grub启动程序配引导置及命令行接口详解

Linux系统的启动引导程序有LiLo和grub，但由于LILO的缺陷——只能识别0-1023范围内的柱面构成的分区中的内核文件，因此目前已逐渐被grub所取代，本篇主要围绕grub legacy开展描述。

grub全称为Grand Unified Bootloader，grub的版本经过多年的发展，其现有版本分为grub 0X(grub legacy) 和grub 1X（grub 2）。其中目前Centos 7已经采用grub2位启动引导程序，Centos6和Centos5 普遍沿用grub legacy版本。

grub引导程序分为三个阶段：

1、stage1：用于启动Boot loader来加载stage2的内容至内存中；

2、stage1_5：其能够识别内核和stage2所在的分区的文件系统格式类型，帮助引导stage2

3、stage2：读取grubconf 配置文件，并实现引导功能的扩展；

在Linux系统中，与系统启动相关的文件均存储在/boot目录下，如grub、vmlinuz、initramfs等等。

与grub相关的配置文件包括：/etc/grubconf和/boot/grub/grubconf，其实/etc/grubconf是指向/boot/grub/grubconf的软链接，grub程序在引导启动时会读取这个配置文件并按照该文件的配置参数引导启动系统。

通常其内容为：

default=0 ：表示有多个grub引导菜单时，选择哪一个作为默认启动引导菜单，default=0表示默认使用第一个title菜单中的配置；

timeout=5 ：在grub选择菜单中，5秒内，如果用户没有选择任何一个title，则使用default中指定的titile菜单中的配置进行启动。

splashimage ：指定引导菜单中的背景的路径；

titile ：指定title菜单到的名称；

root ：表示kernel和initrd文件所在的分区路径，而不是“根分区”；其设置格式为：root (hd#,#)，硬盘均会被识别为hd，第一个#表示第几个硬盘，从0开始；地第二个#表示同一个硬盘上的不同分区，也使用数字标识，从0开始；

kernel ：通常用于指定要运行的内核文件路径，如：/vmlinuz-2632-642el6x86_64；另外也可在其后设置相关的内核参数，如：ro表示只读，root表示指定根分区所在路径，关闭selinux等等；

initrd ：为内核运行指定其可用的ramdisk文件，其版本须与内核版本相一致；

1、提供引导菜单，并提供交互式的命令行接口；在菜单界面，按e可进入编辑模式，用于编辑菜单，按c可以进入命令模式；

2、加载用户选择的内核或 *** 作系统，并允许传递相应的内核参数给内核；可选择隐藏此菜单；

3、为菜单提供保护机制，可为编辑菜单设置认证或为启用内核或 *** 作系统进行认证；

在系统开机启动过程中，有几秒的过渡页面，此时按任意键可进入到菜单页面中：

进入到菜单页面后，如果存在着多个内核，此时可按上下键选择需要启动的内核，或者按e进入内核编辑模式，按c可进入grub的命令行模式。

在菜单页面按c即可进入命令行接口，在此命令行接口， 我们可以配置相关的grub设置，如指定root 路径、kernel文件的路径等等。grub命令行接口的常用指令有：

grub程序提供了相关的认证机制用于系统保护，如防止恶意用户随意通过单用户模式修改root密码或启动其他内核。

设置认证的方法为：在相应的grubconf配置文件中，添加passwd -md5 STRING。

如下图为提供grub菜单的编辑认证：

下述为为对应的内核启动提供密码认证：

1、使用grub-install命令

DEVICE：安装的目标磁盘；

--root-directory=DIR：指grub映像文件的存放位置，默认为当前系统根目录。grub-install会在指定的目录下创建boot/grub/的层级目录，并生成相关的grub文件生成在DIR/boot/grub/下。

2、在grub命令行下安装grub

输入命令grub进入grub命令行：

在grub程序出现损坏时，我们还可以利用上述方法对其进行修复：

也可以通grub命令行来修复grub程序：

方法一：利用安装光进入救援模式进行grub修复

插入光盘，进入救援模式。

在完成相关的硬件检测及引导程序，依次设置语言、键盘及是否启动网络，接着系统会查找根分区，随后选择continue以读写的方式挂载根文件系统。

点击OK，最后选择start shell。

至此grub已修复完成，系统应能正常启动。

方法二：将损坏的硬盘拆卸挂载到其他Linux系统上进行修复

修复完成后，将对应硬盘拆卸挂载回原来的系统，再启动验证即可。

补充：如何在Linux系统不重启下添加或移除硬盘。

添加命令为：

移除命令为：

这两个命令的成功与否在于对应的数字ID是否正确，其格式为:

详细情况可以参看相关文档或文件中#号后面的注释，如果只是重要而常用的参数的话，主要有以下几个：

default=0

#使用default选项设置默认启动的 *** 作系统，0是第一个title选项所定义的 *** 作系统

timeout=5

#使用timeout选项设置超时时间，超过5秒后GRUB自动启动default的 *** 作系统

splashimage=(hd0,0)/boot/grub/splashxpmgz

#使用splahimage选项设置GRUB的背景

hiddenmenu

#使用hiddenmenu选项隐藏启动菜单，超时后自动启动默认的 *** 作系统

title Red Hat Enterprise Linux Server (2618-92e15)

title就是你为系统起的名字，显示在启动菜单里，所以起的名字尽量反映出系统的准确信息，比如内核版本，发行版名称等

root (hd0,0)

root是当前系统启动时所要挂载的根文件系统设备

kernel /vmlinuz-2618-92e15

kernel指定了内核镜像的名称（一般都是vmlinuz-版本号）

initrd /initrd-2618-92e15img

initrd指定了内核启动所用到的初始内存文件系统镜像名称，这个一般是在编译内核时同时生成的

常用的就是这些了，掌握这些基本就可以在启动菜单里配置一个新的引导项了。

希望有所帮助，如有疑问欢迎追问！

在menulst文件里：

default=1

timeout=6

root (hd0,0)

splashimage=/grub/android-x86xpmgz

title Android-x86-HD

kernel /android-2012-01-11/kernel quiet root=/dev/ram0 androidboot_hardware=androbox acpi_sleep=s3_bios,s3_mode video=-16 DPI=160 SRC=/android-2012-01-11 SDCARD=sda5

initrd /android-2012-01-11/initrdimg

title Android-x86-USB

kernel /android-2012-01-11/kernel quiet root=/dev/ram0 androidboot_hardware=androbox acpi_sleep=s3_bios,s3_mode video=-16 DPI=160 SRC=/android-2012-01-11 SDCARD=sdb1

initrd /android-2012-01-11/initrdimg

title Android-x86 430

kernel /android-4/kernel quiet root=/dev/ram0 androidboothardware=vm acpi_sleep=s3_bios,s3_mode video=-16 SRC=/android-4

initrd /android-4/initrdimg

title Android-x86-16

kernel /android-16/kernel quiet root=/dev/ram0 androidboot_hardware=androbox acpi_sleep=s3_bios,s3_mode video=-16 DPI=160 SRC=/android-16 SDCARD=sda5

initrd /android-16/initrdimg

title Windows

rootnoverify (hd0,0)

chainloader +1

有用就拿去吧？

实模式,并开始执行位于地址0xFFFF0处

的代码,也就是ROM-BIOS起始位置的代码。BIOS先进行一系列的系统自检,然后初始化位

于地址0的中断向量表。最后BIOS将启动盘的第一个扇区装入到0x7C00,并开始执行此处

的代码。这就是对内核初始化过程的一个最简单的描述。

最初,linux核心的最开始部分是用8086汇编语言编写的。当开始运行时,核心将自

己装入到绝对地址0x90000,再将其后的2k字节装入到地址0x90200处,最后将核心的其余

部分装入到0x10000。

当系统装入时,会显示Loading信息。装入完成后,控制转向另一个实模式下的汇

编语言代码boot/SetupS。Setup部分首先设置一些系统的硬件设备,然后将核心从

0x10000处移至0x1000处。这时系统转入保护模式,开始执行位于0x1000处的代码。

接下来是内核的解压缩。0x1000处的代码来自于文件Boot/headS,它用来初始化寄

存器和调用decompress_kernel( )程序。decompress_kernel( )程序由Boot/inflatec,

Boot/unzipc和Boot/miscc组成。解压缩后的数据被装入到了0x100000处,这也是

linux不能在内存小于2M的环境下运行的主要原因。

解压后的代码在0x1010000处开始执行,紧接着所有的32位的设置都将完成： IDT、

GDT和LDT将被装入,处理器初始化完毕,设置好内存页面,最终调用start_kernel过程。

这大概是整个内核中最为复杂的部分。

[系统开始运行]

linux kernel 最早的C代码从汇编标记startup_32开始执行

startup_32:

start_kernel

lock_kernel

trap_init

init_IRQ

sched_init

softirq_init

time_init

console_init

#ifdef CONFIG_MODULES

init_modules

#endif

kmem_cache_init

sti

calibrate_delay

mem_init

kmem_cache_sizes_init

pgtable_cache_init

fork_init

proc_caches_init

vfs_caches_init

buffer_init

page_cache_init

signals_init

#ifdef CONFIG_PROC_FS

proc_root_init

#endif

#if defined(CONFIG_SYSVIPC)

ipc_init

#endif

check_bugs

smp_init

rest_init

kernel_thread

unlock_kernel

cpu_idle

・startup_32 [arch/i386/kernel/headS]

・start_kernel [init/mainc]

・lock_kernel [include/asm/smplockh]

・trap_init [arch/i386/kernel/trapsc]

・init_IRQ [arch/i386/kernel/i8259c]

・sched_init [kernel/schedc]

・softirq_init [kernel/softirqc]

・time_init [arch/i386/kernel/timec]

・console_init [drivers/char/tty_ioc]

・init_modules [kernel/modulec]

・kmem_cache_init [mm/slabc]

・sti [include/asm/systemh]

・calibrate_delay [init/mainc]

・mem_init [arch/i386/mm/initc]

・kmem_cache_sizes_init [mm/slabc]

・pgtable_cache_init [arch/i386/mm/initc]

・fork_init [kernel/forkc]

・proc_caches_init

・vfs_caches_init [fs/dcachec]

・buffer_init [fs/bufferc]

・page_cache_init [mm/filemapc]

・signals_init [kernel/signalc]

・proc_root_init [fs/proc/rootc]

・ipc_init [ipc/utilc]

・check_bugs [include/asm/bugsh]

・smp_init [init/mainc]

・rest_init

・kernel_thread [arch/i386/kernel/processc]

・unlock_kernel [include/asm/smplockh]

・cpu_idle [arch/i386/kernel/processc]

start_kernel( )程序用于初始化系统内核的各个部分,包括：

设置内存边界,调用paging_init( )初始化内存页面。

初始化陷阱,中断通道和调度。

对命令行进行语法分析。

初始化设备驱动程序和磁盘缓冲区。

校对延迟循环。

最后的function'rest_init' 作了以下工作:

・开辟内核线程'init'

・调用unlock_kernel

・建立内核运行的cpu_idle环, 如果没有调度,就一直死循环

实际上start_kernel永远不能终止它会无穷地循环执行cpu_idle

最后,系统核心转向move_to_user_mode( ),以便创建初始化进程（init）。此后,进程0开始进入无限循环。

初始化进程开始执行/etc/init、/bin/init 或/sbin /init中的一个之后,系统内核就不再对程序进行直接控制了。之后系统内核的作用主要是给进程提供系统调用,以及提供异步中断事件的处理。多任务机制已经建立起来,并开始处理多个用户的登录和fork( )创建的进程。

[init]

init是第一个进程,或者说内核线程

init

lock_kernel

do_basic_setup

mtrr_init

sysctl_init

pci_init

sock_init

start_context_thread

do_init_calls

(call())-> kswapd_init

prepare_namespace

free_initmem

unlock_kernel

execve

[目录]

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启动步骤

系统引导：

涉及的文件

/arch/$ARCH/boot/bootsects

/arch/$ARCH/boot/setups

bootsectS

这个程序是linux kernel的第一个程序,包括了linux自己的bootstrap程序,

但是在说明这个程序前,必须先说明一般IBM PC开机时的动作(此处的开机是指

"打开PC的电源"):

一般PC在电源一开时,是由内存中地址FFFF:0000开始执行(这个地址一定

在ROM BIOS中,ROM BIOS一般是在FEOOOh到FFFFFh中),而此处的内容则是一个

jump指令,jump到另一个位於ROM BIOS中的位置,开始执行一系列的动作,包

括了检查RAM,keyboard,显示器,软硬磁盘等等,这些动作是由系统测试代码

(system test code)来执行的,随着制作BIOS厂商的不同而会有些许差异,但都

是大同小异,读者可自行观察自家机器开机时,萤幕上所显示的检查讯息。

紧接着系统测试码之后,控制权会转移给ROM中的启动程序

(ROM bootstrap routine),这个程序会将磁盘上的第零轨第零扇区读入

内存中(这就是一般所谓的boot sector,如果你曾接触过电脑病

毒,就大概听过它的大名),至於被读到内存的哪里呢 --绝对

位置07C0:0000(即07C00h处),这是IBM系列PC的特性。而位在linux开机

磁盘的boot sector上的正是linux的bootsect程序,也就是说,bootsect是

第一个被读入内存中并执行的程序。现在,我们可以开始来

看看到底bootsect做了什么。

第一步

首先,bootsect将它"自己"从被ROM BIOS载入的绝对地址0x7C00处搬到

0x90000处,然后利用一个jmpi(jump indirectly)的指令,跳到新位置的

jmpi的下一行去执行,

第二步

接着,将其他segment registers包括DS,ES,SS都指向0x9000这个位置,

与CS看齐。另外将SP及DX指向一任意位移地址( offset ),这个地址等一下

会用来存放磁盘参数表(disk para- meter table )

第三步

接着利用BIOS中断服务int 13h的第0号功能,重置磁盘控制器,使得刚才

的设定发挥功能。

第四步

完成重置磁盘控制器之后,bootsect就从磁盘上读入紧邻着bootsect的setup

程序,也就是setupS,此读入动作是利用BIOS中断服务int 13h的第2号功能。

setup的image将会读入至程序所指定的内存绝对地址0x90200处,也就是在内存

中紧邻着bootsect 所在的位置。待setup的image读入内存后,利用BIOS中断服

务int 13h的第8号功能读取目前磁盘的参数。

第五步

再来,就要读入真正linux的kernel了,也就是你可以在linux的根目录下看

到的"vmlinuz" 。在读入前,将会先呼叫BIOS中断服务int 10h 的第3号功能,

读取游标位置,之后再呼叫BIOS 中断服务int 10h的第13h号功能,在萤幕上输

出字串"Loading",这个字串在boot linux时都会首先被看到,相信大家应该觉

得很眼熟吧。

第六步

接下来做的事是检查root device,之后就仿照一开始的方法,利用indirect

jump 跳至刚刚已读入的setup部份

第七步

setupS完成在实模式下版本检查,并将硬盘,鼠标,内存参数写入到 INITSEG

中,并负责进入保护模式。

第八步

*** 作系统的初始化。

/dev/root是Linux内核生成的一个虚拟设备文件，它是指根文件系统的设备文件，用于挂载根文件系统。它是内核启动时自动创建的，用于指向根文件系统的设备，它是一个特殊的设备文件，不能被删除，也不能被更改。/dev/root是Linux内核在启动时自动创建的，它是指向根文件系统的设备文件，用于挂载根文件系统，它是一个特殊的设备文件，不能被删除，也不能被更改。/dev/root是Linux内核在启动时自动创建的，它是指向根文件系统的设备文件，用于挂载根文件系统，它是一个特殊的设备文件，它的作用是指向根文件系统，是系统启动时必须挂载的，它指定了系统启动时要挂载的文件系统，它是系统启动时必不可少的一部分，它是Linux内核启动时自动创建的，用于指向根文件系统的设备文件，它是一个特殊的设备文件，不能被删除，也不能被更改，它是Linux内核启动时必须创建的，用于指向根文件系统的设备文件，用于挂载根文件系统。

当用户打开PC的电源，BIOS开机自检，按BIOS中设置的启动设备(通常是硬盘)启动，

接着启动设备上安装的引导程序lilo或grub开始引导Linux，Linux首先进行内核的引导，

接下来执行init程序，init程序调用了rcsysinit和rc等程序，rcsysinit和rc当完成系

统初始化和运行服务的任务后，返回init；init启动了mingetty后，打开了终端供用户登

录系统，用户登录成功后进入了Shell，这样就完成了从开机到登录的整个启动过程。

加载内核

LILO启动之后，如果你选择了Linux作为准备引导的 *** 作系统，第一个被加载的东西就是内核。请记住此时的计算机内存中还不存在任何 *** 作系统， PC(因为它们天然的设计缺陷)也还没有办法存取机器上全部的内存。因此，内核就必须完整地加载到可用RAM的第一个兆字节之内。为了实现这个目的，内核是被压缩了的。这个文件的头部包含着必要的代码，先设置CPU进入安全模式(以此解除内存限制)，再对内核的剩余部分进行解压缩。

执行内核

内核在内存中解压缩之后，就可以开始运行了。此时的内核只知道它本身内建的各种功能，也就是说被编译为模块的内核部分还不能使用。最基本的是，内核必须有足够的代码设置自己的虚拟内存子系统和根文件系统(通常就是ext2文件系统)。一旦内核启动运行，对硬件的检测就会决定需要对哪些设备驱动程序进行初始化。从这里开始，内核就能够挂装根文件系统(这个过程类似于Windows识别并存取C盘的过程)。内核挂装了根文件系统之后，将启动并运行一个叫做 init的程序。

注意：在这里我们故意略去了Linux内核启动的许多细节，这些细节只有内核开发人员才感兴趣。如果你好奇的话，可以访问>

这是一个非常复杂的过程，但是可以简单的概括为如下几个步骤，每一个步骤你可以构思一些巧妙的实现来加深体。

启动第一步－－加载BIOS

当你打开计算机电源，计算机会首先加载BIOS信息，BIOS信息是如此的重要，以至于计算机必须在最开始就找到它。这是因为BIOS中包含了CPU的相关信息、设备启动顺序信息、硬盘信息、内存信息、时钟信息、PnP特性等等。在此之后，计算机心里就有谱了，知道应该去读取哪个硬件设备了。

启动第二步－－读取MBR

众所周知，硬盘上第0磁道第一个扇区被称为MBR，也就是Master Boot Record，即主引导记录，它的大小是512字节，别看地方不大，可里面却存放了预启动信息、分区表信息。

系统找到BIOS所指定的硬盘的MBR后，就会将其复制到0x7c00地址所在的物理内存中。其实被复制到物理内存的内容就是Boot Loader，而具体到你的电脑，那就是lilo或者grub了。

启动第三步－－Boot Loader

Boot Loader 就是在 *** 作系统内核运行之前运行的一段小程序。通过这段小程序，我们可以初始化硬件设备、建立内存空间的映射图，从而将系统的软硬件环境带到一个合适的状态，以便为最终调用 *** 作系统内核做好一切准备。

Boot Loader有若干种，其中Grub、Lilo和spfdisk是常见的Loader。

我们以Grub为例来讲解吧，毕竟用lilo和spfdisk的人并不多。

系统读取内存中的grub配置信息（一般为menulst或grublst），并依照此配置信息来启动不同的 *** 作系统。

启动第四步－－加载内核

根据grub设定的内核映像所在路径，系统读取内存映像，并进行解压缩 *** 作。此时，屏幕一般会输出“Uncompressing Linux”的提示。当解压缩内核完成后，屏幕输出“OK, booting the kernel”。

系统将解压后的内核放置在内存之中，并调用start_kernel()函数来启动一系列的初始化函数并初始化各种设备，完成Linux核心环境的建立。至此，Linux内核已经建立起来了，基于Linux的程序应该可以正常运行了。

启动第五步－－用户层init依据inittab文件来设定运行等级

内核被加载后，第一个运行的程序便是/sbin/init，该文件会读取/etc/inittab文件，并依据此文件来进行初始化工作。

其实/etc/inittab文件最主要的作用就是设定Linux的运行等级，其设定形式是“：id:5:initdefault:”，这就表明Linux需要运行在等级5上。Linux的运行等级设定如下：

0：关机

1：单用户模式

2：无网络支持的多用户模式

3：有网络支持的多用户模式

4：保留，未使用

5：有网络支持有X-Window支持的多用户模式

6：重新引导系统，即重启

关于/etc/inittab文件的学问，其实还有很多，在后序文章中设计到的，卖个关子，敬请期待，呵呵

启动第六步－－init进程执行rcsysinit

在设定了运行等级后，Linux系统执行的第一个用户层文件就是/etc/rcd/rcsysinit脚本程序，它做的工作非常多，包括设定PATH、设定网络配置（/etc/sysconfig/network）、启动swap分区、设定/proc等等。如果你有兴趣，可以到/etc/rcd中查看一下rcsysinit文件，里面的脚本够你看几天的:P

启动第七步－－启动内核模块

具体是依据/etc/modulesconf文件或/etc/modulesd目录下的文件来装载内核模块。

启动第八步－－执行不同运行级别的脚本程序

根据运行级别的不同，系统会运行rc0d到rc6d中的相应的脚本程序，来完成相应的初始化工作和启动相应的服务。

启动第九步－－执行/etc/rcd/rclocal

你如果打开了此文件，里面有一句话，读过之后，你就会对此命令的作用一目了然：

# This script will be executed after all the other init scripts

# You can put your own initialization stuff in here if you don’t

# want to do the full Sys V style init stuff

rclocal就是在一切初始化工作后，Linux留给用户进行个性化的地方。你可以把你想设置和启动的东西放到这里。

启动第十步－－执行/bin/login程序，进入登录状态

此时，系统已经进入到了等待用户输入username和password的时候了，你已经可以用自己的帐号登入系统了。:)

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