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Linux启动引导程序(GRUB)加载内核的过程

在刚刚的启动过程中,我们已经知道启动引导程序(Boot Loader,也就是 GRUB)会在启动过程中加载内核,之后内核才能取代 BIOS 接管启动过程。如果没有启动引导程,那么内核是不能被加载的。

本节,我们就来看看启动引导程序加载内核的过程,当然 initramfs 这个虚拟文件系统也是要靠启动引导程序调用的。在 CentOS 6.x 中,启动引导程序默认是 GRUB,GRUB 是现在最为流行的启动引导程序,我们也用 GRUB 来说明启动引导程序的作用。

早期的 LILO 引导程序已经不是很常见了,GRUB 相比来讲有很多优势,主要有:
  • 支持更多的文件系统。
  • GRUB 的主程序可以直接在文件系统中查找内核文件。
  • 在系统启动时,可以利用 GRUB 的交互界面编辑和修改启动选项。
  • 可以动态修改 GRUB 的配置文件,这样在修改配置文件之后不需要重新安装 GRUB,而只需重新启动就可以生效。

GRUB加载内核的过程

GRUB 的作用有以下几个:
  • 加载操作系统的内核;
  • 拥有一个可以让用户选择的的菜单,来选择到底启动哪个系统;
  • 可以调用其他的启动引导程序,来实现多系统引导。

按照启动流程,BIOS 在自检完成后,会到第一个启动设备的 MBR 中读取 GRUB。在 MBR 中用来放置启动引导程序的空间只有 446 Byte,那么 GRUB 可以放到这里吗?答案是空间不够,GRUB 的功能非常强大,MBRM 空间是不够使用的。那么 Linux 的解决办法是把 GRUB 的程序分成了三个阶段来执行。

Stage 1:执行GRUB主程序

第一阶段是用来执行 GRUB 主程序的,这个主程序必须放在启动区中(也就是 MBR 或者引导扇区中)。但是 MBR 太小了,所以只能安装 GRUB 的最小的主程序,而不能安装 GRUB 的相关配置文件。这个主程序主要是用来启动 Stage 1.5 和 Stage 2 的。

Stage 1.5:识别不同的文件系统

Stage 2 比较大,只能放在文件系统中(分区),但是 Stage 1 不能识别不同的文件系统,所以不能直接加载 Stage 2。这时需要先加载 Stage 1.5,由 Stage 1.5 来加载不同文件系统中的 Stage 2。

还有一个问题,难道 Stage 1.5 不是放在文件系统中的吗?如果是,那么 Stage 1 同样不能找到 Stage 1.5。其实,Stage 1.5 还真没有放在文件系统中,而是在安装 GRUB 时,直接安装到紧跟 MBR 之后的 32KB 的空间中,这段硬盘空间是空白无用的,而且是没有文件系统的,所以 Stage 1 可以直接读取 Stage 1.5。读取了 Stage 1.5 就能识别不同的文件系统,才能加载 Stage 2。

Stage 2:加载GRUB的配置文件

Stage 2 阶段主要就是加载 GRUB 的配置文件 /boot/grub/grub.conf,然后根据配置文件中的定义,加载内核和虚拟文件系统。接下来内核就可以接管启动过程,继续自检与加载硬件模块了。

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