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Ubuntu Linux 内核的加载背后隐藏着什么进程？

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Ubuntu Linux 内核的加载背后隐藏着什么进程？

加载和启动 Ubuntu Linux 内核在后台发生哪些具体步骤？

答案1

在没有 EFI 的传统 i386 和 amd64 架构计算机上从磁盘启动 Ubuntu Linux 内核

具有 EFI 功能的现代台式机和笔记本电脑。与使用了 20 多年的传统 BIOS 系统相比，这些系统实际上在其固件中有一个操作系统 - 能够一次性加载大量软件项目。此外，面对以某种方式获得存储启动软件能力的软件的攻击，这些系统可以在计算机上更安全地启动。

更传统的硬件固件较少，启动过程也比较缓慢。本文所述的系统在固件中运行自检，然后开始启动过程。

这是从软盘启动第一台 PC 的固件代码（软盘子系统重置后）：

   MOV AX,201H  
   SUB DX,DX  
   MOV ES,DX  
   MOV BS,OFFSET BOOT_LOCN  
   MOV CX,1  
   INT 13H  
   JNC H4

接下来是从重置开始的错误处理（4次重试）。

H4 的位置稍早一些，并且是：

   JMP BOOT_LOCN

BOOT_LOCN 定义为位置 7C00H

[1] IBM PC技术参考手册（1984年）

这里没有太多东西可以启动你的系统。存储介质的第一个扇区，即主引导记录，被读入计算机内存中的 0:7c00 位置，然后执行跳转到其开始位置。

据说启动是指通过引导程序来启动自己。要启动系统，必须正确发生一系列事件。一旦从磁盘加载了足够的代码并启动，系统就可以提供错误消息、提示和错误处理等内容。单个扇区没有足够的空间来容纳任何复杂的内容。

顺便说一句，代码最终发生了一些变化。DX 的高位字节被设置为 80H，以引用第一个磁盘而不是第一个软盘。当然，后来 PC 的 BIOS 还加入了弯曲几何和基于数据包的 I/O，用于更大的扇区地址，并允许它从 CD、USB 等启动。传统 PC 硬件上的想法仍然是一样的，读取第一个扇区并转移控制。

除此之外，直到 EFI 之前没有发生太多事情。

第一个扇区负责查找接下来应该发生什么，并至少加载第一个扇区，然后由该扇区加载多个扇区——然后您的系统就可以启动并运行了。这就是现代 Ubuntu 系统在近现代硬件上的启动方式。

膜生物反应器

资料来源：
http://bazaar.launchpad.net/~ubuntu-branches/ubuntu/utopic/grub2/utopic/view/head:/grub-core/boot/i386/pc/boot.S

第一个扇区是 MBR，下一个扇区是 Grub2 的第一部分。我应该补充一点，四个主分区也在 MBR 中定义，其中一个可以描述包含扩展分区链的磁盘区域。第一个扇区的地址是扇区 0。

可能出现的问题：
如果在 Grub 之后安装或重新安装 Windows，它会用自己的代码替换 Grub MBR 代码。这样，指向 Grub 代码的指针就消失了，新的 Windows 代码将搜索带有 Boot 标志的分区，从其开头加载扇区并将控制权转交给它。

在通常的安装中，grub 代码核心的其余部分会直接跟随，并且 Grub MBR 指向下一个扇区，即扇区 1。如果将 Grub 安装到分区，指针可能会发生变化。该 grub 指针位于 MBR 的 0x5c-0x60 中，必须进行相应的更改。

00000050  f7 c1 01 00 74 03 fe 46  10 66 00 80 01 00 00 00  |....t..F.f......|
                                               ^

4 字节指针可容纳的最大扇区数为 2^32，即 2,294,967,296 个扇区，或小于 2.2 x 10 12字节。以下 grub 代码必须位于磁盘的该部分内。

Grub2 core.img 启动

资料来源：
http://bazaar.launchpad.net/~ubuntu-branches/ubuntu/utopic/grub2/utopic/view/head:/grub-core/boot/i386/pc/diskboot.S

通常从扇区 1 开始（例如，如果您将 Grub2 安装到 /dev/sda）是 core.img 的各个部分。必须加载整个映像，grub 才会向您发出提示。在其第一个扇区的最后是一个阻止列表，即扇区和计数的列表，必须从中加载其余的映像。与 MBR 不同，扇区中有足够的空间来加载多组扇区。现在我们开始有所进展。扇区每隔 0x200 字节定位一次。每个区段用 16 个字节描述。

         |
00000360  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00000370  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00000380  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
00000390  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000003a0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000003b0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000003c0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000003d0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000003e0  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 00 00 00 00 00  |................|
000003f0  00 00 00 00 02 00 00 00  00 00 00 00 63 00 20 08  |............c. .|

可能出现的问题：
GPT 格式的驱动器的分区描述符位于第二个扇区开始处。在这种情况下，grub 映像必须位于分区中的其他位置。最好格式化一个小分区，以便 grub 保存其核心映像。将其放置在靠近磁盘开头的位置，这样您就不会想移动或打扰它。如果不将 grub 重新安装到该分区，就不能移动它。

如果在此位置安装了某些东西（例如整个磁盘加密系统），它将被清除。它可能必须在那里启动您的系统或访问您的数据。哎哟。

如果您稍后安装加密或其他使用该区域存储部分内容的软件，则核心 grub 将不再启动。

阻止列表为扇区号保留了 2 个长字，因此每个位都必须存储在驱动器开头的 2^21 TB 内。这在一段时间内应该足够了。它加载的大部分内容都经过了压缩。较旧的系统在 MBR 和第一个分区之间只有 1 个轨道 - 1 个 MBR 扇区的空间。这可能大约是 63 个扇区，而 63 个扇区是 Ubuntu 14.04 在撰写本文时加载的扇区。压缩是为了让映像中的整个 grub 内核以及几个方便的 grub 模块可以容纳。这将构成首次启动时的整个 grub 系统。

lzma_解压缩.image

资料来源：
http://bazaar.launchpad.net/~ubuntu-branches/ubuntu/utopic/grub2/utopic/view/head:/grub-core/boot/i386/pc/startup_raw.S
http://bazaar.launchpad.net/~ubuntu-branches/ubuntu/utopic/grub2/utopic/view/head:/grub-core/boot/i386/pc/lzma_decode.S

这是上一步加载内容的开始，通常位于扇区 2，即第三个扇区。

现在整个核心映像已全部加载。此部分将获取其后的其余信息并在内存中解压缩。

Grub2 启动

资料来源：
http://bazaar.launchpad.net/~ubuntu-branches/ubuntu/utopic/grub2/utopic/files/head:/grub-core/
http://www.gnu.org/software/grub/manual/html_node/index.html

此时，大量的 Grub2 代码已加载并解压。此代码包含几个与 grub2 内核一样长的模块。看起来像模块的是一个包含 grub 的短段字首. 这是一个类似这样的字符串：

(hd0,msdos5)

当 grub 启动时，如果您输入密钥，c您可以输入 grub 命令，如果您这样做并输入命令，set您可以看到在您的磁盘上安装 Grub2 代码时设置了什么前缀。（按ESC返回）。

Grub 现在可以访问和浏览多种文件系统，前缀是它开始查找的关键。

grub 从前缀描述的目录中加载 grub.cfg 文件。此文件由命令 (重新) 创建，update-grub该命令查找您可能想要从中启动的所有位置，并在文件定义的菜单结构中指定这些位置。该文件还指定是否应加载 grubenv 文件。该文件加载 grub2 环境，对于某些 grub 配置，可能包括上次成功加载的启动菜单。grub.cfg 文件还指示从同一目录加载更多 grub 模块。

如果需要做出选择，grub 现在可以显示菜单。

当您从菜单中选择一个项目时，该项目将用于运行该菜单项中的 grub 命令。这些命令可能会加载处理该菜单项所引用位置的内核和 initrd 映像所需的其他模块。

菜单项的最终命令特别令人感兴趣。

  1. linux 命令指定 grub 要加载的 linux 内核以及应传递的 linux 启动命令。Linux 内核命令中特别有趣的是 root= 参数。它将以内核的术语而不是 grub 的术语告诉内核应该以 root 身份挂载哪个分区。

  2. initrd 命令指定匹配的压缩 cpio initramfs 文件（称为 initrd.img-版本) 包含一个内存文件树，其中包含 Linux 内核启动所需的额外信息以及可能需要的内核模块。

  3. 然后，启动命令将 CPU 控制权转移到已加载的内核以进行启动。

可能出现的问题：
如果前缀错误，grub 将无法正常启动，也无法加载菜单或适当的模块。如果重新排序分区或删除了以前的分区，分区编号会发生变化，则会导致这种情况。如果指定分区中的信息已更改，也会导致这种情况。它应该始终与 grub-install 存储的内容相匹配，grub-install 被赋予了特定的安装目录。如果 grub 正在运行的分区上的实际 grub 代码发生了更改，则可能需要使用 重新安装 grub 到驱动器上grub-install。即便如此，如果您能找到正确的分区，您应该能够手动设置前缀并让 grub 工作。

运行 Grub2 时需要了解的事项：

  1. 输入命令pager=1以避免物品从屏幕顶部滚落。
  2. 输入命令debug=all来发出调试消息，为您提供有关输入命令时发生的情况的额外信息。

内核启动

内核初始化过程一般以通用方式开始，并在书籍等中进行了描述。稍后，它会引用 initrd 文件系统映像中的 Debian 和 Ubuntu 特定信息。部分内容：找到指定用于根目录的分区，检查是否需要，并挂载以进行写入，将内存日志复制到该分区，然后运行 ​​upstart。Upstart 接管系统初始化，包括在其 /etc/init/rc-sysinit.conf 作业中运行 /etc/rc.#/ 目录中的传统脚本。

可能出现的问题：
grub 最常见的问题可能是 grub 传递给内核的 root= kernel 命令错误。这可能导致内核初始化提前停止，并提示busybox找不到所需系统的根目录。

[1] IBM 个人计算机硬件参考库：技术参考；部件号 6361453 (1984)，第 5-50 页（针对 IBM 5150 个人计算机，当时唯一的“PC™”）
http://www.minuszerodegrees.net/manuals/IBM_5150_Technical_Reference_6322507_APR84.pdf第 143 页

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