FachgrundlageSprint 2fachsystematische Phase⏱ 4 h

Hier verfolgst du, was zwischen Einschalten und Anmeldung passiert, und lernst, was eine Installation braucht: Firmware, Partitionen, Bootloader, Kernel, Treiber, Dienste und eine Installationsquelle.

Die Szene: ein Platz startet

Starte den Platz und verfolge Schritt für Schritt, wer an wen übergibt. Dann schalte Fehler zu und klick auf die Stelle im Ablauf, an der es hängt. Erst ausprobieren, dann unten nachlesen.

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Firmware, Bootloader, Kernel mit Treibern, Dienste und Anwendung bauen aufeinander auf. Ein Fehler in einer unteren Schicht sieht oben oft aus wie ein Fehler der Anwendung.

Vom Einschalten bis zur Anmeldung

Jeder Start läuft in derselben Reihenfolge ab. Die Tabelle zeigt, was in jeder Schicht passiert und woran du erkennst, dass es dort hängt.

UEFI, Secure Boot und TPM

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) hat das alte BIOS abgelöst. Es liest die Partitionstabelle selbst, findet auf der EFI-Systempartition die Startdateien und merkt sich die Starteinträge im NVRAM. Ist kein Eintrag passend, sucht es die Ausweichdatei \EFI\BOOT\BOOTX64.EFI. Das ist der Weg, über den ein USB-Stick startet.

Secure Boot lässt nur signierte Startdateien zu. Windows bringt Signaturen von Microsoft mit. Ubuntu startet über shim, das von Microsoft signiert ist und seinerseits GRUB und Kernel mit dem Schlüssel von Canonical prüft. Eigene oder fremde Kernelmodule ohne Signatur (zum Beispiel über DKMS gebaute Treiber) lädt der Kernel dann nicht, bis ihr einen eigenen Schlüssel als MOK (Machine Owner Key) einschreibt.

TPM 2.0 ist ein Sicherheitschip, der Schlüssel speichert und den Start misst. Windows 11 setzt UEFI, Secure-Boot-Fähigkeit und TPM 2.0 voraus, auch in einer VM.

# Ubuntu: Wurde im UEFI-Modus gestartet? Ist Secure Boot an?
[ -d /sys/firmware/efi ] && echo UEFI || echo Legacy
mokutil --sb-state
sudo efibootmgr -v

# Windows (PowerShell als Administrator)
Confirm-SecureBootUEFI
Get-Tpm
msinfo32   # Zeile BIOS-Modus und Sicherer Startzustand

GPT, MBR und die EFI-Systempartition

Die Partitionstabelle beschreibt, wo auf der Platte welche Partition liegt. MBR kennt vier primäre Partitionen und adressiert mit 32 Bit; bei Sektoren zu 512 Byte endet sie bei 2³² · 512 Byte = 2 TiB. GPT (GUID Partition Table) adressiert mit 64 Bit, sieht standardmäßig 128 Einträge vor und hält am Ende der Platte eine Kopie der Tabelle. Vorn steht ein schützender MBR, damit alte Werkzeuge die Platte nicht für leer halten.

UEFI startet von GPT. Dazu braucht es eine EFI-Systempartition (ESP), formatiert mit FAT32. Ubuntu 24.04 legt sie mit 1 GiB an und hängt sie unter /boot/efi ein. Windows legt auf GPT dazu eine kleine reservierte Partition (MSR, 16 MiB) und eine Wiederherstellungspartition (WinRE) an.

lsblk -f
sudo parted -l

# Windows (PowerShell)
Get-Disk | Select-Object Number, PartitionStyle, Size
Get-Partition -DiskNumber 0

Bootloader und Kernel

Der Bootloader lädt den Kernel. Bei Ubuntu ist das GRUB: Er zeigt bei Bedarf ein Menü, lädt Kernel und initramfs und gibt die Kernel-Kommandozeile mit (etwa root= und Optionen wie quiet). Die initramfs ist ein kleines Dateisystem im Arbeitsspeicher. Sie enthält die Treiber, die der Kernel braucht, um das eigentliche Wurzeldateisystem zu finden, etwa für LVM oder einen Speichercontroller. Danach wechselt der Kernel auf das echte Wurzeldateisystem.

Bei Windows liest der Windows-Boot-Manager den BCD-Speicher (Boot Configuration Data) auf der ESP und startet winload.efi. Das lädt den Kernel ntoskrnl.exe und alle als Starttreiber markierten Treiber, zum Beispiel für den Speichercontroller. Fehlt dieser Treiber, findet Windows seine eigene Platte nicht.

# Ubuntu
cat /proc/cmdline
uname -r
ls /boot

# Windows (Eingabeaufforderung als Administrator)
bcdedit /enum

systemd und die Windows-Dienste

Bei Ubuntu startet der Kernel als ersten Prozess systemd mit der Prozessnummer 1. systemd arbeitet mit Units (Dienste, Einhängepunkte, Timer) und Targets als Zielzuständen. Ein Server ohne Oberfläche fährt bis multi-user.target. Abhängigkeiten in den Units legen fest, was wann startet.

Bei Windows startet der Kernel smss.exe, dann wininit.exe mit services.exe, das die Dienste nach Starttyp (automatisch, verzögert, manuell, deaktiviert) startet, und winlogon.exe für die Anmeldung. Danach kommen die Autostart-Einträge des Benutzers.

# Ubuntu
systemctl get-default
systemctl --failed
systemd-analyze blame
journalctl -b -p err

# Windows (PowerShell)
Get-Service | Where-Object StartType -eq Automatic
Get-CimInstance Win32_StartupCommand

Treiber und Hardware-Unterstützung

Ein Treiber übersetzt zwischen Kernel und Gerät. Bei Linux stecken die meisten Treiber als Module im Kernel; Firmware für Geräte kommt aus dem Paket linux-firmware. Bei Windows bringt das Installationsmedium viele Treiber mit, weitere kommen als Treiberpaket (INF-Datei mit Katalog) vom Hersteller oder über Windows Update.

Prüfe vor der Installation, ob die Hardware unterstützt wird: Herstellerangaben zu Windows 11, die Liste zertifizierter Hardware für Ubuntu, und im Zweifel ein Probestart vom Installationsmedium. In der VM ist der wichtigste Treiber der für den virtuellen Speichercontroller: Unter Proxmox mit VirtIO sieht Windows Setup die Platte erst, wenn du den Treiber von der VirtIO-ISO lädst.

# Ubuntu: welches Gerät nutzt welchen Treiber?
lspci -k
lsmod | head
sudo dmesg | grep -i firmware

# Windows (Eingabeaufforderung als Administrator)
pnputil /enum-drivers
pnputil /add-driver C:\Treiber\*.inf /subdirs /install

Installationsquellen

Jede Quelle wird vor dem Einsatz geprüft: Die Prüfsumme (SHA-256) der heruntergeladenen ISO muss mit der Prüfsumme des Herstellers übereinstimmen.

sha256sum ubuntu-24.04-live-server-amd64.iso

# Windows (PowerShell)
Get-FileHash .\Win11_Deutsch_x64.iso -Algorithm SHA256

Unbeaufsichtigt installieren

Wer vierzig Plätze installiert, will nicht vierzigmal dieselben Fragen beantworten. Beide Systeme lesen die Antworten aus einer Datei. Ubuntu Server nutzt autoinstall: eine YAML-Datei user-data (dazu eine meist leere meta-data), die das Installationsprogramm über cloud-init liest, etwa von einem zweiten Laufwerk mit der Bezeichnung CIDATA oder über das Netz. Windows nutzt eine Antwortdatei autounattend.xml im Wurzelverzeichnis des Installationsmediums; sie ist in Durchläufe (Passes) wie windowsPE, specialize und oobeSystem gegliedert.

Für ein Image wird der Referenzplatz mit sysprep /generalize /oobe /shutdown verallgemeinert. Dabei werden rechnerspezifische Daten wie die Sicherheitskennung zurückgesetzt, damit nicht vierzig Plätze dieselbe Identität haben.

Der Software-Stack als Fehlerlandkarte

Firmware, Treiber, Betriebssystem und Anwendung hängen voneinander ab. Ein neues Firmware-Update kann einen Treiber stören, ein neuer Treiber kann den Start verhindern, und eine Anwendung, die nicht startet, kann an einem Dienst liegen, der nie gelaufen ist. Für die Fehlersuche heißt das: Beginne bei der Schicht, bis zu der der Start sichtbar gekommen ist, und arbeite dich nach unten, wenn die Belege nicht passen. Ändere immer nur eine Sache und halte fest, wie du zurückkommst.

// Kea DHCPv4, Ausschnitt: UEFI-x64-Plätze bekommen eine eigene Startdatei
"client-classes": [
  {
    "name": "uefi-x64",
    "test": "option[93].hex == 0x0007",
    "next-server": "10.30.0.11",
    "boot-file-name": "ipxe.efi"
  }
]

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