Как происходит загрузка linux

Введение в процессы загрузки ядра и запуска системы Linux

Всем привет! Вот мы и открыли очередной, четвёртый по счёт уже, поток курса «Администратор Linux», который уверенно занимают свою нишу рядом с девопсерским курсом. Больше преподавателей, больше информации и стендов. Ну и как всегда больше интересной информации, которую подобрали преподаватели.

Задумывались ли вы когда-нибудь, что нужно для того, чтобы ваша система была готова к запуску приложений?

Понимать процессы загрузки ядра и запуска системы Linux, важно для настройки Linux и решения проблем запуска. В этой статье представлен обзор процесса загрузки ядра с использованием GRUB2 загрузчика и запуска, выполняемого системой инициализации systemd.

На самом деле, есть два ряда событий, необходимых для приведения компьютера с Linux в рабочее состояние: загрузка ядра (boot) и запуск системы (startup). Процесс загрузки ядра начинается при включении компьютера и заканчивается с инициализацией ядра и запуском systemd. После этого начинается процесс запуска системы, и именно он доводит компьютер Linux до рабочего состояния.

В целом, процесс загрузка ядра и запуск системы Linux довольно прост. Он состоит из следующих шагов, которые будут описываться более детально в разделах ниже:

Процесс загрузки ядра

Процесс загрузки ядра может быть инициирован несколькими способами. Во-первых, если питание отключено, включение компьютера запустит процесс загрузки. Во-вторых, если на компьютере уже запущен локальный пользователь, включая рут и непривилегированного пользователя, пользователь может программно инициировать процесс загрузки ядра, используя GUI или командную строку для перезагрузки. Перезагрузка сначала выключит компьютер и только затем произведет рестарт.

BIOS POST

Первый шаг процесса загрузки ядра Linux не имеет никакого отношения к Linux. Это аппаратная часть процесса, одинаковая для всех операционных систем. Когда питание подается на компьютер, в первую очередь происходит запуск POST (Power On Self Test), являющегося частью BIOS (Basic I/O System, Базовая Система Ввода-Вывода).

Когда IBM выпустила первый персональный компьютер в 1981 году, BIOS был разработан для инициализации аппаратных компонентов. POST — часть BIOS, задачей которого является обеспечение корректной работы компьютерного оборудования. Если POST заканчивается неудачно, то возможно компьютер неисправен, и процесс загрузки не продолжается.

BIOS POST проверяет базовую работоспособность железа, а затем вызывает прерывание BIOS — INT 13H, которое находит секторы загрузки ядра на всех подключенных устройствах с возможностью загрузки. Первый найденный сектор, в котором содержится валидная загрузочная запись, загружается в RAM, после чего контроль передается коду из загрузочного сектора.
Загрузочный сектор — только первый этап. В большинстве дистрибутивов Linux используется один из трех вариантов загрузчика: GRUB, GRUB2 и LILO. GRUB2 — самый новый и сейчас его используют гораздо чаще более старых вариантов.

GRUB2 расшифровывается как “GRand Unified Bootloader, version 2”, и теперь он является основным загрузчиком для большинства современных дистрибутивов Linux. GRUB2 — программа, которая делает компьютер достаточно “умным”, чтобы тот смог найти ядро операционной системы и загрузить его в память. Поскольку говорить и писать просто GRUB легче, чем GRUB2, в этой статье я возможно буду использовать термин GRUB, но подразумевать GRUB2, если не будет иного уточнения.

GRUB совместим со спецификацией мультизагрузки, что позволяет ему загружать разные версии Linux и других операционные системы; он также может запустить по цепочке загрузочную запись проприетарных операционных систем.

Основная задача любого из GRUB — загрузить ядро Linux в память и запустить его. Обе версии GRUB работают схожим образом в три этапа, но в этой статье я буду использовать именно GRUB2 для описания работы GRUB. Настройка GRUB и GRUB2 и использование команд GRUB2 выходит за рамки этой статьи.

Хоть официально GRUB2 не использует нумерацию этапов, ради удобства я воспользуюсь ей в этой статье.

Как уже упоминалось в разделе BIOS POST, в конце POST BIOS ищет загрузочные записи на прикрепленных дисках, обычно расположенных в Главной Загрузочной Записи (Master Boot Record, MBR), после чего он загружает первую найденную запись в память и приступает к ее исполнению. Bootstrap-код, то есть 1-ый этап GRUB2, занимает очень мало места, потому что должен влезать в первый 512-байтовый сектор на жестком диске вместе с таблицей разделов. Общее количество места, выделенного для самого bootstrap-кода в стандартной MBR — 446 байт. 446-байтовый файл для этапа 1 называется boot-img и не содержит таблицу разделов — она добавляется в загрузочную запись отдельно.

Поскольку загрузочная запись должна быть настолько маленькой, она не очень “умная” и не понимает структуру файловой системы. Поэтому единственной целью этапа 1 является обнаружение и загрузка этапа 1.5. Чтобы достичь этого, этап 1.5 GRUB должен располагаться в пространстве между самой загрузочной записью и первым разделом на диске. После загрузки этапа 1.5 GRUB в RAM, этап 1 передает контроль этапу 1.5.

Как было замечено выше, этап 1.5 GRUB должен находиться между загрузочной записью и первый разделом на диске. Исторически сложилось, что это пространство остается неиспользованным по техническим причинам. Первый раздел на жестком диске начинается в 63 секторе, а с учетом MBR в секторе 0, остается 62 512-байтовых секторов — 31744 байта — в которых можно хранить файл core.img — 1.5 этап GRUB. Файл core.img весит 25389 байт, что достаточно места для его хранения между MBR и первым разделом диска.

Обратим внимание, что директория /boot должна располагаться в файловой системе, которая поддерживается GRUB. Не все файловые системы имеют эту поддержку. Задача этапа 1.5 — начать с необходимыми драйверами файловой системы поиск файлов этапа 2 в файловой системе /boot и загрузить нужные драйверы.

GRUB2, как и GRUB1, поддерживает загрузку одного из нескольких ядер Linux. Система управления пакетами Red Hat поддерживает сохранение нескольких версий ядра, чтобы можно было загрузить старую версию ядра в случае возникновения проблем с самой новой. По умолчанию, GRUB предоставляет предварительно загруженное меню установленные ядер, включая опцию rescue, а после настройки, и опцию recovery.

Этап 2 GRUB2 загружает выбранное ядро в память и передает контроль управления компьютером ядру.

После того, как выбранное ядро загружено в память и начинает исполняться, в первую очередь, оно должно извлечь самого себя из сжатой версии файла, перед тем как начать выполнять полезную работу. Как только извлечение произошло, оно загружает systemd, который является заменой старой программе SysV init, и передает ему контроль.

Это конец процесса загрузки ядра. К этому моменту, ядро Linux и systemd запущены, но не могут выполнять какие-либо полезные задачи для конечного пользователя, так как выполнять еще нечего.

Процесс запуска системы

Процесс запуска системы следует за процессом загрузки ядра и приводит компьютер с Linux в рабочее состояние.

systemd — родитель всех процессов, ответственный за приведение хоста Linux в состояние эффективной работы. Некоторые его функции, более обширные, чем те, что были представлены в старой программе инициализации, и должны управлять множеством аспектов запущенного хоста Linux, включая монтирование файловой системы, запуск и управление системными сервисами, необходимыми для продуктивной работы хоста Linux. Все задачи systemd, которые не относятся к процессу запуска системы, выходят за рамки обсуждения в этой статье.

Обратите внимание, что target’ы и сервисы являются юнитами systemd.

Ниже представлена Таблица 1, в которой идет сравнение всех таргетов systemd со старыми уровнями выполнения (runlevel) в SystemV. Псевдонимы таргета systemd предоставляются systemd для обратной совместимости. Псевдонимы таргета разрешают скриптам — и многим сисадминам, мне в том числе — использовать такие SystemV команды как init3 для изменения уровней выполнения. Конечно, команды SystemV направлены systemd для интерпретации и исполнения.

Таблица 1: Сравнение уровней управления SystemV с target’ами systemd и некоторые псевдонимы таргетов.

У каждого таргета есть набор зависимостей, описанных в файле конфигурации. systemd запускает необходимые. Эти зависимости представляют собой сервисы, требуемые для запуска хоста Linux с определенным уровнем функционирования. Когда все зависимости, перечисленные в конфигурационных файлах таргета, загружены и запущены, система работает на этом уровне таргета.

systemd также просматривает устаревшие директории инициализации SystemV на предмет наличия стартап файлов. Если они есть, systemd использует их в качестве файлов конфигурации для запуска сервисов описанных в файлах. Устаревший сетевой сервис — хороший пример одного из тех, что до сих пор используют стартап файлы SystemV в Fedora.

Рисунок 1, представленный ниже, напрямую скопирован с главной страницы bootup. На нем показана общая последовательность событий во время запуска systemd и базовые требования для обеспечения его успешности.

Таргеты sysinit.target and basic.target можно считать чекпоинтами в процессе запуска системы. Хоть одна из целей systemd — параллельно запускать системная сервисы, есть некоторые сервисы и функциональные таргеты, которые должны быть запущены раньше других. Эти контрольные точки не могут быть пройдены до тех пор, пока все сервисы и таргеты, необходимые для них, не будут выполнены.

Таким образом, sysinit.target достигается, когда завершены все юниты, от которых он зависит. Должны быть завершены все следующие юниты: монтирование файловых систем, настройка swap-файлов, запуск udev, настройка начального состояния генератора случайных чисел, инициализация низкоуровневых сервисов, настройка криптографических сервисов, если хотя бы одна файловая система зашифрована. В sysinit.target они могут выполняться параллельно.
sysinit.target запускает все низкоуровневые сервисы и юниты необходимые для минимальной функциональности системы, и те, что нужны для перехода к basic.target.

Рисунок 1. Карта запуска systemd

После выполнения sysinit.target, systemd запускает basic.target, начиная со всех юнитов, необходимых для его выполнения. Базовый таргет предоставляет дополнительный функционал, запуская юниты необходимые для следующего таргета, включая настройку путей до различных исполняемых директорий, коммуникационных сокетов и таймеров.

Наконец, можно начать инициализацию таргетов пользовательского уровня: multi-user.target или graphical.target. Стоит отметить, что multi-user.target должен быть достигнут до того, как будут выполнены зависимости графического таргета.

Подчеркнутые таргеты в Рисунке 1 — обычные стартап таргеты. Запуск системы завершается по достижении одного из них. Если multi-user.target является таргетом по умолчанию, то в консоли вы увидите логин в текстовом режиме. Если же по умолчанию задан graphical.target, то увидите графический логин; GUI экрана логина зависит от экранного менеджера, который вы используете.

Недавно мне пришлось поменять дефолтное загрузочное ядро на компьютере Linux, который использовал GRUB2. Я обнаружил, что некоторые команды перестали работать корректно, или же я пользовался ими как-то некорректно. До сих пор не знаю, в чем была проблема, потребуется больше времени на ее исследование.

GRUB2 и система инициализации systemd — ключевые компоненты для фаз загрузки ядра и запуска системы большинства современных дистрибутивов Linux. Несмотря на противоречия, особенно вокруг systemd, эти два компонента хорошо работаю вместе для загрузки ядра и запуска всех системных сервисов, необходимых для создания функциональной системы Linux.
Хоть я и считаю GRUB2 и systemd в целом более сложными, чем их предшественники, они ничуть не сложнее в освоении и управлении. В мануалах содержится большое количество информации о systemd, а на freedesktop.org список его страниц представлен полностью. За большей информацией обратитесь к ссылкам ниже:

Вот и всё. Ждём вопросы и комментарии тут или их можно задать напрямую на открытом уроке.

Источник

Sysadminium

База знаний системного администратора

Алгоритм загрузки linux (BIOS/UEFI)

Если вам интересно узнать как загружается Linux, то эта статья для вас. Рассмотрим алгоритм загрузки Linux на компьютерах с BIOS и UEFI.

Алгоритм загрузки linux (BIOS)

BIOS расшифровывается как Basic Input/Output System, что в переводе – Базовая Система Ввода/Вывода. Это специальная микросхема, которая находится на материнской плате компьютера.

Когда компьютер только включается, то выполняется код из микросхемы BIOS. Вначале этот код выполняет тестирование системы POST (power-on self test), этим тестированием проверяется аппаратная часть системы. А затем из всех дисков определяется загрузочный.

BIOS умеет работать только с дисками размеченными MBR способом. На первом секторе такого диска находится так называемый MBR (master boot record). Сектор диска имеет размер 512 байт. В эти 512 байт помещается маленький загрузчик и таблица разделов. Кстати, если диск не загрузочный, то вместо загрузчика там может находится код, который сообщает, что это не загрузочный диск (No bootable device).

Так вот, BIOS передает управление маленькому загрузчику из MBR на загрузочном диске.

Загрузчик MBR и GRUB 2

Код загрузчика из MBR очень маленький и он способен лишь найти и запустить следующий загрузчик.

Следующий загрузчик больше и умнее. Бывают разные загрузчики для Linux, но самым популярным является GRUB 2. Он позволяет пользователю выбрать операционную систему для загрузки. А также умеет загружать операционные системы с логических разделов. GRUB 2 расположен на разделе жесткого диска в каталоге /boot и довольно часто этот каталог выносят на отдельный раздел.

Давайте посмотрим что находится в этом каталоге на Debian 10:

Ubuntu 20.04 в этом каталоге содержит примерно тоже самое, но ядро новее:

Разберем некоторые файлы в этом каталоге. Здесь находится:

После того, как GRUB 2 получил управление, он загружает ядро Linux (файл vmlinuz). При этом GRUB 2 загружает в память файловую систему из файла initrd.img. А затем запускает ядро, и при запуске, передаёт ему некие параметры, которые мы рассмотрим в следующей статье.

Вы можете спросить, зачем вообще нужен образ корневой файловой системы с утилитами initrd.img? Он необходим, потому что, когда GRUB 2 начинает загружать систему корневая файловая система еще не смонтирована. Поэтому GRUB 2 использует initrd как временную корневую файловую систему, которая загружается из файла в оперативную память.

Initrd – представляет собой файл, содержащий загружаемые модули ядра и минимальный набор утилит для загрузки этих модулей. Он сжимается и загружается в оперативную память с помощью загрузчика. Ядро получает доступ к нему, как если бы была установлена файловая система.

Вы можете использовать команду lsinitramfs чтобы перечислить содержимое файла initrd.img.

Вот пример для Debian 11:

А вот пример для Ubuntu 20.04:

Ядро Linux и процесс инициализации

Ядро при запуске использует временную файловую систему из файла initrd.img для того чтобы загрузиться полностью.

А дальше ядро запускает процесс инициализации операционной системы. Процесс инициализации является первым процессом в системе, так как ядро запускалось не как процесс. Каким именно будет процесс инициализации зависит от используемой системы инициализации. Существуют разные системы инициализации, но в Debian 11 и Ubuntu 20.04 используется система инициализации под названием SystemD.

То есть, первым процессом при запуске этих двух систем является systemd. Чтобы это проверить выполним следующие две команды, которые на обоих системах выполняются одинаково:

Первой командой мы смотрим, какой процесс в системе работает под номером 1 – это systemd. Второй командой смотрим на что ссылается файл, который традиционно считается файлом системы инициализации – а ссылается он на /lib/systemd/systemd.

И наконец, система инициализации запускает все остальные процессы в системе.

Итог по загрузке с BIOS

Алгоритм загрузки linux (UEFI)

Сейчас на смену BIOS пришёл UEFI (Unified Extensible Firmware Interface). UEFI содержит множество преимуществ перед BIOS, одна из которых это поддержка GPT.

Раньше диски разбивались на разделы с помощью MBR, при этом диск не мог быть больше 2 TB, а разделов не могло быть больше четырёх. При этом таблица разделов и первичный загрузчик помещались на первый сектор диска в MBR. А GPT позволяет использовать очень большие диски и помещает загрузчик на специальный раздел, а также позволяет создавать очень много разделов.

Диск разбитый на разделы с помощью таблицы разделов GPT в первом секторе продолжает хранить MBR запись. Это делается для того, чтобы старые системы с BIOS могли использовать GPT диски.

UEFI не использует загрузчик из MBR, вместо этого используется загрузчик со специального раздела на диске, который отформатирован в FAT32 и называется ESP или EFI. Это специальный загрузчик от UEFI. Обычно это файл /efi/boot/bootx64.efi.

Secure Boot

UEFI имеет специальный режим, который называется Secure Boot. Если этот режим включен, то загрузчик без специальной подписи не будет работать. Windows и некоторые системы Linux имеют такие подписи, а для других систем приходится этот режим отключать.

Или можно не отключать Secure Boot, а просто очистить ключи производителя и добавить туда ключи от необходимого загрузчика. Например в Ubuntu – GRUB 2 подписан подписью от Canonical, именно эту подпись и следует добавить в Secure Boot.

Дальнейшая загрузка

А дальше все происходит также как и в системах с BIOS. Загрузчик запускает GRUB 2, хотя может сразу запустить и ядро Linux, но тогда мы теряем гибкость GRUB 2.

GRUB 2 в свою очередь запускает ядро Linux. Дальше ядро запускает систему инициализации. А уже система инициализации запускает все остальные процессы в системе.

Итог по загрузке с UEFI

Немного про GRUB 2

GRUB 2 в настоящее время является основным загрузчиком для большинства систем Linux. Он позволяет запустить не только ядро Linux, но и Windows систему. Он имеет собственную командную строку с помощью которой можно, например устранить некоторые ошибки при загрузки.

Существует две версии загрузчика GRUB 2: для BIOS и для UEFI. Но для UEFI он не имеет цифровой подписи для режима Secure Boot.

Ubuntu, кстати, поддерживает Secure Boot. Для этого используется загрузчик Shim подписанный подписью от Microsoft. И этот загрузчик запускает GRUB 2, который подписан цифровой подписью от Canonical.

Взаимодействуя с GRUB 2 при старте системы вы можете выбрать, какую из возможных конфигураций загрузить или изменить:

Когда отображается меню, вы можете нажать:

Если ваш тайм-аут установлен на 0, то GRUB 2 немедленно загружает систему не показывая подобное меню.

На следующем уроке подробнее разберём загрузчик GRUB 2.

Источник

Процесс загрузки Linux

Задумывались ли вы о том, как происходит загрузка операционной системы? Как компьютер узнаёт о том, где находится операционная система? Давайте рассмотрим процесс запуска Linux от включения компьютера и до входа в систему.

Практически каждый этап загрузки может идти несколькими путями. Например, вы узнаете о том, чем отличается BIOS от UEFI, что делает GRUB и чем его можно заменить, почему одного лишь ядра Linux недостаточно для функционирования операционной системы.

Процесс загрузки Linux

Процесс загрузки операционной системы можно разбить на 5 этапов, причём первые три зависят от материнской платы. Ниже вы можете видеть схематичное изображение этапов загрузки Linux.

Как видите, до того, как загрузится ядро, процесс имеет существенные отличия. И всё же любая загрузка системы начинается с включения компьютера.

Первый этап: включение компьютера

Запуск компьютера с BIOS и UEFI отличается. Первый BIOS появился в середине 70-х годов, а MBR стали использовать с 1983 года. Стоит ли говорить о том, что для современного компьютера предпочтительнее использовать UEFI и GPT. А теперь перейдём непосредственно к рассмотрению первого этапа загрузки.

BIOS + MBR

BIOS – это базовая система ввода-вывода. Она представляет из себя набор программ для взаимодействия с устройствами компьютера. BIOS хранится на микросхеме EEPROM материнской платы. При каждом запуске компьютера плата автоматически отправляет код процессору на исполнение. Далее BIOS проводит проверку оборудования (тест POST) и обращается к жёсткому диску или твердотельному накопителю. От него ему нужны первые 512 байт, именно там находится главная загрузочная запись (MBR). Ниже вы можете видеть структуру MBR.

Если подпись MBR равна 55AAh, то система начинает выполнять код первичного загрузчика. В случае с Linux, MBR передаёт управление основному загрузчику GRUB. Он располагается сразу после MBR. До начала первого раздела на накопителе есть не менее 32 килобайт свободного места (современные системы оставляют 1 Мбайт), этого достаточно для того, чтобы разместить GRUB.

Таблица разделов в MBR имеет крайне скромный размер, есть место всего на 4 позиции. В связи с этим нельзя разметить накопители объёмом более 2 терабайт. К тому же она использует устаревшую адресацию, с цилиндрами, головками и секторами жёсткого диска.

На компьютерах с UEFI поддержка MBR никуда не делась, но для этого вам придётся активировать BIOS или CSM mode, в зависимости от производителя материнской платы. Это нужно для совместимости со старыми операционными системами.

UEFI + GPT

Интерфейс расширяемой прошивки EFI (позднее унифицированный UEFI) – это разработка Intel. Он был создан потому, что BIOS имеет ряд недостатков. К ним можно причислить работу в 16-битном режиме, последовательную проверку устройств и загрузку только через MBR.

Физически поменялось не многое, разве что FLASH-накопитель для хранения прошивки стал больше. Зато программная часть претерпела значительные изменения. UEFI работает в 32- и 64-битном режиме, поддерживает таблицу разделов GPT, может иметь красивый графический интерфейс, оболочку EFI Shell и управление с помощью мыши. К тому же опрос оборудования происходит гораздо быстрее.

Оглавление таблицы GPT располагается в первом логическом блоке (LBA 1). В GPT перешли к использованию логических блоков, к тому же их понимают современные жёсткие диски и SSD. Нулевой блок по-прежнему отдаётся под MBR, но в этот раз он выполняет защитную функцию, чтобы старые операционные системы не переписали GPT.

Каждой записи таблицы даётся 128 байт, что позволяет разметить накопители практически неограниченного объёма. Да и самих записей может быть больше 100.

В конце таблицы находится контрольная сумма. Если будет обнаружено несоответствие, то система попробует обратиться к резервной копии таблицы, расположенной в последних блоках накопителя.

После проверки устройств, UEFI может самостоятельно обратиться к таблице разделов GPT. В ней её интересует EFI раздел. Обычно под него выделяется 520-540 Мбайт. Такой размер связан с тем, что ранние версии EFI могли выдавать ошибку при работе с меньшим объёмом. Но Windows уже отходит от этой традиции и ограничивается 100 Мбайтами.

В разделе EFI обязательно должна быть папка EFI/BOOT, в ней находится загрузчик по умолчанию. Но никто не мешает добавить свой загрузчик, например, для Ubuntu и Windows.

К минусам UEFI можно отнести Secure Boot. Загрузчик без подписи просто не сможет быть использован. Эти меры направлены в первую очередь на компьютеры с Windows, чтобы не допустить использование старых систем на новых омпьютерах. Для Linux в этом случае приходится искать подписанный загрузчик или отключать Secure Boot, если имеется такая возможность.

Ещё одним способом загрузки является PXE – загрузка через сетевой интерфейс. Первичный загрузчик находится в ПЗУ сетевой карты. С его помощью карта через протокол TFTP получает основной загрузчик.

Этот способ загрузки будет работать как с BIOS, так и с UEFI. Он полезен для работы с тонкими клиентами и для установки операционной системы по сети.

Второй этап: загрузчик

Загрузчик подготавливает систему к загрузке ядра операционной системы. Например, для Linux он может передавать параметры запуска ядра. В зависимости от того, что используется, BIOS или UEFI, выбор загрузчика отличается.

GRUB – это основной загрузчик для большинства дистрибутивов Linux. Он примечателен тем, что позволяет не только запустить ядро Linux или другой операционной системы, но ещё и сам по себе способен выполнять некоторые операции. Он имеет собственную командную строку и в теории позволяет устранить собственные ошибки. GRUB существует в версиях как для BIOS, так и UEFI. Но последний не имеет цифровой подписи для Secure Boot.

Syslinux Project

Syslinux – это целое семейство, состоящее из трёх загрузчиков: syslinux, isolinux, pxelinux. Первый выполняет аналогичную GRUB функцию, isolinux подходит для работы с файловой системой компакт-дисков (используется для загрузочных Flash-нкопителей), pxelinux загружается по сети. Версия UEFI, как и в случае с GRUB, не имеет подписи.

rEFInd

Ещё одним загрузчиком такого плана будет Clover. Его выбирают зачастую для работы на компьютерах Apple.

EFI BOOT STUB

Несмотря на такое разнообразие загрузчиков, некоторые пользователи до сих пор продолжают использовать LILO – один из первых мультизагрузчиков Linux. Несколько лет назад имел место быть даже EFI-загрузчик ELILO.

Третий этап: ядро

Дальше выполняется загрузка ядра Linux. Ядро лежит в папке boot под названием vmlinuz. «vm» в начале говорит о том, что ядро будет размещено в виртуальной памяти. А «z» на конце означает то, что ядро запаковано в архив и требует распаковку. Это возможно благодаря тому, что в начале архива находится исполняемый код.

В процессе запуска ядра настраивается оборудование, запускается менеджер памяти, планировщик задач и многое другое, необходимое для функционирования операционной системы.

Ядро Linux монолитное, драйверы устройств хранятся прямо в нём. Однако, это утверждение верно лишь отчасти. Большая часть периферийных устройств не имеет драйверов в ядре Linux. Вместо этого в оперативной памяти распаковывается ещё один файл во временной файловой системе – initrd.img.

После запуска всех необходимых служб временный раздел удаляется. Но это происходит не всегда. Например, он остаётся после запуска в режиме liveCD и при использовании тонкого клиента.

Четвертый этап: запуск пользовательских служб

Ядро загрузилось и работает. Но этого недостаточно для работы с операционной системой. Вы по-прежнему не можете взаимодействовать с ней на прикладном уровне. Для того, чтобы можно было что-то сделать в Linux, управление получает подсистема инициализации и управления службами. Обычно этот процесс имеет идентификационный номер PID-1.

Systemd

Systemd – это самая популярная система инициализации. Она хорошо распараллеливает задачи и практически вытеснила другие решения. Запускаются десятки служб. Например, такие, которые управляют звуковыми устройствами, мультимедийными клавишами, запускают графическую оболочку. Большая часть файлов подсистемы представлена конфигурационными файлами, ссылающимися на конкретные утилиты и сервисы, но есть и собственные службы.

Стоит пару слов уделить D-Bus. Эта служба позволяет процессам взаимодействовать друг с другом. Например, через неё служба управления звуковыми устройствами узнаёт о том, что была нажата клавиша увеличения громкости, распознанная другой службой. Такой подход позволяет создавать простые, но эффективные службы.

А ещё в комплект утилит Systemd входит супервизор. Он следит за тем, чтобы все критически важные службы работали. Если он заметит, что какой-то службы не хватает, то сразу же запустит её снова. Его также применяют для поддержания работы серверов.

Sysvinit, OpenRC и другие

Sysvinit считается устаревшей системой. Она следует принципам, заложенным ещё в 80-х годах для операционной системы Unix System V. Запуск служб происходит последовательно, а настройка производится с помощью скриптов, что несколько проще, чем у systemd.

Для дистрибутива Gentoo разрабатывается система инициализации OpenRC. Её можно назвать осовремененной sysvinit. Но важно понимать, что рядовому пользователю система инициализации безразлична, она интересует лишь тех, кто добавляет свои службы и утилиты в дистрибутив Linux.

О других системах, вроде Runit, Daemontools или S6, справедливо предыдущее утверждение, к тому же их доля совсем невелика. Хотя они тоже имеют свои особенности. После этого процесс загрузки Linux практически завершен.

Пятый этап: экранный менеджер и окружение рабочего стола

Нельзя списывать со счетов и дисплейный менеджер. Это по сути первая программа с графическим интерфейсом. Она отвечает за вход в систему. Хотя и до её запуска проводились некоторые работы, был запущен сервер X11 для обращения к видеокарте и обработки команд управления c мыши и клавиатуры.

После ввода пароля запускается оконный менеджер с библиотеками отображения (обычно GTK3 или Qt) и непосредственно само окружение рабочего стола. Эти службы отвечают за то, чтобы вы могли перемещать окна, перетаскивать файлы, иметь несколько рабочих столов и тому подобное. Всё, загрузка Linux выполнена и операционная система полностью готова к использованию!

Выводы

В этой статье мы рассмотрели процесс загрузки Linux поверхностно, но этого достаточно, чтобы иметь общее представление об этом сложном многоступенчатом процессе. Несмотря на то, что каждый элемент выполняет свою функцию, после подготовки он передаёт управление следующему. Это позволяет автоматизировать загрузку и в целом упростить её.

Что же касается выбора между BIOS и UEFI, то последний однозначно выигрывает. Как минимум потому, что он практически не тратит время на проверку оборудования, а также позволяет практически сразу передать управление ядру Linux.

Источник