Каждое семейство операционных систем производит загрузку по-своему. Это связанно с различной архитектурой ядра операционной системы, разными инструкциями по работе с подключенными устройствами. В данной статье попробую разобрать загрузку популярной операционной системы на ядре Linux Ubuntu.
Схематично процесс загрузки можно отобразить следующим образом.
Загружаемся
Итак, Нажимаем кнопку включения компьютера, и центральный процессор переходит на адрес BIOS. BIOS или UEFI, в более современных компьютерах, проводит систему проверок и выбирает носитель информации с которого будет производится загрузка операционной системы. На носителе находится MBR (Master Boot Record) или GPT (Guid Partition table) на новых компьютерах в которых находится загрузчик. А дальше уже в зависимости от настройки. Загрузчик может самостоятельно загружать операционную систему, а может передавать управление следующему загрузчику. Например, если Windows и Linux установлены на одном компьютере и находятся на разных разделах жесткого диска.
В любом случае, если идет речь о Linux у нас есть первая стадия с небольшой частью кода, которая загружает у нас загрузчик. Загрузчик знает где лежит ядро операционной системы, загружает ядро, загружает initial run disk, там находятся необходимые файлы и модули для загрузки ядра. Далее уже ядро берет процесс управления на себя. Происходит инициализация устройств, конфигурирование процессов памяти и так далее. После всех этих процессов ядро запускает процесс init.
Вернемся к вопросу загрузчиков, для каждой операционной системы разработан свой загрузчик, а иногда и несколько. NTLDR - Загрузчик операционной системы Windows, LILO - один из стандартных загрузчиков для Linux и BSD системы. GRUB - загрузчик операционной системы от проекта GNU. Нас интересуют последние два. Данные загрузчики работают в два этапа. На первом этапе у них крошечный код на MBR или GPT, который запускает исполнение кода второго этапа.
Перейдем непосредственно к самой загрузке.
Данное меню мы можем получить при загрузке если зажать клавишу Shift. Как видно на картинке в данном примере загрузчик GRUB версии 2.04. У нас есть несколько вариантов. Загрузка Ubuntu по умолчанию и вариант загрузки с расширенными опциями. В нашем случае расширенные опции не дают многого, а всего лишь позволяют начать загрузку в режиме восстановления recovery mode. Данная опция не является целью стати, и мы ее опустим. Вернемся к первому пункту загрузки. Выбираем, нажимаем "e" получаем следующую картину загрузки.
На данной картинке можно увидеть, что корневой раздел монтируется по uuid, он будет корневым root и непосредственно сам id. ID раздела можно посмотреть после загрузки операционной системы командой blkid. Можно часть параметров отредактировать или большинство. Более подробно можно поискать в интернете. По нажатию F10 осуществляется продолжение загрузки операционной системы.
После загрузки операционной системы, мы можем с помощью команды dmesg посмотреть, сообщения ядра, все что происходило с ядром. Нужно различать сообщения ядра и лог ядра. Который можно посмотреть cat /var/log/dmesg. Данный файл содержи информацию только о загрузке операционной системы. В данном файле содержится информация с самого начала загрузки операционной системы и до конца. Если событие происходит позднее, то в данном файле этой информации вы не найдете.
Система инициализации ОС
Есть такое понятие Init - это первый или родительский процесс, который запускает все последующие процессы. Это может быть проверка и монтирование файловых систем запуск служб и.т.д. Существует 3 варианта работы этого родительского процесса.
- Init в стиле SysV - родительский процесс инициализации системы на одном из заданных уровней запуска (runlevel); Т.е. есть несколько уровней загрузки (runlevel) обычно их 7 штук. Один из них - это обычный многопользовательский режим. Другие это выключение компьютера, перезагрузка, режим восстановления и т.д.
- Init в стиле systemd - родительский процесс инициализации системы в ускоренном режиме, за счёт параллельного запуска задач; Ускоренный режим достигается за счет использования процессора в частности Intel, который позволяет запускать процессы инициализации параллельно. К этому режиму есть еще куча софта библиотек, которые расширяют функционал.
- Init в стиле Upstart - родительский процесс инициализации системы на основе отслеживания событий; Данный режим используется на Ubuntu уже давным - давно, тут не только запускаются скрипты инициализации, но и запускаются скрипты отслеживания событий и реагирования на них. Т.е. это более гибкий процесс инициализации, например, если какая-то служба не запустилась или упала в процессе загрузки то, upstart умеет это отследить и запустить это повторно
В операционной систему Ubuntu можно посмотреть дерево процессов использую команду pstree. В результате ее вывода мы можем увидеть, что родительским процессом являлся процесс systemd. Который запускал уже свои, какие-то дочерние процессы. Перейдем в корневую директорию boot.
Здесь мы можем увидеть директорию загрузчика grub. Ядра линуксовые vmlinuz (ссылка на ядро) и до обновления старое ядро vmlinux.old (ссылка на старое ядро). Соответственно пара initrd* - файлы диска, эти файлы содержат диск, который грузится в оперативную память, данный диск содержит файлы необходимые самому ядру Linux для нормальной загрузки.
Перейдя в директорию grub, мы можем найти конфигурационный файл grub.cfg и несколько вспомогательных, но не менее важных фалов. Соответственно мы можем внести изменения в данный файл на постоянной основе и соответственно данный код будет выполнятся при каждой загрузке операционной системы.
