Para alternar entre runlevels, basta executar init .
A figura 8 exibe a entrada no runlevel 1, utilizado para manutenção do
sistema, desconectando todos os usuários (menos o root).
Figura 8: Ubuntu Server 22.04 entrando em runlevel 1.
Outros comandos podem forçar o sistema a entrar em runlevels especí-
ficos, como o halt, que desliga o sistema. O que o halt faz é simplesmente,
invocar o init 0. O comando shutdown, que desliga/reinicia o sistema, pode
receber parâmetros que invocam tanto o init 0 quanto o init 6. A figura 9
exibe o sistema entrando no runlevel 6, ou seja, sendo reiniciado.
Para verificar em qual runlevel o sistema se encontra, podemos utilizar
o comando runlevel (veja figura 10).
Neste exemplo, o primeiro caractere (N) exibirá o penúltimo runlevel
ao qual o sistema se encontrava. Neste caso, N representa que o sistema
não mudou de runlevel desde o boot. O n uemro 5 representa o runlevel
atual do sistema.
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Figura 9: Ubuntu Server 22.04 entrando em runlevel 6.
Figura 10: Runlevel atual do sistema.
3 Agendamento de tarefas
OCrontab nos permite agendar as tarefas para que elas sejam executadas
automaticamente. O usuário pode, por exemplo, configurar o sistema para
que um lembrete seja impresso na tela com a frequência de dias e horários
que ele quiser. O mesmo pode ser feito para agendar scripts e comandos
do Linux.
O crontab trata-se de um programa do Linux executável em segundo
plano (ou seja, um daemon), capaz de executar tarefas automaticamente.
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Quando iniciado, o Cron faz uma varredura (a cada minuto) pelos dire-
tórios que possam conter arquivos nos quais estão guardados os scripts
agendados pelo usuário.
O propósito da examinação não é somente o de encontrar tarefas no-
vas, mas, principalmente, de saber se há alguma atividade programada
para o momento.
Vale destacar, também, que o Cron é um programa de nível multiusuá-
rio. Isso significa que cada usuário pode agendar suas tarefas individu-
almente, graças ao próprio arquivo onde são armazenados os scripts: o
Crontab.
Portanto, o Crontab é uma ferramenta para gerar arquivos a serem
lidos pelo Cron. Como o próprio nome diz, a estrutura do Crontab con-
siste em tabelas. Nessas tabelas são preenchidas todas as informações
referentes à tarefa:
• minutos;
• horas;
• dias do mês;
• mês;
• dias da semana;
• usuário;
• comando.
Logo, quando o arquivo Crontab é gerado, o Cron faz a identificação
dele e, em seguida, interpreta os dados e parâmetros registrados na ta-
bela. Nitidamente, o Cron e o Crontab se baseiam na ideia de operador e
cronograma de trabalho.
A configuração padrão para arquivos do Cron está localizada no ar-
quivo /etc/crontab, a qual apresenta as informações mostradas na figura
11.
A primeira linha (SHELL) determina o sistema em que o ambiente Shell
será usado. A variável PATH é onde está definido o caminho usado para
executar comandos.
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Figura 11: Arquivo de configuração do cron.
Cada uma das demais linhas representa uma tarefa. Para interpretá-la,
é necessário entender a sintaxe do Crontab, conforme veremos a seguir.
Primeiramente, dividimos as informações em seis partes (da esquerda
para a direita):
Minuto (0 a 59) | Hora (0 a 23) | Dia (1 a 31) | Mês (1 a 12)| Dia da
semana (0 a 7) | Comando (comando a ser executado).
Ou seja, para cada campo será digitado um valor correspondente às
regras acima. Detalhe: o dia da semana oferece oito possibilidades, sendo
que os valores 0 e 7 significam domingo.
Observação: na configuração mostrada no início do tópico, nas linhas
que representam as tarefas há um elemento chamado “run-parts”. Ele
serve para executar scripts naqueles diretórios.
1. Exibição das tabelas do cron: Usando a opção -l, o arquivo crontab
do usuário será listado no terminal:
2. Deletar todas as tarefas: Para remover todas as tarefas agendadas
no arquivo crontab do usuário, liste-as usando a opção -l e, depois,
use a -r.
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3. Editar o arquivo crontab: Utilize a opção -e. Automaticamente um
editor de texto será aberto com o arquivo crontab.
3.1 Exemplo crontab
1. Crie um script bash chamado example.sh para escrever a data se-
guido da mensagem ”Hello world” conforme ilustrado na figura 12:
Figura 12: Conteúdo do arquivo example.sh
2. Mude a permissão do arquivo para que ele se torne um arquivo exe-
cutável utilizando o comando: sudo chmod 764 example.sh.
3. Adicione a execução desse arquivo como uma tarefa agendada no
crontab utilizando o comando: crontab -e.
4. Adicione a linha: */2 * * * * /home/aluno/example.sh » /home/aluno/output.log
2>1. Desta forma o script example.sh será executado a cada 2 minu-
tos e sua saída será escrita em um arquivo de log, conforme ilustrado
na figura 13.
5. Após algum tempo de execução, pode-se conferir a escrita no ar-
quivo de log a cada dois minutos, conforme ilustrado na figura 14.
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Figura 13: Edição do arquivo crontab.
Figura 14: Saída do script example.sh executado no cron.
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	Gerência de boot
	BIOS
	Registro Mestre de incialização
	Carregador de boot
	Primeiro estágio
	Segundo estágio
	Disco inicial
	Níveis de operação
	Agendamento de tarefas
	Exemplo crontab