文件系统如何支持“传统”风格的启动？

Question

我正在编写一个简单的操作系统引导程序（首先以传统模式启动）。在了解了启动过程之后（膜生物反应器正在加载可变比特率等）我开始研究不同文件系统的规格，以了解它们如何处理这种旧式的启动。

这是必要的，因为卷引导记录 (VBR) 按照设计位于磁盘上“活动”分区的第一个扇区中。换句话说，第一个扇区的字节（通常为 512 字节）实际上不是文件系统数据结构，而是操作系统的引导代码。

首先，我查看了 FAT 的简单性。令我惊讶的是，我发现了对“引导扇区“内置于规范中。具体来说，当您使用 FAT 文件系统格式化磁盘时，可以在开头为特殊代码块（如 VBR）“保留”一定数量的扇区。在这种情况下，所有文件系统数据结构都被此数量的保留块所取代。太棒了！这正是我所寻找的。

但是，我在其他文件系统（特别是 ext）中找不到类似的东西。这些其他文件系统必须支持“传统”风格的启动（例如，VBR 引导操作系统的空间），因为它们在 UEFI 启动规范之前就已经可用。

Answer 1

这些其他文件系统必须支持“传统”风格的启动（例如，VBR 引导操作系统的空间），因为它们在 UEFI 启动规范之前就已经可用。

不，他们不需要。参见GNU GRUB 手册 2.02：

传统上在 PC BIOS 平台上使用的分区表格式称为主引导记录 (MBR) 格式；这种格式允许最多四个主分区和附加逻辑分区。使用此分区表格式，有两种安装 GRUB 的方法：可以将其嵌入在 MBR 和第一个分区之间的区域（有各种名称，例如“引导轨道”、“MBR 间隙”或“嵌入区域”，通常至少为 31 KiB），或者可以将核心映像安装在文件系统中，并将组成它的块列表存储在该分区的第一个扇区中。

每种方法都有不同的问题。没有办法完全安全地在嵌入区域保留空间，而且一些专有软件会使用它来使用户难以绕过许可限制；有时系统在分区时会在第一个分区之前没有留下足够的空间。另一方面，安装到文件系统意味着 GRUB 的块很容易被文件系统功能（例如尾部打包）移动，甚至容易被激进的fsck实现移动，因此这种方法非常脆弱；而且这种方法只能在 /boot 文件系统与 BIOS 启动的磁盘相同时使用，这样 GRUB 就不必依赖于猜测 BIOS 驱动器号。

GRUB 开发团队通常建议将 GRUB 嵌入到第一个分区之前，除非您有特殊要求。您必须确保第一个分区从磁盘起始处开始至少 31 KiB（63 个扇区）；在现代磁盘上，将分区对齐到较大的边界上通常具有性能优势，因此第一个分区可能从磁盘起始处开始 1 MiB。

这意味着引导加载程序可能驻留在第一个 VBR 之前，甚至驻留在文件系统内部。