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Processus de Boot & Systemd

Référence complète pour la séquence de boot Linux et la gestion des services.

Linux Boot Process

Le Processus de Boot (Vue d'ensemble)

flowchart LR
    A[🔌 Mise sous Tension] --> B[⚡ BIOS/UEFI<br/>POST]
    B --> C[📦 Bootloader<br/>GRUB2]
    C --> D[🐧 Kernel<br/>vmlinuz]
    D --> E[💾 initramfs<br/>Drivers]
    E --> F[⚙️ Init<br/>Systemd (PID 1)]
    F --> G[🎯 Runlevel<br/>Target]
    G --> H[🖥️ Login]

Étape 1 : BIOS/UEFI

Power-On Self-Test (POST)

  • Initialise le matériel (CPU, RAM, stockage)
  • Cherche un périphérique bootable
  • Charge le bootloader depuis le MBR (BIOS) ou l'ESP (UEFI)
# Vérifier le mode de boot
[ -d /sys/firmware/efi ] && echo "UEFI" || echo "BIOS"

# Lister les entrées de boot UEFI
efibootmgr -v
BIOS (Legacy) UEFI
Partitionnement MBR Partitionnement GPT
Limite 2 To Limite 9 Zo
Pas de Secure Boot Secure Boot supporté
Premier secteur du disque Partition ESP (/boot/efi)

Étape 2 : GRUB2 (Bootloader)

Charge le kernel et l'initramfs en mémoire.

# Menu GRUB visible au boot
# Appuyer sur ESC ou SHIFT pour l'afficher

Étape 3 : Kernel + initramfs

Le kernel se décompresse et initialise le matériel.

initramfs (Initial RAM Filesystem) :

  • Système de fichiers temporaire en RAM
  • Contient les drivers nécessaires pour monter le vrai /
  • Une fois / monté, initramfs est libéré
# Voir les messages du kernel au boot
dmesg | head -100

# Messages d'erreur uniquement
dmesg --level=err,warn

# Avec timestamps lisibles
dmesg -T

# Suivre en temps réel
dmesg -w

dmesg pour le troubleshooting hardware

dmesg est votre premier réflexe pour :

  • Erreurs disque (I/O errors, bad sectors)
  • Problèmes USB
  • Erreurs mémoire (ECC)
  • Drivers manquants
  • Erreurs réseau (link up/down)
# Chercher des erreurs
dmesg | grep -iE "(error|fail|warn)"

# Problèmes disque
dmesg | grep -i "sda\|nvme\|ata"

Étape 4 : Systemd (PID 1)

Le premier processus. Orchestre le démarrage de tous les services.

# Vérifier que systemd est PID 1
ps -p 1 -o comm=
# Output: systemd

# Temps de boot total
systemd-analyze

Configuration GRUB2

Fichiers de Configuration

Fichier Usage
/boot/grub/grub.cfg Config générée (NE PAS ÉDITER)
/etc/default/grub Options par défaut (ÉDITER ICI)
/etc/grub.d/ Scripts de génération

Configuration Principale

# /etc/default/grub

GRUB_DEFAULT=0                          # Entrée par défaut (0 = première)
GRUB_TIMEOUT=5                          # Délai avant boot auto
GRUB_TIMEOUT_STYLE=menu                 # menu, countdown, hidden
GRUB_DISTRIBUTOR="Debian"
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet"      # Options kernel (mode normal)
GRUB_CMDLINE_LINUX=""                   # Options kernel (tous modes)
GRUB_DISABLE_RECOVERY="false"           # Afficher mode recovery

Paramètres Kernel Utiles

# Exemples de GRUB_CMDLINE_LINUX

# Mode silencieux + splash
"quiet splash"

# Debug complet (voir tout)
""

# Ancien nommage réseau (eth0 au lieu de enp0s3)
"net.ifnames=0 biosdevname=0"

# Désactiver C-States (performance)
"intel_idle.max_cstate=0 processor.max_cstate=0"

# Forcer mode texte (pas de GUI)
"systemd.unit=multi-user.target"

# Mode rescue
"single" ou "systemd.unit=rescue.target"

Appliquer les Changements

# Après modification de /etc/default/grub
sudo update-grub                    # Debian/Ubuntu

sudo grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg   # RHEL/CentOS

SecNumCloud : Protéger GRUB par mot de passe

Sans protection, n'importe qui avec accès physique peut :

  • Éditer les paramètres de boot (touche e)
  • Ajouter init=/bin/bash pour obtenir un shell root
  • Bypasser complètement l'authentification

Activer la protection :

# Générer le hash du mot de passe
grub-mkpasswd-pbkdf2

# Ajouter dans /etc/grub.d/40_custom
set superusers="admin"
password_pbkdf2 admin grub.pbkdf2.sha512.10000.HASH...

# Régénérer
sudo update-grub

Résultat : Modification des entrées GRUB requiert authentification.

Systemd : Le Cœur du Système

Architecture

Systemd Architecture

Linux Boot Process Flow

Gestion des Services

Tableau des États

Commande Action Effet
start Démarrer maintenant Actif jusqu'à arrêt/reboot
stop Arrêter maintenant Inactif jusqu'à redémarrage
restart Redémarrer Stop + Start
reload Recharger config Sans interruption (si supporté)
enable Activer au boot Créé symlink dans target
disable Désactiver au boot Supprime symlink
enable --now Enable + Start Les deux en une commande
mask Bloquer complètement Impossible à démarrer
unmask Débloquer Annule mask 
# Workflow typique
sudo systemctl enable nginx      # Active au boot
sudo systemctl start nginx       # Démarre maintenant
sudo systemctl status nginx      # Vérifie l'état

# Raccourci
sudo systemctl enable --now nginx

# Masquer un service (empêcher tout démarrage)
sudo systemctl mask bluetooth
# Résultat: ln -s /dev/null /etc/systemd/system/bluetooth.service

# Démasquer
sudo systemctl unmask bluetooth

États d'un Service

systemctl status nginx

# Output:
● nginx.service - A high performance web server
     Loaded: loaded (/lib/systemd/system/nginx.service; enabled; ...)
     Active: active (running) since Mon 2024-01-15 10:00:00 UTC; 2h ago
   Main PID: 1234 (nginx)
      Tasks: 5 (limit: 4915)
     Memory: 12.5M
        CPU: 1.234s
     CGroup: /system.slice/nginx.service
             ├─1234 nginx: master process
             └─1235 nginx: worker process
État Signification
loaded Unit file trouvé et parsé
enabled Démarre au boot
disabled Ne démarre pas au boot
masked Complètement bloqué
active (running) En cours d'exécution
active (exited) Oneshot terminé avec succès
inactive (dead) Arrêté
failed Échec au démarrage

Targets (Runlevels Systemd)

Les targets regroupent des services pour définir un état système.

Target Ancien Runlevel Description
poweroff.target 0 Arrêt
rescue.target 1 Single-user, maintenance
multi-user.target 3 Multi-user, réseau, sans GUI
graphical.target 5 Multi-user avec GUI
reboot.target 6 Redémarrage
emergency.target - Shell root minimal 
# Voir la target actuelle
systemctl get-default

# Changer la target par défaut
sudo systemctl set-default multi-user.target    # Serveur (sans GUI)
sudo systemctl set-default graphical.target     # Desktop (avec GUI)

# Changer de target immédiatement
sudo systemctl isolate multi-user.target        # Passer en mode texte
sudo systemctl isolate rescue.target            # Mode maintenance

# Voir les dépendances d'une target
systemctl list-dependencies graphical.target

Serveurs : Toujours multi-user.target

Sur un serveur, graphical.target gaspille des ressources.

sudo systemctl set-default multi-user.target

Analyse de Performance Boot

systemd-analyze

# Temps total de boot
systemd-analyze
# Startup finished in 3.456s (kernel) + 12.345s (userspace) = 15.801s

# Graphique détaillé (SVG)
systemd-analyze plot > boot.svg

systemd-analyze blame

Liste les services par temps de démarrage (les plus lents en premier).

systemd-analyze blame

# Output:
# 8.123s NetworkManager-wait-online.service
# 3.456s snapd.service
# 2.345s apt-daily-upgrade.service
# 1.234s dev-sda1.device
# ...

Suspects habituels

  • NetworkManager-wait-online.service - Attend la connexion réseau
  • snapd.service - Gestionnaire Snap
  • plymouth-*.service - Animation de boot
  • apt-daily*.service - Mises à jour automatiques

Optimisation : 

# Désactiver l'attente réseau (si non critique)
sudo systemctl disable NetworkManager-wait-online.service

# Désactiver snapd (si non utilisé)
sudo systemctl disable snapd.service

systemd-analyze critical-chain

Montre le chemin critique (ce qui bloque quoi).

systemd-analyze critical-chain

# Output:
graphical.target @15.801s
└─multi-user.target @15.800s
  └─nginx.service @15.500s +300ms
    └─network-online.target @15.400s
      └─NetworkManager-wait-online.service @7.100s +8.300s
        └─NetworkManager.service @6.900s +200ms
          └─dbus.service @6.800s +100ms
            └─basic.target @6.700s

Lecture : Le temps après @ indique quand l'unité a démarré. Le temps après + indique la durée.

Journald : Kit de Survie

Syntaxe de Base

journalctl [OPTIONS] [MATCHES]

Filtrer par Service (-u)

# Logs d'un service
journalctl -u nginx
journalctl -u ssh

# Plusieurs services
journalctl -u nginx -u php-fpm

# Avec le nom complet
journalctl -u nginx.service

Filtrer par Boot (-b)

# Boot actuel
journalctl -b

# Boot précédent
journalctl -b -1

# Avant-dernier boot
journalctl -b -2

# Lister les boots enregistrés
journalctl --list-boots

Suivre en Direct (-f)

# Comme tail -f
journalctl -f

# Service spécifique
journalctl -u nginx -f

# Depuis maintenant
journalctl -f -n 0

Filtrer par Priorité (-p)

Niveau Code Description
emerg 0 Système inutilisable
alert 1 Action immédiate requise
crit 2 Conditions critiques
err 3 Erreurs
warning 4 Avertissements
notice 5 Normal mais significatif
info 6 Informationnel
debug 7 Debug 
# Erreurs seulement
journalctl -p err

# Erreurs et plus grave
journalctl -p err..emerg

# Warnings et erreurs
journalctl -p warning

# Erreurs depuis ce boot
journalctl -b -p err

Filtrer par Temps

# Depuis une date
journalctl --since "2024-01-15"
journalctl --since "2024-01-15 10:00:00"

# Relatif
journalctl --since "1 hour ago"
journalctl --since "30 min ago"
journalctl --since yesterday

# Plage de temps
journalctl --since "2024-01-15" --until "2024-01-16"

# Dernières 24h
journalctl --since "24 hours ago"

Autres Options Utiles

# Dernières N lignes
journalctl -n 50

# Sans pagination (pour scripts)
journalctl --no-pager

# Format JSON
journalctl -o json-pretty

# Messages kernel uniquement
journalctl -k

# Output inversé (récent en premier)
journalctl -r

# Taille du journal
journalctl --disk-usage

# Nettoyer les vieux logs
sudo journalctl --vacuum-time=7d      # Garder 7 jours
sudo journalctl --vacuum-size=500M    # Limiter à 500MB

Combinaisons Courantes

# Debug: service qui crash
journalctl -u nginx -b -p err -f

# Tout voir depuis le dernier reboot
journalctl -b

# Erreurs kernel
journalctl -k -p err

# Authentification (SSH, sudo)
journalctl -u ssh --since "1 hour ago"

# Recherche texte
journalctl -u nginx | grep "error"

# Export pour analyse
journalctl -u nginx --since today > /tmp/nginx_logs.txt

Référence Rapide

# Analyse de boot
systemd-analyze                    # Temps total
systemd-analyze blame              # Services lents
systemd-analyze critical-chain     # Chemin critique

# Gestion des services
systemctl status nginx             # État
systemctl enable --now nginx       # Enable + Start
systemctl mask service             # Bloquer complètement

# Targets
systemctl get-default              # Target actuelle
systemctl set-default multi-user.target

# Logs
journalctl -u nginx -f             # Suivre service
journalctl -b -p err               # Erreurs ce boot
journalctl --since "1 hour ago"    # Dernière heure

# GRUB
sudo update-grub                   # Régénérer config
dmesg -T                           # Messages kernel

Voir aussi