мета-данные страницы
  •  

Различия

Показаны различия между двумя версиями страницы.

Ссылка на это сравнение

Следующая версия		Предыдущая версия
notes:howlinuxworks:vol5 [2026/05/13 17:56] – создано radi0devnotes:howlinuxworks:vol5 [2026/05/14 14:36] (текущий) – radi0dev
Строка 1: Строка 1:
 ====== Глава 5: Загрузка ядра Linux ====== ====== Глава 5: Загрузка ядра Linux ======
  
 +Упрощенно процесс загрузки выглядит следующим образом:
 +  - BIOS или загрузочная программа компьютера загружается и запускает загрузчик.
 +  - Загрузчик находит образ ядра на диске, загружает его в память и запускает.
 +  - Ядро инициализирует устройства и их драйверы.
 +  - Ядро монтирует корневую файловую систему.
 +  - Ядро запускает программу под названием init с идентификатором процесса 1. Эта точка является началом пользовательского пространства.
 +  - Программа init приводит в действие остальные системные процессы.
 +  - В какой-то момент запускается процесс, позволяющий пользователю войти в систему, обычно в конце или ближе к концу процесса загрузки.
 +
 +===== 5.1 Сообщения при загрузке =====
 +
 +При запуске ''journalctl -k'' отображаются сообщения текущей загрузки, а при ''journalctl -b'' - можно просмотреть предыдущие загрузки.
 +
 +Если у вас нет системы systemd, можете поискать файл журнала ''/var/log/kern.log'' или выполнить команду ''dmesg'' для просмотра сообщений в //кольцевом буфере ядра//.
 +
 +===== 5.2 Параметры инициализации и загрузки ядра =====
 +
 +При запуске ядро Linux инициализируется в таком порядке:
 +  - Проверка процессора.
 +  - Проверка памяти.
 +  - Обнаружение шины устройства.
 +  - Обнаружение устройств.
 +  - Настройка вспомогательной подсистемы ядра (сеть и т.п.).
 +  - Монтирование корневой файловой системы.
 +  - Запуск пользовательского пространства.
 +
 +===== 5.3 Параметры ядра =====
 +
 +Вы можете изучить параметры, переданные в активное ядро вашей системы, просмотрев файл ''/proc/cmdline''.
 +
 +Обзор основных параметров загрузки ядра приведен  на странице руководства bootparam(7).
 +
 +Обнаружив незнакомый параметр, ядро Linux сохраняет его. Позже оно передает параметр программе init при запуске пользовательского пространства. Например, если вы добавляете параметр -s к параметрам ядра, оно передает init указание, что та должна запускаться в однопользовательском режиме.
 +
 +===== 5.4 Загрузчики =====
 +
 +В начале загрузки, до загрузки ядра и команды init, программа загрузчика запускает ядро. Задача загрузчика проста: ему нужно загрузить ядро в память с диска, а затем запустить его с набором определенных параметров. 
 +
 +Ядро находится в сжатом виде в корневом разделе (как правило) или в своем собственном разделе на диске. Таким образом загрузчику нужно получить доступ к диску не имея загруженного ядра и его драйверов диска. Для этого BIOS / UEFI использует LBA - универсальный простой способ доступа к данным с любого диска, но его производительность довольно низка. Это не проблема, поскольку загрузчики часто являются единственными программами, которые должны использовать этот режим для доступа к диску: после запуска ядро получает доступ к собственным высокопроизводительным драйверам.
 +
 +===== 5.5 Введение в загрузчик GRUB =====
 +
 +**GRUB** (Grand Unified Boot Loader) - главный унифицированный загрузчик. Рассматриваем GRUB 2.
 +
 +Основная возможность: навигация по ФС для выбора образа ядра и параметров.
 +
 +^ Система ^ Клавиша ^
 +| BIOS | Shift (удерживать при загрузке) |
 +| UEFI | Esc |
 +
 +В меню:
 +  * **e** - редактировать конфигурацию загрузки
 +  * **c** - открыть командную строку GRUB
 +
 +Путаница возникает из-за двух разных понятий **root**:
 +
 +^ Значение root ^ Область ^ Назначение ^
 +| GRUB root | Только GRUB | ФС, где GRUB ищет ядро и initrd |
 +| Kernel root | Параметр ядра | Корневая ФС системы (после загрузки) |
 +
 +**Пример конфигурации:**
 +  - ''set root=(hd0,msdos1)'' - GRUB root по устройству
 +  - ''search --set=root --fs-uuid UUID'' - GRUB root по UUID
 +  - ''linux /boot/vmlinuz-... root=UUID'' - параметр ядра (kernel root)
 +  - ''initrd /boot/initrd.img-...'' - начальная ФС ОП
 +
 +==== 5.5.1 Изучение устройств и разделов с помощью командной строки GRUB ====
 +
 +=== Схема адресации GRUB ===
 +
 +^ Обозначение ^ Описание ^
 +| ''(hd0)'' | Первый найденный жесткий диск |
 +| ''(hd0,msdos1)'' | Первый раздел MBR |
 +| ''(hd0,gpt1)'' | Первый раздел GPT (UEFI) |
 +
 +=== Основные команды ===
 +
 +**Список устройств:**
 +
 +<code bash>
 +grub> ls
 +(hd0) (hd0,msdos1)
 +
 +grub> ls -l
 +# Выводит UUID, тип ФС, размер разделов
 +</code>
 +
 +**Навигация по файлам:**
 +
 +<code bash>
 +grub> echo $root
 +hd0,msdos1
 +
 +grub> ls ($root)/
 +# Список файлов в корне раздела
 +
 +grub> ls ($root)/boot
 +# Содержимое /boot
 +
 +grub> set
 +# Все переменные GRUB
 +</code>
 +
 +**Важные переменные:**
 +  * ''$prefix'' - путь для конфигурации GRUB (обычно ''/boot/grub'')
 +  * ''$root'' - текущий корень GRUB
 +
 +**Завершение:**
 +  * **Esc** - вернуться в меню
 +  * **boot** - загрузить систему с текущей конфигурацией
 +
 +**История команд:** ↑ / ↓ (навигация), ← / → (редактирование), Ctrl+N/P
 +
 +==== 5.5.2 Конфигурация GRUB ====
 +
 +Каталог конфигурации GRUB обычно ''/boot/grub'' или ''/boot/grub2''. Содержит:
 +  * ''grub.cfg'' - главный файл конфигурации
 +  * ''i386-pc/'', ''x86_64-efi/'' - модули архитектуры (''.mod'')
 +  * Шрифты, информация о локализации
 +
 +**Не редактируйте grub.cfg напрямую** - используйте ''grub-mkconfig''.
 +
 +=== Структура grub.cfg ===
 +
 +Файл состоит из:
 +
 +^ Раздел ^ Содержимое ^
 +| Инициализация | Определения функций, переменные (''$font''), настройки видео |
 +| Меню загрузки | Команды ''menuentry'' и ''submenu'' |
 +
 +**Пример menuentry:**
 +
 +<code bash>
 +menuentry 'Ubuntu' --class ubuntu --class gnu-linux --class os {
 +    recordfail
 +    load_video
 +    insmod part_msdos
 +    insmod ext2
 +    set root='hd0,msdos1'
 +    search --no-floppy --fs-uuid --set=root UUID
 +    linux /boot/vmlinuz-... root=UUID=... ro quiet splash
 +    initrd /boot/initrd.img-...
 +}
 +</code>
 +
 +=== Регенерация конфигурации ===
 +
 +grub.cfg создается автоматически из скриптов ''/etc/grub.d/''. Каждый файл генерирует часть конфигурации:
 +
 +<code bash>
 +# Просмотр (не сохраняет)
 +grub-mkconfig
 +
 +# Сохранение новой конфигурации
 +grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
 +</code>
 +
 +**Порядок обработки:** числа в названиях влияют на последовательность (00_header, 10_linux, 40_custom и т.д.).
 +
 +=== Пользовательская конфигурация ===
 +
 +Два варианта добавления собственных пунктов меню:
 +
 +^ Файл ^ Способ ^ Стабильность ^
 +| ''/etc/grub.d/40_custom'' | Редактируемый сценарий | Низкая (обновления перепишут) |
 +| ''/boot/grub/custom.cfg'' | Загружается через ''41_custom'' | Высокая (видна при загрузке) |
 +
 +**Рекомендуемый способ:**
 +
 +<code bash>
 +# Отредактировать
 +nano /boot/grub/custom.cfg
 +
 +# Регенерировать
 +grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg
 +
 +# Сделайте резервную копию старой конфигурации!
 +cp /boot/grub/grub.cfg /boot/grub/grub.cfg.bak
 +</code>
 +
 +Дополнительные скрипты в ''/etc/grub.d'' (напр., Ubuntu добавляет memtest86+).
 +
 +==== 5.5.3 Установка GRUB ====
 +
 +Установка GRUB требует указания целевого каталога, текущего устройства диска и (для UEFI) точки монтирования раздела EFI. GRUB - модульная система, поэтому нужно создать версию, способную читать файловую систему для загрузки конфигурации (grub.cfg) и модулей.
 +
 +=== Установка GRUB в систему ===
 +
 +Требуемые параметры:
 +
 +^ Параметр ^ Описание ^
 +| Целевой каталог GRUB | Обычно /boot/grub (может отличаться при установке на другой диск) |
 +| Текущее устройство диска | Необходимо определить целевой диск |
 +| Точка монтирования EFI | Для UEFI: обычно /boot/efi (требуется указать текущую точку) |
 +
 +Утилита **grub-install** автоматизирует установку. Например, для установки GRUB на MBR диска /dev/sda:
 +
 +<code bash>
 +# grub-install /dev/sda
 +</code>
 +
 +**ВНИМАНИЕ:** Неправильная установка нарушит загрузку системы. Создайте резервную копию MBR и подготовьте план аварийной загрузки.
 +
 +=== Установка GRUB на внешнее устройство (MBR) ===
 +
 +Для установки на внешний диск вне текущей системы укажите каталог GRUB вручную. Если целевое устройство /dev/sdc смонтировано на /mnt:
 +
 +<code bash>
 +# grub-install --boot-directory=/mnt/boot /dev/sdc
 +</code>
 +
 +=== Установка GRUB с помощью UEFI ===
 +
 +Установка UEFI требует сохранения конфигурации в NVRAM через **efibootmgr**. Команда grub-install выполняет это автоматически:
 +
 +<code bash>
 +# grub-install --efi-directory=efi_dir --bootloader-id=name
 +</code>
 +
 +Где:
 +  * **efi_dir** - каталог UEFI в текущей системе (обычно /boot/efi/EFI)
 +  * **name** - идентификатор загрузчика
 +
 +При установке UEFI могут возникнуть проблемы при переносе на другую систему и различия в процедуре для съемных носителей. Одной из главных проблем является функция безопасной загрузки UEFI.
 +
 +===== 5.6 Проблемы безопасной загрузки UEFI =====
 +
 +Безопасная загрузка UEFI требует цифровую подпись поставщика для запуска любого загрузчика. Microsoft обязал производителей оборудования использовать эту функцию для систем с Windows 8 и новее. Неподписанный загрузчик будет отклонен встроенным ПО и система не загрузится.
 +
 +Основные дистрибутивы Linux используют уже подписанные загрузчики (обычно GRUB для UEFI). Между UEFI и GRUB проходит небольшая подписанная часть данных, которую UEFI запускает в первую очередь.
 +
 +Безопасная загрузка защищает от несанкционированного ПО в ненадежной среде и требуемых системах безопасности. Некоторые дистрибутивы требуют подпись всей последовательности загрузки, включая ядро.
 +
 +**Недостатки:** особенно актуальны для экспериментов с собственными загрузчиками. Можно отключить в настройках UEFI, но это не сработает для двойной загрузки (например, с Windows).
 +
 +===== 5.7 Метод цепной загрузки других операционных систем =====
 +
 +UEFI поддерживает несколько загрузчиков в разделе EFI, но устаревший MBR этого не предусматривает. **Цепная загрузка (chainloading)** - это метод, при котором GRUB загружает и запускает другой загрузчик из определенного раздела вместо загрузки ядра Linux.
 +
 +Создайте новый пункт в конфигурации GRUB:
 +
 +<code bash>
 +menuentry "Windows" {
 +  insmod chain
 +  insmod ntfs
 +  set root=(hd0,3)
 +  chainloader +1
 +}
 +</code>
 +
 +Параметр **+1** загружает содержимое первого сектора раздела. Для прямой загрузки файла используйте:
 +
 +<code bash>
 +menuentry "DOS" {
 +  insmod chain
 +  insmod fat
 +  set root=(hd0,3)
 +  chainloader /io.sys
 +}
 +</code>
 +
 +===== 5.8 Детали работы загрузчика =====
 +
 +Загрузчики имеют два основных варианта: **MBR** и **UEFI**, разработанные для устранения недостатков традиционных механизмов загрузки ПК.
 +
 +==== 5.8.1 Загрузчик MBR ====
 +
 +MBR (Master Boot Record) содержит 441 байт кода, который BIOS загружает после самотестирования при включении (POST). Этого недостаточно для полного загрузчика, поэтому используется **многоэтапная загрузка**: небольшой код в MBR загружает остальную часть кода загрузчика, размещённую между MBR и первым разделом.
 +
 +**Проблема с GPT:** эта схема не работает с GPT диском при использовании традиционного BIOS, поскольку информация GPT находится после MBR. **Решение:** создать специальный **загрузочный раздел BIOS** с UUID `21686148-6449-E6F-744E-656564454649` для размещения полного кода загрузчика. Это встречается редко — обычно только на старых системах с дисками > 2 ТБ.
 +
 +==== 5.8.2 Загрузчик UEFI ====
 +
 +**UEFI (Unified EFI)** — замена традиционному BIOS, разработанная как расширяемый интерфейс прошивки. Сегодня это наиболее распространённый интерфейс. Включает встроенную оболочку, чтение таблиц разделов GPT и навигацию по файловым системам.
 +
 +^ Аспект ^ MBR ^ UEFI ^
 +| Расположение кода | Вне файловой системы (между MBR и разделом) | Специальная файловая система VFAT |
 +| Структура | Небольшой фрагмент в MBR загружает остаток | Системный раздел EFI (ESP) с каталогом /EFI |
 +| Монтирование в Linux | — | Обычно /boot/efi |
 +| Подкаталоги | — | /boot/efi/EFI/{microsoft,apple,ubuntu,grub} и т.д. |
 +| Файлы загрузчика | — | Расширение .efi (например, grubx64.efi, shimx64.efi) |
 +
 +**Примечание:** ESP отличается от загрузочного раздела BIOS — в системе будет только один из них.
 +
 +**Важно:** для UEFI необходимо установить версию загрузчика, написанную для UEFI (не BIOS). Требуется уведомить прошивку о новых загрузчиках и решить проблемы безопасной загрузки (см. раздел 5.6).
 +
 +==== 5.8.3 Как работает GRUB ====
 +
 +Процесс загрузки GRUB:
 +
 +  - PC BIOS или прошивка инициализирует оборудование и ищет загрузочный код
 +  - BIOS загружает и выполняет найденный код (GRUB)
 +  - Загружается ядро GRUB
 +  - Ядро инициализируется, получает доступ к дискам и файловым системам
 +  - GRUB идентифицирует загрузочный раздел и загружает конфигурацию
 +  - GRUB предоставляет пользователю возможность изменить конфигурацию
 +  - После тайм-аута или действий пользователя выполняется конфигурация (grub.cfg)
 +  - При необходимости загружаются дополнительные модули
 +  - Выполняется команда boot для загрузки ядра (параметр linux в конфигурации)
 +
 +**Расположение ядра GRUB** имеет три варианта:
 +
 +  * Между MBR и началом первого раздела
 +  * В обычном разделе
 +  * В специальном загрузочном разделе (BIOS boot partition, ESP или другой)
 +
 +При использовании **BIOS/MBR:** BIOS загружает 512 байт из MBR (boot.img), которые содержат начальное местоположение ядра GRUB и загружают его.
 +
 +При использовании **UEFI/ESP:** ядро GRUB хранится как файл в ESP. Прошивка перемещается по ESP и напрямую запускает весь загрузчик GRUB (возможна прослойка для обработки безопасной загрузки).
 +
 +**Дополнительный шаг:** перед загрузкой ядра может потребоваться загрузить начальный образ файловой системы оперативной памяти (параметр **initrd**).