Внутреннее устройство Linux

menuentry 'Ubuntu, with Linux 3.2.0-34-generic-pae' —class ubuntu — class gnu-linux — class gnu

— class os {

recordfail

gfxmode $linux_gfx_mode

insmod gzio

insmod part_msdos

insmod ext2

set root='(hd0,msdos1)'

search — no-floppy — fs-uuid — set=root 70ccd6e7-6ae6-44f6-812c-51aab8036d29

linux /boot/vmlinuz-3.2.0-34-generic-pae root=UUID=70ccd6e7-6ae6-44f6-812c-51aab8036d29

ro quiet splash $vt_handoff

initrd /boot/initrd.img-3.2.0-34-generic-pae

}

Присмотритесь к командам submenu. Если ваш файл grub.cfg содержит множество команд menuentry, большинство из них, вероятно, свернуто внутри команды submenu. В старых версиях ядра это сделано для того, чтобы они не переполняли меню загрузчика GRUB.

Создание нового файла конфигурации

Если вы желаете внести изменения в конфигурацию загрузчика GRUB, не следует редактировать файл grub.cfg напрямую, поскольку он создается автоматически и система время от времени его перезаписывает. Необходимо дополнить конфигурацию где-либо в другом месте, а затем запустить команду grub-mkconfig, чтобы создать новый файл.

Чтобы понять, как происходит создание конфигурации, посмотрите в самое начало файла grub.cfg. Там должны быть строки с комментариями, например такими:

### BEGIN /etc/grub.d/00_header ###

Продолжая осмотр, вы обнаружите, что каждый файл в каталоге /etc/grub.d является сценарием оболочки, который производит фрагмент файла grub.cfg. Да и сама команда grub-mkconfig — это сценарий оболочки, который запускает все, что находится в каталоге /etc/grub.d.

Попробуйте запустить ее самостоятельно с правами корневого пользователя. Не беспокойтесь о том, что ваша текущая конфигурация будет перезаписана: данная команда всего лишь отображает конфигурацию в стандартном выводе.

# grub-mkconfig

Как быть, если вам необходимо добавить пункты меню и другие команды в конфигурацию загрузчика GRUB? Если отвечать кратко — следует указать необходимые вам настройки в новом файле custom.cfg и поместить его в каталог с конфигурацией загрузчика, например /boot/grub/custom.cfg.

Полный ответ выглядит немного сложнее. Конфигурационный каталог /etc/grub.d предлагает вам на выбор два варианта: 40_custom и 41_custom. Первый, 40_custom, является сценарием, который вы можете редактировать самостоятельно, но это, вероятно, наименее надежно: обновление пакета удалит все внесенные вами изменения. Сценарий 41_custom проще. Это всего лишь последовательность команд, загружающих файл custom.cfg при запуске загрузчика GRUB. Имейте в виду, что, если вы выберете второй вариант, изменения не отображаются, когда вы создаете файл конфигурации.

Эти варианты для создания пользовательского файла конфигурации не исчерпывают все возможности. Дополнения вы найдете в каталоге /etc/grub.d вашей версии системы. Так, например, Ubuntu добавляет в конфигурацию загрузки параметры для проверки памяти (memtest86+).

Чтобы записать и установить вновь созданный файл конфигурации GRUB, можно записать этот файл в каталог загрузчика GRUB, указав флаг — o в команде grub-mkconfig:

# grub-mkconfig — o /boot/grub/grub.cfg

Если же вы работаете в Ubuntu, просто запустите команду install-grub. В любом случае создайте резервную копию предыдущей конфигурации, убедитесь, что установка производится в правильный каталог, и продолжайте.

Теперь мы приступаем к рассмотрению дополнительных подробностей загрузчика GRUB и загрузчиков системы. Если вы устали от загрузчиков и от ядра, можете спокойно переходить к главе 6.

5.5.3. Установка загрузчика GRUB

Установка загрузчика GRUB является более сложной по сравнению с его настройкой. К счастью, вам, как правило, не придется об этом беспокоиться, поскольку ваше ПО должно выполнить это за вас. Однако если вы пытаетесь продублировать или восстановить загружаемый диск, а также подготавливаете собственную последовательность загрузки, вам может потребоваться установить загрузчик самостоятельно.

Прежде чем продолжать чтение, загляните в подраздел 5.8.3, чтобы получить представление о том, как загружается компьютер, и определить, какой тип загрузки вы применяете: MBR или EFI. Затем соберите ПО загрузчика GRUB и определите, где будет расположен каталог загрузчика; по умолчанию используется путь /boot/grub. Нет необходимости выполнять сборку загрузчика GRUB, если ваш дистрибутив делает это за вас. Если вы займетесь этим, загляните в главу 16, чтобы узнать о том, как выполняется сборка ПО на основе исходного программного кода. Убедитесь в том, что вы собираете верный целевой объект: он различен для загрузок MBR и UEFI (имеются также различия для 32- и 64-битного вариантов EFI).

Установка загрузчика GRUB в систему

При установке загрузчика системы необходимо, чтобы вы или установщик определили следующее.

• Целевой каталог загрузчика GRUB — каким его видит работающая в данный момент система. Обычно это каталог /boot/grub, но он может быть и другим, если вы устанавливаете загрузчик GRUB на другой диск или в другую операционную систему.

• Текущее устройство для целевого диска загрузчика GRUB.

• Для загрузки UEFI — текущую точку монтирования загрузочного раздела UEFI.

Помните о том, что загрузчик GRUB является модульной системой, но для загрузки модулей он должен читать файловую систему, которая содержит каталог загрузчика GRUB. Ваша задача заключается в создании версии загрузчика GRUB, которая способна читать эту файловую систему, чтобы иметь возможность загрузки остальной части своей конфигурации (файл grub.cfg) и любых необходимых модулей. В Linux это обычно означает, что нужно собрать версию загрузчика GRUB с предварительно загруженным модулем ext2.mod. Как только у вас будет такая версия, вам потребуется лишь поместить ее в загружаемую часть диска, а остальные необходимые файлы — в каталог /boot/grub.

Загрузчик GRUB снабжен утилитой под названием grub-install (не смешивайте с командой install-grub в Ubuntu), которая выполняет за вас основную часть работы по установке файлов загрузчика GRUB и его конфигурации. Например, если ваш текущий диск расположен в /dev/sda и вы желаете установить загрузчик GRUB на этот диск с текущим каталогом /boot/grub, используйте такую команду установки загрузчика GRUB для таблицы MBR:

# grub-install /dev/sda

внимание

Неправильная установка загрузчика GRUB может нарушить последовательность загрузки вашей системы, поэтому не относитесь к этой команде легкомысленно. Если же такое произошло, прочитайте о том, как создать резервную копию MBR с помощью команды dd, сделайте резервную копию любого другого установленного в данный момент каталога GRUB и убедитесь в том, что у вас есть план аварийной загрузки.

Установка загрузчика GRUB на внешнем устройстве хранения данных

Чтобы установить загрузчик GRUB на устройстве хранения вне текущей системы, необходимо вручную указать каталог загрузчика на таком устройстве, каким его видит ваша система. Допустим, у вас есть целевое устройство /dev/sdc, а корневая/загрузочная файловая система этого устройства (например, /dev/sdc1) смонтирована в каталоге /mnt вашей нынешней системы. Это подразумевает, что при установке загрузчика GRUB ваша система будет видеть файлы загрузчика в каталоге /mnt/boot/grub. При запуске команды grub-install сообщите ей, где расположены эти файлы, таким образом:

# grub-install — boot-directory=/mnt/boot /dev/sdc

Установка загрузчика GRUB в интерфейсе UEFI

Предполагается, что установка в интерфейсе UEFI происходит проще, поскольку вам потребуется лишь скопировать загрузчик системы на место. Помимо этого, необходимо также «известить» прошивку о загрузчике системы с помощью команды efibootmgr. Если команда grub-install доступна, она выполнит это, поэтому теоретически для установки загрузчика в раздел с интерфейсом UEFI вам необходимо запустить такую команду:

# grub-install — efi-directory=efi_dir — bootloader-id=name

Здесь параметр efi_dir задает расположение каталога UEFI, как он виден вашей системе (обычно это /boot/efi/efi, поскольку раздел UEFI часто монтируется в точке /boot/efi), а параметр name является идентификатором загрузчика системы, как рассказано в разделе 5.8.2. Загрузка в интерфейсе UEFI.

К сожалению, при установке загрузчика в интерфейсе UEFI может возникнуть множество проблем. Например, если вы устанавливаете его на диск, который в итоге окажется в другой системе, вы должны выяснить, как объявить данный загрузчик прошивке новой системы. Есть также отличия в процедуре установки для сменных накопителей.

Одной из самых больших проблем является безопасная загрузка интерфейса UEFI.

5.6. Проблемы с безопасной загрузкой UEFI

Одной из новейших проблем, влияющих на установку систем Linux, является функция безопасной загрузки, которая присутствует на современных компьютерах. Если она активна, то в интерфейсе UEFI данный механизм требует, чтобы загрузчики системы для возможности своего запуска были снабжены надежной цифровой подписью. Компания Microsoft требует, чтобы поставщики системы Windows 8 использовали безопасную загрузку. В результате, если вы попытаетесь установить неподписанный загрузчик системы (а в большинстве современных версий Linux это именно так), он не станет работать.

Простейший обходной путь для тех, кого не интересует Windows, состоит в отключении безопасной загрузки в настройках интерфейса EFI. Однако это не будет четко работать в системах с двухвариантной загрузкой, а также вряд ли устроит всех пользователей. По этой причине в дистрибутивах Linux предлагаются подписанные загрузчики системы. Одни представляют собой всего лишь внешний интерфейс к загрузчику GRUB, другие же предлагают полностью подписанную загрузочную последовательность (от загрузчика системы до ядра); есть также абсолютно новые загрузчики (некоторые основаны на интерфейсе efilinux).

5.7. Передача управления загрузчикам других операционных систем

Интерфейс UEFI позволяет сравнительно легко осуществить поддержку загрузки других операционных систем, поскольку в разделе EFI можно установить несколько загрузчиков системы. Тем не менее «старый стиль» MBR не поддерживает это, и даже при наличии интерфейса UEFI вам может потребоваться отдельный раздел с загрузчиком системы, который использует MBR. Можно сделать так, чтобы загрузчик GRUB загрузил и запустил другой загрузчик системы в определенном разделе диска с помощью передачи управления загрузчику.

Для передачи управления создайте новый пункт меню в конфигурации загрузчика GRUB (используя один из методов пункта «Обзор файла Grub.cfg» в подразделе 5.5.2). Вот пример для установленной в третьем разделе диска Windows:

menuentry "Windows" {

insmod chain

insmod ntfs

set root=(hd0,3)

chainloader +1

}

Параметр +1 в строке chainloader сообщает загрузчику, чтобы он загрузил то, что находится в первом секторе раздела. Можно также напрямую указать загрузку файла, использовав строку, подобную приведенной ниже для загрузчика io.sys системы MS-DOS:

menuentry "DOS" {

insmod chain

insmod fat

set root=(hd0,3)

chainloader /io.sys

}

5.8. Детали загрузчика системы

Теперь мы рассмотрим некоторые внутренние части загрузчика системы. Можете спокойно переходить к следующей главе, если данный материал вам неинтересен.

Чтобы понять, как работают загрузчики системы, подобные GRUB, сначала исследуем, как загружается персональный компьютер, когда вы его включаете. Вследствие неадекватности традиционных механизмов загрузки ПК есть несколько вариантов, однако основных схем две: MBR и UEFI.

5.8.1. Загрузка с применением таблицы MBR

В дополнение к информации о разделе, которая описана в разделе 4.1, таблица MBR (Master Boot Record, главная загрузочная запись) содержит небольшую область (441 байт), которую система BIOS выполняет по завершении проверки POST (Power-On Self-Test, самотестирование при включении питания). К сожалению, эта область слишком мала, чтобы разместить загрузчик системы, поэтому необходимо дополнительное пространство. В результате возникает то, что иногда называют многоэтапным загрузчиком системы. В этом случае начальный фрагмент кода в таблице MBR не делает ничего, кроме загрузки оставшейся части кода загрузчика системы. Эти фрагменты загрузчика обычно помещаются в область между таблицей MBR и первым разделом диска.

Это не слишком безопасно, поскольку данный код может перезаписать кто угодно. Однако большинство загрузчиков, включая версии GRUB, поступают именно так. Более того, эта схема не будет работать для диска с разделами GPT при использовании системы BIOS для загрузки, поскольку информация таблицы GPT размещена в области после таблицы MBR. Таблица GPT не затрагивает традиционную таблицу MBR в целях обратной совместимости.

Обходной путь для таблицы GPT состоит в создании небольшого загрузочного раздела BIOS со специальным идентификатором UUID, чтобы предоставить место для размещения полного кода загрузчика системы. Однако таблица GPT обычно используется с интерфейсом UEFI, а не с традиционной системой BIOS, это приводит нас к схеме загрузки с применением интерфейса UEFI.

5.8.2. Загрузка с применением интерфейса UEFI

Производители компьютеров и компании, занимающиеся разработкой ПО, осознали, что традиционная система BIOS является весьма ограниченной, поэтому они решили разработать замену под названием расширенный интерфейс прошивки (EFI, Extensible Firmware Interface). Этому интерфейсу потребовалось некоторое время, чтобы прижиться в ПК, а теперь он достаточно распространен. Текущим стандартом является унифицированный интерфейс UEFI (Unified EFI), содержащий такие функции, как встроенная оболочка, а также возможность чтения таблиц разделов и навигация по файловым системам. Схема GPT является частью стандарта UEFI.

Загрузка систем с интерфейсом UEFI происходит совершенно иначе, и понять ее гораздо проще. Вместо исполняемого кода загрузки, который расположен вне файловой системы, здесь всегда присутствует специальная файловая система под названием «системный раздел EFI» (ESP, EFI System Partition), содержащий каталог efi. Каждый загрузчик системы обладает идентификатором и соответствующим подкаталогом, например efi/microsoft, efi/apple или efi/grub. Файл загрузчика системы снабжен расширением. efi и располагается в одном из таких подкаталогов вместе с дополнительными файлами поддержки.

примечание

Раздел ESP отличается от загрузочного раздела BIOS, описанного в подразделе 5.8.1, и обладает другим идентификатором UUID.

Однако есть здесь некоторая тонкость: нельзя просто взять и поместить код старого загрузчика системы в раздел ESP, поскольку этот код был написан для интерфейса BIOS. Вместо этого вы должны предоставить загрузчик системы, написанный для интерфейса UEFI. Например, при использовании загрузчика GRUB вы должны установить UEFI-версию загрузчика GRUB, а не BIOS-версию. Помимо этого, следует «известить» прошивку о новых загрузчиках системы.

Как отмечалось в разделе 5.6, есть сложности с «безопасной загрузкой».

5.8.3. Как работает загрузчик GRUB

Подведем итог нашему обзору загрузчика GRUB, рассмотрев то, как он выполняет свою работу.

1. Система BIOS или прошивка ПК инициализирует аппаратные средства и выполняет поиск кода загрузки в устройствах хранения в указанной загрузочной последовательности.

2. Обнаружив код загрузки, система BIOS или прошивка загружают и исполняют его. Именно здесь в дело вступает загрузчик GRUB.