Linuxの基本

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Linuxは何でできているか：カーネル・シェル・ディストリビューション・ライセンス

Linuxは玉ねぎのように考えるとわかりやすくなります。中心にはCPU・メモリ・ディスク・ネットワークカードといったハードウェアがあり、それを直接操作するカーネルが包んでいます。その外側に、人が入力したコマンドを解釈するシェル（bashなど）があり、いちばん外側に私たちが使うプログラムがあります。

プログラムはハードウェアに直接触れません。ファイルを読んだりネットワークに送ったりする必要があるときは、カーネルにシステムコールで頼みます。カーネルがハードウェアを操作して、結果を返してくれます。だからプログラムが1つおかしくなっても、ハードウェアとほかのプログラムはカーネルが守ってくれます。下の図で、コマンドを切り替えてみてください。

ディストリビューション：カーネルにツールをまとめたもの

厳密にいうと、「Linux」はカーネルの名前です。カーネルだけでは使えないので、シェル・コマンドツール・パッケージマネージャー・インストーラーをまとめて提供しているものをディストリビューション（ディストロ）と呼びます。大きく2つの系統があり、このガイドでもコマンドが違うところは2つを並べて紹介します。

カーネルのバージョンは、5.15.0のように「メジャー.マイナー.パッチ」と読みます。以前はマイナー番号が偶数なら安定版というルールがありましたが、今は使われていません。kernel.orgは、最新の開発版（mainline）、安定版（stable）、長く保守される長期サポート版（longterm）に分けて公開しています。

フリーソフトウェアとGPL

Linuxカーネルはリーナス・トーバルズが1991年に公開しました。その上で動く多くのツールは、リチャード・ストールマンが始めたGNUプロジェクトから来ています。ストールマンはフリーソフトウェア財団（FSF）を設立し、その代表的なライセンスがGPLです。GPLのプログラムは誰でも使い、改変し、再配布できますが、改変したものを配布するときは、ソースコードも同じGPLの条件で公開しなければなりません。自由を次の人にも引き継がせるこの仕組みをコピーレフトといいます。

何でできているかを見ました。次は、電源を入れたときにこれらの層がどんな順番で目を覚ますのかを見ていきましょう。

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電源を入れると何が起きるか：起動の順序

電源を入れてからログイン画面が出るまでには、いくつかの段階が続きます。各段階が次の段階を見つけてバトンを渡すリレーなので、どの段階で止まったのかがわかれば、何が壊れたのかもわかります。

BIOS・MBRとUEFI・GPT：昔の方式と今の方式

名前が4つもあって難しそうに見えますが、2組に分けると単純です。BIOSとUEFIはマザーボードに組み込まれていて、電源を入れると最初に動くプログラム（ファームウェア）です。MBRとGPTは、ディスクの先頭に「このディスクはこう分かれている」と書いておく目次の形式（パーティションテーブル）です。昔の組み合わせはBIOS + MBR、今の組み合わせはUEFI + GPTが一般的です。2つの方式は、次の段階であるブートローダーの見つけ方が違います。

EFIシステムパーティションは、Linuxではふつう/boot/efiにマウントされています。試験では「UEFIで起動するとき、ブートローダーがある場所」としてよく出てきます。

ブートローダーGRUB2

こうして見つけられて実行されるブートローダーがGRUB2です。以前はLILOも使われていましたが、今はGRUB2が標準です。設定を変えるときに、つまずきやすいところが1つあります。起動時に実際に読まれるgrub.cfgは、直接編集しません。元になる/etc/default/grubを編集してから、grub2-mkconfig（Ubuntuではupdate-grub）を実行すると、grub.cfgが新しく生成されます。

ランレベルからターゲットへ

以前のinitは、「ランレベル」という数字でシステムの状態を分けていました。systemdはこれをターゲットに置き換え、古い名前も通じるように対応づけています。

デフォルトのターゲットはsystemctl get-defaultで確認し、systemctl set-defaultで変更します。故障したときに使うモードは2つあります。rescue.targetは、ファイルシステムをマウントし、最小限のサービスで管理者が1人で入るレスキューモードです。emergency.targetは、それよりもさらに少なく（ルートを読み取り専用でだけ）立ち上げる緊急モードです。/etc/fstabが間違っていて起動が止まると、たいてい緊急モードに落ちます。

起動のステップ3～4で、カーネルは「ルートファイルシステム」を見つけてマウントしました。次は、ディスクをどう分けて、どうつなぐのかを見ていきます。

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ディスクを分けてつなぐ：パーティション・ファイルシステム・ディレクトリ構造

新しいディスクは、そのままでは使えません。3つのステップを踏みます。まずディスクを区画（パーティション）に分け、各パーティションにファイルを入れるための形式（ファイルシステム）を作り（mkfs）、ディレクトリツリーのどこかにマウント（mount）します。WindowsのようにC:やD:のドライブが別々にあるのではなく、すべてのディスクが/から始まる1本の木の枝としてつながります。

ファイルシステムとスワップ

Linuxでよく使われるファイルシステムはext4とXFSです。どちらもジャーナリングファイルシステムで、変更する内容をまずジャーナルに書いておいてから反映します。だから突然電源が落ちても、ファイルシステムが壊れる危険が少なく、チェックも速く済みます。RHEL系はXFSをデフォルトで使います。XFSはサイズを大きくするのは簡単ですが、小さくすることは事実上できないと考えておきましょう（末尾の一部だけを縮める機能があるだけです）。スワップ（swap）は、メモリが足りないときに一時的に使うディスクの領域です。ディレクトリにはマウントせず、swaponで有効にします。

/etc/fstab：起動のたびにマウントする場所

mountコマンドでマウントしたものは、再起動すると外れてしまいます。起動のたびにマウントするには、/etc/fstabに1行ずつ書きます。1行は6つのフィールドです。

# デバイス（またはUUID）                   マウント先   種類        オプション dump  チェック順
UUID=4c2f…a91e                             /home        xfs         defaults  0     0
/dev/sdb1                                  /data        ext4        defaults,nofail  0  2

ここに書いたディスクがないと、起動が緊急モードで止まります（2章）。なくても困らないディスクにはnofailを付けておきます。デバイス名（/dev/sdb1）はディスクをつなぐ順番によって変わることがあるので、変わらないUUIDで書くほうが安全です。

ディレクトリ構造（FHS）

どのディストリビューションでも、ディレクトリごとに役割が決まっています（ファイルシステム階層標準、FHS）。

ディスクをつないだので、次はその中のファイルを見ていきます。実は、ファイルの名前とファイルの中身は別々の場所にあります。