12.2 Il Problema dell'Avvio

Accendere un computer e far partire il sistema operativo pone un dilemma interessante. Per definizione, il computer non sa fare nulla finché non viene avviato il sistema operativo. Questo include anche l'esecuzione dei programmi dal disco. Dunque se il computer non può eseguire un programma da disco senza il sistema operativo, ed i programmi del sistema operativo sono sul disco, come viene avviato il sistema operativo?

Questo è un problema analogo a quello descritto nel libro Le Avventure del Barone di Munchausen. Un personaggio era caduto in una botola, e ne era uscito tirandosi su da sé (in inglese “bootstrap”), riuscendo nell'intento solo con i propri sforzi. Nei primi giorni dei calcolatori al meccanismo usato per caricare il sistema operativo fu applicato il termine bootstrap, ed in seguito venne abbreviato in “booting” (in italiano “avvio”).

Su sistemi con hardware x86 il BIOS (Basic Input/Output System) è il responsabile del caricamento del sistema operativo. Per fare ciò, il BIOS cerca nel disco rigido il Master Boot Record (MBR), che deve essere in una specifica posizione sul disco. Il BIOS ha abbastanza conoscenze per caricare ed eseguire l'MBR, ed assume che l'MBR possa portare avanti il resto dei compiti relativi al caricamento del sistema operativo.

Se hai solo un sistema operativo installato sui tuoi dischi allora l'MBR standard sarà sufficiente. Questo MBR cerca la prima slice (partizione) avviabile sul disco, e poi esegue il codice su quella slice per caricare il resto del sistema operativo.

Se hai installato più sistemi operativi sui tuoi dischi allora puoi installare un MBR diverso, che mostra una lista dei diversi sistemi operativi, e ti permette di scegliere quale avviare. FreeBSD viene fornito con un simile MBR che può essere installato, ed altri fornitori di sistemi operativi forniscono MBR alternativi.

Il resto del sistema di avvio di FreeBSD è diviso in tre stadi. Il primo stadio viene eseguito dall'MBR, che sa solo il necessario per mettere il computer in un certo stato ed eseguire il secondo stadio. Quest'ultimo può fare poco di più, prima di eseguire il terzo. Il terzo stadio esaurisce il compito di caricare il sistema operativo. Il lavoro è diviso in queste tre parti perché gli standard dei PC pongono dei limiti alla dimensione dei programmi che possono essere eseguiti nei primi due stadi. Concatenando i compiti si permette a FreeBSD di fornire un loader più flessibile.

A questo punto viene avviato il kernel ed esso comincia a verificare i dispositivi e ad inizializzarli. Una volta che la procedura di avvio del kernel è finita, il kernel passa il controllo al processo utente init(8), che si assicura che i dischi siano in uno stato usabile. Poi init(8) avvia la configurazione delle risorse a livello utente che monta i file system, imposta le schede di rete per comunicare via rete, ed in generale fa partire tutti i processi che generalmente sono in esecuzione su un sistema FreeBSD all'avvio.