GRUB2及启动过程详解

1、GRUB2和引导过程的详细信息作者：南瓜剪刀2016年7月28日1 .概要22. CentOS7中的GRUB223. GRUB2的bootstrap image文件33.1. boot.img33.2 .磁盘引导. img 43.3. kernel.img43.4 .酷睿. img 43.5. *.mod4与GRUB Legacy5进行比较4.1 .阶段154.2. *_stage1_554.3. stage255. grub2-mkimage自定义core.img66. GRUB2安装76.1. Linux如何命名设备(/dev/sda)76.2 .主引导记录(MBR ) 86.3. MBR

2、分区表盘分区表(DPT ) 106.4.LBA和CHS 146.4.1.CHS (环形头部二次性) 146.4.2.LBA (逻辑块地址) 146.5. boot.img和core.img的安装156.6 .硬盘总结187 .启动过程197.1. BIOS197.2 .在grub 2上启动. img 207.2.1. Step1无条件跳跃207.2.2. Step2初始化207.2.3. Step3确定硬盘是支持LBA还是仅支持CHS22使用7.2.4 .步骤4 LBA加载核心. img的第一个扇区23将7.2.5.step5core.img的第一个扇区复制到内存指定位置25执行7.2.6 .

3、步骤6核心. img第1条文277.2.7 .步骤7引导. img总结277.3. GRUB2的酷睿. img 287.3.1 .磁盘引导. img 287.3.2.grub 2酷睿启动347.3.3 .作为GRUB主函数的GRUB主功能377.3.4.linuxkernel38的加载7.4. Linux kernel478 .结语489 .参考文献481 .概要接通计算机系统电源后，用固定在ROM上的BIos(UEFI )进行操作，加载到硬盘MBR上启动，用引导加载器加载os内核，将控制传递给OS。 下图简单地显示了CentOS7启动过程(CentOS7将GRUB2用作引导加载器) :现在的

4、引导加载器有很多种类。 大概是：对Linux来说，GRUB2占主导地位对Windows来说，Bootmgr/BCD占主导地位苹果系统的缺省值为BootX作为一名计算机工程师，了解引导加载器的原理很重要。 本文重点介绍GRUB2及其启动流程。 读了正文，相信读者可以深入理解引导加载器的原理，大致上了解其他引导加载器的作用。本文在介绍了一些基本知识之后，在第7章中引入了基本的反汇编过程来说明GRUB2的启动过程。 只要直接读代码就能学习原理。 需要读者：-如果读者对汇编不感兴趣，则可以跳过相关章节，因为他们对汇编语言有知识。-读者也需要c语言的知识本文虽然有点长，但我相信作者自己的经验总结，安静地

5、读的话，会对你有帮助，比其他GRUB厚，可以节省很多时间。 但是，由于作者的水平有限，有忘记理解的地方。2. CentOS7中的GRUB2GRUB2是GNU的以下项目，详细信息请参考官方网站：http:/www.GNU.org/software/grub/. 原始grub (I.e .版本0.9x )在：grubbyslegacy .官方网站上描述为： grubbysnolongerbeingdeveloped以1.x开头的新版本称为GRUB 2(注意：虽然称为GRUB 2，但版本号以1.x开头的1.99也是GRUB 2)。 目前，包括CentOS7在内的各种最新版本的Linux都采用了GRU

6、B 2在CentOS7中，您可以查看安装的GRUB2的版本 root 控制器 # rpm-QA|grub grub2- 2.02-0.34.el7.centos.x86 _ 64在CentOS7下的/boot/GRUB2目录中显示与GRUB2相关的文件。 在/boot/grub2/i386-pc目录中有GRUB2 bootstrap images文件。 此目录中的大部分文件以. mod结尾，这些文件是grub2模块文件，最后在此目录下有两个image文件： root 控制器i386-PC # ls-lrt *.img- rw-r-.1根根2667u 6708233363033酷睿. img-

7、rw-r-.1根根512u 67082333364033引导. img两个img文件都使用grub2-install命令安装在硬盘上的适当位置(在硬盘位置之后说明)。 有趣的是两点。1) boot.img被固定在512字节上2) core.img小于32k字节如果有兴趣，可以使用file命令显示这些image文件类型 root controller i386-PC # fileboot.imgboot.img:x86引导扇区partition 4: ID=0xd4，starthead 205，startsector，0 sectors，代码offset0x 63 root controller

8、 i386-PC # filecore.img酷睿. img :数据 root controller i386-PC #文件xfs.modxfs.mod : elf 32-bitlsbrelocable，英特尔80386，版本1 (sysv )，不条带化boot.img文件命令指示这是x86引导扇区，但mod文件是ELF文件，下面对这些bootstrap image文件进行了详细说明3. GRUB2的bootstrap image文件GRUB2包含各种bootstrap images文件，包括： grub2-install会将这些image安装在硬盘的适当位置，并在系统设置完成后继续加载和引导

9、系统3.1. boot.img在PC BIOS系统上，此image首先在GRUB2上运行，并被写入主引导记录(MBR )或分区(partition )的引导sector中。 因为MBR或PC boot sector固定为512字节，所以此文件的大小也固定为512字节boot.img的功能很简单，主要将盘的core.img的第一扇区读取到存储器中，跳跃到该部分来执行(如果硬盘启动，则该扇区是后述的盘boot.img )。 因为只有512字节，所以boot.img不能加载文件系统(CentOS7的XFS和其他Linux的EXT4等)，只能从固定的位置加载。3.2 .磁盘引导. img从硬盘启动时，

10、这是core.img的第一扇区的内容，主要功能是将剩馀的core.img读取到存储器中，与kernel.img .一样，diskboot.img具有文件系统的功能(XFS、EXT4等)。根据要引导的介质的不同，有很多文件，例如diskboot.img文件，您可以在安装GRUB时选择其中一个文件。 现在，大部分是从硬盘引导磁盘引导. img1 .从1.cdboot.img:cd-rom启动2 .从2.pxeboot.img:pxe网络启动3 .从其他引导加载器(如3.lnxmoot.img:lilo )启动时，该image将GRUB看起来像Linux内核3.3. kernel.img此文件包含G

11、RUB2的基本运行时支持。 设备和文件框架、环境变量、恢复模式下的命令行等。 一般不直接使用，但是是core.img不可缺少的部分3.4 .酷睿. img这是GRUB的核心。 他通过grub2-mkimage命令生存，包含kernel.img和必要的模块。 core.img通常包括足以访问XFS/EXT4文件系统/boot/grub2目录的模块，以及在执行时加载文件系统(XFS )的所有剩馀模块这些剩馀的模块包含引导目录处理、操作系统的加载等功能.模块化设计构想的最主要目的是保持core.img足够小，现在磁盘限制core.img的设置必须小于32KB. core.img，这是一般硬盘的特殊区

12、域embedding area (夹层)3.5. *.modGRUB的所有其他部分称为模块，其中的大部分在运行时由core.img自动加载，其中的一些集成到core.img中。 这是文件系统支持(xfs.mod )等必要部分可以手动加载模块。 请参见insmod command (此处未说明。 请参阅相关文档)注意：如果不知道上述图像文件的种类，请继续阅读，详细情况如后所述。与GRUB Legacy的比较GRUB2与grubber不同，很多人精通grubber的stage1、stage1_5、stage2等概念，但在GRUB2中，它们被各种bootstrap image文件替换boot.img

13、磁盘引导. img酷睿. img大家应该都知道以上三个images4.1 .阶段1GRUB 2的stage1相当于GRUB 2的boot.img，起到相同的功能4.2. *_stage1_5GRUB Legacy中的Stage 1.5就像GRUB 2中的core.img一样，因为它包含足够的文件系统(XFS或EXT4 )代码，以允许Stage2直接从文件系统加载系统。但是，core.img进一步增强了功能，并提供了恢复shell，以便在无法加载其他模块(modules )时(例如，如果更改了partition number )可以手动恢复。 Core.img可以灵活地创建，并且可以从LVM或R

14、AID加载模块GRUB Legacy可以运行stage1和stage2，而GRUB2需要core.img。4.3 .阶段2GRUB 2没有与stage2相对应的image . 从/boot/grub加载相应的模块。5. grub2-mkimage自定义core.img上一章介绍的core.img至少包含几个部分1 )磁盘引导. img2) kernel.img3 )要求*.modgrub2-mkimage命令集成到core.img文件中，并且实际运行此命令会生成上一章的/boot/grub2/i386-pc目录中的两个image文件1 )引导. img2 )酷睿. img如果有兴趣，请查看ma

15、n grub2-mkimage查看相关信息，并定制自己的core.img:兰州控制器图像 $ grub2- mkimage-oi I 386-PC-p/boot/grub2- v-o core.im xfsgrub2- mkimage : info :以太网模块is0x 26 e 4。grub2- mkimage : info :读/usr/lib/grub/i386-PC/kernel.img。grub2- mkimage : info : locatingthesection.textat0x 0。grub2- mkimage : info :定位. rodata at0x 5494。grub2- mkimage : info : locatingthesection.dataat0x 6448。grub2- mkimage : info :定位. BSS at0x6BD 0。grub2- mkimage :信息：读/usr/lib/grub/i386-PC/fs help.mod。grub2- mkimage : info :读/usr/lib/grub/i386-PC/xfs.mod。gru