Внутреннее устройство Linux

Вопрос о файловой системе более сложен. Многие современные загрузчики системы способны читать таблицы разделов, а также имеют встроенную поддержку доступа к файловым системам в режиме «только чтение». Следовательно, они могут находить и читать файлы. Такая возможность значительно облегчает динамическую конфигурацию и улучшение загрузчика системы. Загрузчики системы Linux не всегда обладали этой возможностью; без нее настройка загрузчика была намного более сложной.

5.4.1. Задачи загрузчика системы

Основные функции загрузчика системы Linux содержат следующие возможности:

• выбор среди нескольких ядер;

• переключение между наборами параметров ядра;

• разрешение ручного переопределения и редактирование имен образов ядра и его параметров пользователем (например, чтобы войти в режим одиночного пользователя);

• поддержка загрузки других операционных систем.

Загрузчики системы стали более сложными по сравнению с начальными вариантами ядра Linux. Появились такие функции, как история и меню, однако главной потребностью всегда остается гибкость образа ядра и выбор его параметров. Интересным фактом является то, что некоторые возможности были ослаблены. Поскольку теперь вы можете, например, выполнять аварийную или восстановительную загрузку частично или полностью с USB-накопителя, вам, вероятно, не придется беспокоиться о том, чтобы вручную вводить параметры ядра или переходить в режим одиночного пользователя. К тому же современные загрузчики предлагают больше возможностей, чем когда-либо ранее. Это может быть чрезвычайно удобно, если вы разрабатываете пользовательское ядро или желаете настроить параметры.

5.4.2. Общий обзор загрузчиков системы

Приведем перечень основных загрузчиков системы, которые могут вам встретиться, в порядке их популярности:

• GRUB — почти универсальный стандарт для систем Linux;

 LILO — один из первых загрузчиков системы Linux. Версия ELILO предназначена для интерфейса UEFI;

 SYSLINUX — может быть настроен для запуска в множестве различных типов файловых систем;

 LOADLIN — загружает ядро из оболочки MS-DOS;

 efilinux — загрузчик с интерфейсом UEFI, призванный быть моделью и эталоном для других загрузчиков с интерфейсом UEFI;

 coreboot (ранее назывался LinuxBIOS) — высокопроизводительная замена системы BIOS в персональных компьютерах. Может содержать ядро;

 Linux Kernel EFISTUB — плагин ядра для загрузки напрямую из системного раздела ESP (EFI/UEFI System Partition), имеющегося в современных системах.

В этой книге речь пойдет исключительно о загрузчике GRUB. Основная причина для использования других загрузчиков системы заключается либо в более простом их конфигурировании, по сравнению с GRUB, либо в быстроте работы.

Чтобы ввести имя ядра и параметры, вам сначала необходимо узнать, как попасть в строку приглашения загрузчика. К сожалению, иногда это бывает сложно выяснить, поскольку различные версии Linux по-разному настраивают поведение загрузчика и его отображение.

В следующих разделах вы узнаете о том, как оказаться в строке приглашения загрузчика, чтобы ввести имя ядра и параметры. Когда вы освоитесь с этим, вы изучите настройку и установку загрузчика системы.

5.5. Первое знакомство с загрузчиком GRUB

Аббревиатура GRUB означает Grand Unified Boot Loader (Большой унифицированный загрузчик системы). Мы рассмотрим версию GRUB 2; есть также более старая версия GRUB Legacy, использование которой постепенно сходит на нет.

Одной из наиболее важных возможностей загрузчика GRUB является навигация по файловой системе, которая позволяет намного проще выбирать ядро и настраивать параметры. Лучший способ увидеть это в действии и узнать в общих чертах о загрузчике GRUB — заглянуть в его меню. Интерфейс снабжен простой навигацией, однако есть большая вероятность того, что вы никогда его раньше не видели. Системы Linux изо всех сил стараются скрыть от вас свой загрузчик.

Чтобы получить доступ к меню загрузчика GRUB, нажмите клавишу Shift и удерживайте ее, когда появится начальный экран системы BIOS или прошивки. В противном случае процесс настройки загрузчика может не сделать паузы перед загрузкой ядра. На рис. 5.1 показано меню загрузчика GRUB. Нажмите клавишу Esc, чтобы временно отключить автоматическое истечение времени ожидания загрузки после появления меню.

Рис. 5.1. Меню загрузчика GRUB

Попробуйте следующим образом исследовать загрузчик системы.

1. Перезагрузите или включите компьютер с Linux.

2. Удерживайте нажатой клавишу Shift при появлении начального экрана системы BIOS или самопроверки прошивки и/или экрана загрузки, чтобы попасть в меню загрузчика GRUB.

3. Нажмите клавишу E, чтобы увидеть команды конфигурирования загрузчика для принятого по умолчанию варианта загрузки. Должно появиться что-то вроде показанного на рис. 5.2.

Этот экран говорит нам о том, что для данной конфигурации корневой каталог установлен с помощью идентификатора UUID, образ ядра называется /boot/vmlinuz-3.2.0-31-generic-pae, а параметры ядра содержат ro, quiet и splash. Начальной файловой системой оперативной памяти является /boot/initrd.img-3.2.0-31-generic-pae. Если вы раньше никогда не встречали подобного рода конфигурацию, она может показаться немного запутанной. Почему несколько раз встречается параметр root, причем в разных вариантах? Почему здесь указан параметр insmod? Разве эта функция ядра не запускается обычно менеджером udevd?

Двойные записи оправданны, поскольку загрузчик GRUB в действительности не использует ядро Linux — он его запускает. Конфигурация, которую вы видите, полностью состоит из внутренних команд загрузчика GRUB. Этот загрузчик представляет собой совершенно особый мир.

Рис. 5.2. Редактор конфигурации загрузчика GRUB

Путаница возникает вследствие того, что загрузчик GRUB заимствует терминологию из нескольких источников. У него есть собственное «ядро» и собственная команда insmod, чтобы динамически загружать модули GRUB, совершенно независимо от ядра Linux. Многие команды загрузчика GRUB похожи на команды оболочки Unix; есть даже команда ls для отображения списка файлов.

Больше всего путаницы возникает из-за применения слова root. Чтобы прояснить ситуацию, следуйте одному простому правилу при отыскании корневой файловой системы: только корневой параметр ядра будет корневой файловой системой при загрузке.

В приведенной конфигурации загрузчика GRUB такой корневой параметр располагается где-то после имени образа в команде linux. Любая другая ссылка на root в этой конфигурации относится к корневому каталогу загрузчика GRUB, который существует только внутри загрузчика. «Корень» загрузчика GRUB — это файловая система, в которой загрузчик отыскивает файлы образов ядра и файловой системы оперативной памяти.

На рис. 5.2 корневой каталог загрузчика GRUB сначала настроен на специфичное для загрузчика устройство (hd0, msdos1). В следующей команде загрузчик отыскивает конкретный идентификатор UUID для раздела. Если такой идентификатор находится, то корневой каталог загрузчика настраивается на этот раздел.

В завершение первый аргумент команды linux (/boot/vmlinuz-…) задает расположение файла образа ядра Linux. Загрузчик GRUB загружает этот файл из своего корневого каталога. Команда initrd действует подобным образом, отвечая за файл для начальной файловой системы оперативной памяти.

Эту конфигурацию можно редактировать внутри загрузчика GRUB; обычно это самый простой способ временно исправить ошибку при загрузке. Чтобы полностью устранить такую ошибку, вам потребуется изменить конфигурацию (см. подраздел 5.5.2), но сейчас копнем поглубже и исследуем некоторые внутренние части загрузчика GRUB с помощью интерфейса командной строки.

5.5.1. Выявление устройств и разделов с помощью командной строки загрузчика GRUB

Как можно заметить на рис. 5.2, загрузчик GRUB обладает собственной схемой адресации устройств. Например, первый обнаруженный жесткий диск назван hd0, следующий — hd1 и т. д. Однако назначения устройств могут измениться. К счастью, загрузчик GRUB может выполнить поиск идентификаторов UUID во всех разделах, чтобы обнаружить именно тот, на котором расположено ядро, как вы только что убедились на примере команды search.

Перечисление устройств

Чтобы получить представление о том, как загрузчик GRUB ссылается на устройства в вашей системе, получите доступ к командной строке загрузчика, нажав клавишу C в меню загрузки или в редакторе конфигурации. Вы должны увидеть такое приглашение загрузчика GRUB:

grub>

Здесь можно ввести любую команду, которую вы видите в конфигурации, но для начала попробуйте диагностическую команду ls. Если не указывать аргументы, результатом работы станет перечень устройств, известных загрузчику GRUB:

grub> ls

(hd0) (hd0,msdos1) (hd0,msdos5)

В данном случае присутствует одно основное дисковое устройство, обозначенное как (hd0), а также разделы (hd0,msdos1) и (hd0,msdos5). Префикс msdos в названиях разделов говорит о том, что такой диск содержит таблицу разделов MBR; для таблицы GBT название начиналось бы с префикса gpt. Могут также встретиться более сложные комбинации с третьим идентификатором, когда карта разметки диска располагается внутри раздела; но вам, как правило, не придется об этом беспокоиться, если вы не запускаете несколько операционных систем на одном компьютере.

Чтобы получить более детальную информацию, используйте команду ls — l. Эта команда может оказаться исключительно полезной, поскольку она отображает идентификаторы UUID для разделов диска. Например, так:

grub> ls — l

Device hd0: Not a known filesystem — Total size 426743808 sectors

Partition hd0,msdos1: Filesystem type ext2 — Last modification time

2015-09-18 20:45:00 Friday, UUID 4898e145-b064-45bd-b7b4-7326b00273b7 -

Partition start at 2048–Total size 424644608 sectors

Partition hd0,msdos5: Not a known filesystem — Partition start at

424648704–Total size 2093056 sectors

Данный конкретный диск имеет файловую систему Linux ext2/3/4 в первом разделе MBR, а также сигнатуру области подкачки в разделе 5, что является довольно распространенной конфигурацией. Хотя на основе этого вывода нельзя сказать, что раздел (hd0,msdos5) является областью подкачки.

Файловая навигация

Рассмотрим навигационные возможности файловой системы загрузчика GRUB. Определите корневой каталог загрузчика с помощью команды echo (вспомните, что именно в нем загрузчик ожидает найти ядро системы):

grub> echo $root

hd0,msdos1

Чтобы использовать команду ls загрузчика GRUB для перечисления файлов и каталогов в этом корневом каталоге, следует снабдить ее после названия раздела символом косой черты:

grub> ls (hd0,msdos1)/

Запоминать и набирать полное имя корневого раздела неудобно, поэтому для экономии времени используйте переменную root:

grub> ls ($root)/

Результатом работы будет краткий перечень имен файлов и каталогов файловой системы данного раздела, например etc/, bin/ и dev/. Следует понимать, что теперь это совершенно другая функция ls загрузчика GRUB: до этого перечислялись устройства, таблицы разделов и, возможно, некоторая заголовочная информация о файловой системе. Теперь же вы на самом деле смотрите на содержимое файловых систем.

Подобным образом можно заглянуть чуть глубже в файлы и каталоги раздела. Например, чтобы исследовать каталог /boot, начните с такой команды:

grub> ls ($root)/boot

примечание

Используйте клавиши ↑ и ↓, чтобы перемещаться по истории команд загрузчика GRUB, а также клавиши ← и →, чтобы редактировать командную строку. Стандартные комбинации клавиш (Ctrl+N, Ctrl+P и т. п.) также применимы.

Можно просмотреть все установленные для загрузчика переменные с помощью команды set:

grub> set

?=0

color_highlight=black/white

color_normal=white/black

— snip—

prefix=(hd0,msdos1)/boot/grub

root=hd0,msdos1

Одной из самых важных переменных является $prefix, которая определяет файловую систему и каталог, в котором загрузчик GRUB ожидает отыскать свою конфигурацию и дополнительную поддержку. Об этом пойдет речь в следующем разделе.

По окончании работы с командной строкой загрузчика GRUB введите команду boot, чтобы загрузить текущую конфигурацию, или нажмите клавишу Esc для возврата в меню загрузчика. В любом случае загрузите систему: мы собираемся исследовать конфигурацию загрузчика GRUB, а это лучше всего делать тогда, когда система доступна полностью.

5.5.2. Конфигурация загрузчика GRUB

Конфигурационный каталог загрузчика GRUB содержит центральный файл конфигурации (grub.cfg) и многочисленные загружаемые модули с суффиксами. mod. С выходом новых версий загрузчика GRUB такие модули будут перемещены в подкаталоги, например i386-pc. Каталог, как правило, называется /boot/grub или /boot/grub2. Мы не будем напрямую изменять файл grub.cfg, вместо этого воспользуемся командой grub-mkconfig или командой grub2-mkconfig в Fedora.

Обзор файла Grub.cfg

Сначала бегло просмотрите файл grub.cfg, чтобы понять, как загрузчик GRUB инициализирует свое меню и параметры ядра. Вы увидите, что файл grub.cfg состоит из команд загрузчика GRUB, которые обычно начинаются с нескольких шагов инициализации, а затем продолжаются рядом пунктов меню для различных конфигураций ядра и загрузки. Инициализация не является сложной: это набор определений функций и команд настройки видео, вроде этих:

if loadfont /usr/share/grub/unicode.pf2; then

set gfxmode=auto

load_video

insmod gfxterm

—snip—

Далее в этом файле вы должны увидеть доступные конфигурации загрузки, каждая из которых начинается с команды menuentry. Вы должны быть способны прочитать и понять данный пример, основываясь на том, что вы узнали из предыдущего раздела: