GRUB  Grand Unified Bootloader

BIOS/UEFI

• • BIOS отвечает за базовый ввод/вывод данных с устройств/на устройства, выполняет первичную проверку и инициализацию аппаратного обеспечения, за тестирование работоспособности  отвечает POST (Power-on self-test).

  • BIOS загружает и выполняет загрузочную запись (MBR).

  • В случае BIOS прошивка загружает в оперативную память и выполняет загрузочный код с одного из разделов заданного загрузочного устройства, который содержит фазу 1 загрузчика Linux. Фаза 1 загружает фазу 2 (значительный по размеру код загрузчика). Некоторые загрузчики могут использовать для этого промежуточный этап (под названием фаза 1,5), поскольку современные диски большого объёма могут некорректно считываться без дальнейшего кода. В случае UEFI запускается загрузчик загруженный со служебного раздела (EFS), который выбирается согласно настройкам приоритета загрузки определенного в энергонезависимой памяти компьютера. При этом возможна загрузка не только специализированного загрузчика, но можно загрузить и непосредственно ядро Linux (для этого ядро должно быть собрано с опцией EFI_STUB).

BIOS:

• • Загрузчик 1-й фазы считывается BIOS из MBR (главной загрузочной записи). Он загружает оставшуюся часть загрузчика (2-ю фазу). Если вторая фаза находится на большом диске, иногда загружается промежуточная фаза 1,5, которая содержит дополнительный код, позволяющий считывать цилиндры с номерами более 1024 (диски LBA). Загрузчик фазы 1,5 хранится (если это необходимо) в MBR или в загрузочном разделе.

  • Выполняется вторая фаза загрузчика и отображает меню запуска GRUB. Оно также позволяет выбрать среду выполнения и просмотреть параметры системы. Когда операционная система выбрана, она загружается и ей передаётся управление.

PS: Операционная система опрашивает BIOS, чтобы получить информацию о конфигурации компьютера. Для каждого устройства она проверяет наличие драйвера. Если драйвер отсутствует, операционная система просит пользователя вставить гибкий диск или компакт-диск, содержащий драйвер. Если же все драйверы на месте, операционная система загружает их в ядро. Затем она инициализирует таблицы драйверов, создает все необходимые фоновые процессы и запускает программу ввода пароля или графический интерфейс на каждом терминале

    GRUB поддерживает и прямой, и цепной способ загрузки, а также LBA, ext2, и «истинно командно-ориентированную, до операционную среду на машинах x86». Он имеет три интерфейса: меню выбора, редактор настроек и командную консоль.

UEFI:

    Загруженный со служебного раздела EFS GRUB (специальная версия бинарного файла, который умеет загружать UEFI) содержит в себе все необходимые компоненты для доступа к файловой системе /boot где находятся конфигурация и дополнительные файлы загрузчика. Отображается меню загрузчика и отображает меню запуска GRUB. Оно также позволяет выбрать среду выполнения и просмотреть параметры системы. Когда операционная система выбрана, она загружается и ей передаётся управление.

MBR

• • Предполагается, что MBR берет на себя следующий этап, связанный с загрузкой операционной системы

  • MBR Master Boot Record - это первый сектор (первые 512 байт) устройства хранения данных. MBR - это участок памяти, зарезервированный для загрузчика операционной системы и таблицы разделов диска главная загрузочная запись, хранящаяся на жестком диске.

  • Размещена в 1-м секторе загрузочного диска, например /dev/hda или /dev/sda

  • MBR занимает меньше, чем 512 байтов. Она состоит из трех компонентов:

1) главная загрузочная информация,  в первых 446 байтах;

2) информация о таблице разделов  в следующих 64 байтах;

3) и последние 2 байта нужны для проверки корректности mbr.

• •  Далее, MBR загружает и выполняет загрузчик GRUB.

GRUB

• • GNU GRUB — эталонная реализация загрузчика, поддерживающего спецификацию Multiboot (обе версии), используемая в операционных системах GNU.

  • GRUB (Grand Unified Bootloader) - загружает и выполняет образы ядра и initrd.

  • Если система имеет более, чем одно ядро, GRUB предоставляет возможность выбирать, которое из них должно выполняться

  • GRUB понимает, что такое файловая система. GRUB, распознаёт распространённые файловые системы такие как, ext2 и ext3. Так как GRUB хранит свои данные в файле конфигурации, а не в загрузочной записи, и имеет интерфейс командной строки, и как следствие параметры GRUB легче править или изменить, если они  повреждены.

  • GRUB умеет по цепочке передавать управление другому загрузчику, что позволяет ему загружать Windows (через загрузчик NTLDR (NT Loader) или bootmgr), MS-DOS, OS/2 и другие

Конфигурационный файл Grub обычно лежит по пути /boot/grub/grub.conf, файл содержит путь к ядру и образу initrd.

При загрузке через UEFI:  В UEFI загрузчик сразу запускается в защищенном режиме (32- или 64-битном) и фактически загружается сразу все фазы загрузчика (с учетом загрузки со служебного раздела для загрузчика нет необходимости разбивать себя на отдельные фазы и размещать их в разных местах). В остальном процесс загрузки и инициализации ядра не отличается от варианта с BIOS.

Kernel

• • Ядро монтирует файловую систему в соответствии с настройкой «root=» в фале grub.conf

  • Выполняет программу /sbin/init, первый процесс, запущенный ядром PID 1.

$ ps -ef | grep init   ...........root 1 0 0 13:41 00:00:07 /sbin/init

• • initrd — это Initial RAM Disk, он же временный диск в оперативной памяти

initrd используется самим ядром в качестве временной корневой файловой системы, пока kernel не загрузится в реальную примонтированную файловую систему. Этот временный диск также содержит необходимые для загрузки драйверы, позволяющие получить доступ к разделам дисков и другому оборудованию Ядро ОС управляет главными функциями, такими как управление памятью, диспетчер задач, ввод-вывод, межпроцессное взаимодействие и общее управление системой. Загрузка проходит в несколько этапов: 

На первом ядро (в виде сжатого файла-образа) загружается в оперативную память и распаковывается, далее настраиваются такие базовые функции как основное управление памятью. Затем управление в последний раз передается основному процессу запуска ядра. Как только ядро становится полностью работоспособным (т. е. загруженным и выполнившим свой код), оно находит и запускает процесс init, который самостоятельно настраивает пользовательское пространство и процессы, необходимые для функционирования пользовательского окружения и итогового входа в систему. Само ядро переходит в режим бездействия и готовности к вызовам со стороны других процессов.

Ядро при загрузке обычно имеет вид файла-образа, сжатого в формат zImage или bzImage с помощью zlib. В нём содержится головная программа, которая проводит минимальную настройку оборудования, распаковывает образ целиком в верхнюю память и монтирует RAM-диск, если он предусмотрен. После этого она выполняет запуск ядра посредством ./arch/x86/boot/head и процесса startup_32() (для процессоров семейства x86).

Init

https://sites.google.com/site/processy

http://unixgems.jinr.ru/oss/linux/lig/node284.html

    Init является родителем всех процессов. Его главная задача — создавать процессы по сценарию из файла /etc/inittab. В этом файле обычно содержатся записи, указывающие init породить getty для каждой линии, по которой пользователи могут входить в систему. Он также контролирует автономные процессы, требуемые какой-либо системе.

    Уровень выполнения (run level) программная конфигурация системы, которая позволяет существовать только заданной группе процессов. Процессы, порождаемые init на каждом из таких уровней выполнения, определяются в файле /etc/inittab. Есть следующие уровни выполнения:

0 – прервать выполнение

1 – Однопользовательский режим (Single user mode), или  консоль восстановления

2 – Многопользовательский режим без поддержки NFS

3 – Полноценный многопользовательский режим

4 – не используется

5 – X11

6 – перезагрузка

    Init определяет уровень выполнения по умолчанию исходя из /etc/inittab и использует его для загрузки всех необходимых программ.

PS: Что касается Linux. Якобы для распараллеливания процессов загрузки и более полной обработки зависимостей от SysV перешли к SystemD (Fedora, Mandira, Arch Linux, CentOS, Red Hat, Debian) и  /etc/init/rc-sysinit.conf. Что касается Linux после 6.0.0.0 (может быть и раньше) Ubuntu, Debian, ..они вообще забыли про /etc/inittab, и вспомнили про дремучий Upstart

посмотреть уровень загрузки:                  systemctl get-default

посмотреть все доступные уровни:         ls -al /lib/systemd/system/runlevel*

> man inittab

>The /etc/inittab file was the configuration file used by the original System V init(8) daemon. The Upstart init(8) daemon does not use this file, and instead reads its configuration from files in /etc/init. See init(5) for more details.  https://habr.com/ru/sandbox/112588/

PS: Что касается Solaris. Это носит название  milestones(вехи). Milestones - это особый вид сервиса, представляющий группу услуг.  Milestones состоит из нескольких SMF services. 

Runlevel 

    Запуск служб (точнее демонов - стандартно /etc/init.d). Реализация init в стиле System V используется понятие уровня выполнения — степени загрузки операционной системы; в этом случае стартовые сценарии для каждого уровня разложены по каталогам от /etc/rc0.d до /etc/rc6.d, где цифра после rc соответствует номеру уровня инициализации. Исходя из настроек по умолчанию, система будет выполнять файлы в соответствии с нижеприведенными директориями.

Выполнение уровня 0 – /etc/rc.d/rc0.d/

Выполнение уровня 1 – /etc/rc.d/rc1.d/

Выполнение уровня 2 – /etc/rc.d/rc2.d/

Выполнение уровня 3 – /etc/rc.d/rc3.d/

Выполнение уровня 4 – /etc/rc.d/rc4.d/

Выполнение уровня 5 – /etc/rc.d/rc5.d/

Выполнение уровня 6 – /etc/rc.d/rc6.d/

В каталоге /etc могут быть символи ческие ссылки. Например, /etc/rc0.d линк на /etc/rc.d/rc0.d.

В каталогах /etc/rc.d/rc*.d/ можно увидеть список программ, имя которых начинается из букв S и K. Программы, начинающиеся на S используются для запуска. S – потому что startup. Программы, которые начинаются с литеры K используются для завершения работы. K – потому что kill.

Еще есть номера рядом с буквами S и K в именах программ. Эти номера используются для определения порядка запуска этих программ. К примеру, S12syslog предназначен для запуска демона syslog, его порядковый номер 12. S80sendmail — для запуска демона sendmail, имеющего порядковый номер 80. Таким образом, программа syslog будет запущена перед sendmail.

========================

«GUID Partition Table (GPT) является стандартным форматом размещения таблиц разделов на физическом жестком диске. Он является частью Extensible Firmware Interface (EFI) (Расширяемый Микропрограммный Интерфейс) — стандарта, предложенного Intel на смену отжившего BIOS, одного из последних реликтов первозданной IBM PC. EFI использует GPT там, где BIOS использует Главную загрузочную запись (MBR)....»

========================

GRUB

grub-install --version      -------->   grub-install (GRUB) 2.02+dfsg1-.....

/boot/grub/grub.cfg - основной файл конфигурации, генерируется автоматически при помощи файла настроек /etc/default/grub и скриптов директории /etc/grub.d, представляет собой набор опций в формате ОПЦИЯ=ЗНАЧЕНИЕ.

System.map – системные вызовы ядра к процессу загрузки, файл, внутри которого находится символьная таблица адресов функций и процедур, используемых ядром, имена переменных и функций и их адреса в памяти компьютера. System.map генерируется при компиляции ядра.

vmlinux – Это ядро Linux в статически связанном формате исполняемого файла,это всего лишь промежуточный шаг в процедуре загрузки.Необработанный файл vmlinux может быть полезен для целей отладки.

vmlinux.bin – То же, что vmlinux, но в формате загрузочного двоичного файла. Все символы и информация о перемещении отбрасываются. Сгенерировано из vmlinux помощью objcopy -O binary vmlinux vmlinux.bin .

vmlinuz – Файл vmlinux обычно сжимается с помощью zlib . С 2.6.30 также доступны LZMA и bzip2 . Добавив дополнительные возможности для загрузки и декомпрессии в vmlinuz, образ можно использовать для загрузки системы с ядром vmlinux. Сжатие vmlinux может происходить с помощью zImage или bzImage.

Название файла с образом ядра  историческое. Изначально образ ядра классического UNIX назывался просто unix, но, когда появилась версия ядра для процессоров с защитой памяти, чтобы избежать путаницы, название сменили на vmunix. Буква z вместо x на конце, в свою очередь, означает, что образ сжат с помощью утилиты gzip.

zImage (make zImage) – Это старый формат для небольших ядер (сжатый, ниже 512 КБ). При загрузке этот образ загружается с низким объемом памяти (первые 640 КБ ОЗУ).

bzImage (make bzImage) – Большой zImage (это не имеет ничего общего с bzip2 ), был создан, когда ядро росло и обрабатывало  большие образы (сжатые, более 512 КБ). Образ загружается в память (выше 1 МБ ОЗУ). 

Поскольку сегодняшние ядра имеют более 512 КБ, это обычно является предпочтительным способом.

Настройка ядра FreeBSD

Загрузка BSD

https://help.ubuntu.ru/wiki/startup-manager

https://help.ubuntu.ru/wiki/grub_customizer 

GRUB НЕ ВИДИТ WINDOWS 

,,,,то есть его нет  в меню загрузчика, например мы переставляли ядро и пропустили пункт, что GRUBE трогать не надо, тогда:

$ sudo os-prober

/dev/sda2:Windows 10:Windows:chain

$

Далее:

$ sudo update-grub

И по идее update-grube должен добавить /dev/sda2:Windows 10:Windows:chain  в  /boot/grub/grub.cfg, то есть update grube после запуска должен выполнить два скрипта (в том числе), это /etc/grub.d/10_linux и /etc/grub.d/30_os-prober, которые должны это сделать, и тут не мешает проверить исполняемые они или нет: 

$ ls -l /etc/grub.d/10_linux

-rwxr-xr-x 1 root root 14K Jun 15 17:29 /etc/grub.d/10_linux*

$ ls -l /etc/grub.d/30_os-prober

-rwxr-xr-x 1 root root 13K Jun 15 17:29 /etc/grub.d/30_os-prober*

$ 

 Исполняемые, НО Windows у нас грузится с UEFI, grube не сканирует uefi и выдает ошибку (предупреждение, или другие причины):

$ ...................................

Warning: os-prober will not be executed to detect other bootable partitions.

Systems on them will not be added to the GRUB boot configuration.

Check GRUB_DISABLE_OS_PROBER documentation entry.

$

И тогда следующим шагом будет редактирование файла  /etc/grub.d/40_custom (название говорит само за себя), но для начала следует выяснить UUID раздела диска, на который установлена Windows:

$ sudo blkid /dev/sda2

/dev/sda2: LABEL="RECOVERY" BLOCK_SIZE="512" UUID="28A6A902A6A8D19C" TYPE="ntfs" PARTUUID="00a30100-02"

$

Далее: vim /etc/grub.d/40_custom , файл наверное пустой, дописываем:

menuentry "Windows 10" {

insmod ntfs

set root='(hd0,2)'

search --no-floppy --fs-uuid --set 28A6A902A6A8D19C

chainloader +1

}

В конце:

$ sudo update-grub , что наверное ни чего не даст, но в меню появится  "Windows 10" 

И конечно самый лучший способ это делать бэк-апы ......