Внутреннее устройство Linux, стр. 37

примечание

Раздел ESP отличается от загрузочного раздела BIOS, описанного в подразделе 5.8.1, и обладает другим идентификатором UUID.

Однако есть здесь некоторая тонкость: нельзя просто взять и поместить код старого загрузчика системы в раздел ESP, поскольку этот код был написан для интерфейса BIOS. Вместо этого вы должны предоставить загрузчик системы, написанный для интерфейса UEFI. Например, при использовании загрузчика GRUB вы должны установить UEFI-версию загрузчика GRUB, а не BIOS-версию. Помимо этого, следует «известить» прошивку о новых загрузчиках системы.

Как отмечалось в разделе 5.6, есть сложности с «безопасной загрузкой».

5.8.3. Как работает загрузчик GRUB

Подведем итог нашему обзору загрузчика GRUB, рассмотрев то, как он выполняет свою работу.

1. Система BIOS или прошивка ПК инициализирует аппаратные средства и выполняет поиск кода загрузки в устройствах хранения в указанной загрузочной последовательности.

2. Обнаружив код загрузки, система BIOS или прошивка загружают и исполняют его. Именно здесь в дело вступает загрузчик GRUB.

3. Загружается ядро загрузчика GRUB.

4. Происходит инициализация ядра. К этому моменту загрузчик GRUB получает доступ к дискам и файловым системам.

5. Загрузчик GRUB идентифицирует свой загрузочный раздел и загружает в него конфигурацию.

6. Загрузчик GRUB дает пользователю возможность изменить конфигурацию.

7. По истечении времени ожидания или после ответных действий пользователя загрузчик GRUB выполняет конфигурирование (последовательность команд, о которых говорилось в подразделе 5.5.2).

8. В процессе конфигурирования загрузчик GRUB может загрузить дополнительный код (модули) в загрузочный раздел.

9. Загрузчик GRUB исполняет команду boot, чтобы загрузить и исполнить ядро, как определено командой linux в конфигурации.

Шаги 3 и 4 в приведенной схеме, когда загружается ядро загрузчика GRUB, могут оказаться сложнее вследствие повторяющейся неадекватности традиционных механизмов загрузки ПК. Самый главный вопрос: где расположено ядро загрузчика GRUB? Существует три основные возможности:

• по частям размещено в таблице MBR и перед началом первого раздела;

• в обычном разделе;

• в специальном загрузочном разделе: загрузочном разделе GPT, системном разделе EFI (ESP) или еще где-либо.

Во всех случаях, исключая наличие раздела ESP, система BIOS загружает 512 байт из таблицы MBR, и именно здесь начинается загрузчик GRUB. Этот небольшой фрагмент (отщепленный от файла boot.img из каталога загрузчика GRUB) еще не является ядром, но он содержит исходную точку для ядра, с которой начинается его загрузка.

Однако при наличии раздела ESP ядро загрузчика GRUB присутствует здесь в виде файла. Прошивка может просмотреть раздел ESP и напрямую исполнить ядро загрузчика GRUB или загрузчика любой другой операционной системы, размещенного здесь.

Для большинства систем эта картина не является полной. Загрузчику системы может также понадобиться загрузить начальный образ файловой системы оперативной памяти до загрузки и исполнения ядра. Именно это определяет конфигурационный параметр initrd в разделе 6.8. Прежде чем вы узнаете о начальной файловой системе оперативной памяти, вам необходимо изучить запуск пространства пользователя. Именно с этого начинается следующая глава.

6. Как запускается пространство пользователя

Момент, когда ядро запускает первый процесс из пространства пользователя, init, важен не только потому, что именно сейчас оперативная память и центральный процессор окончательно готовы к нормальной работе, но и потому, что здесь вы можете увидеть, каким образом остальная часть системы выстраивается как целое. До этого момента ядро исполняет хорошо контролируемую последовательность действий, которая определена сравнительно малым количеством разработчиков ПО. Пространство пользователя в гораздо большей степени обладает модульной структурой. Здесь намного проще увидеть, что происходит в пространстве пользователя при его запуске и работе. Смелым пользователям также довольно просто изменить настройки запуска пространства пользователя, поскольку для этого не требуются навыки программирования на низком уровне.

В общих чертах, пространство пользователя запускается следующим образом.

1. Команда init.

2. Важнейшие низкоуровневые службы, такие как udevd и syslogd.

3. Сетевая конфигурация.

4. Службы среднего и высокого уровня (крон, печать и т. д.).

5. Приглашение ко входу в систему, пользовательский интерфейс и другие приложения высокого уровня.

6.1. Знакомство с командой init

Команда init — это команда из пространства пользователя, подобная любой другой команде системы Linux. Ее можно найти в каталоге /sbin вместе с другими системными исполняемыми файлами. Основное назначение этой команды — запуск и останов важнейших служебных процессов системы, хотя новые версии обладают дополнительными возможностями.

В дистрибутивах Linux существует три основные реализации команды init.

• System V init. Обычная последовательная команда init (Sys V, обычно произносится sys-five). Версия Red Hat Enterprise Linux и некоторые другие используют этот вариант.

• systemd. Набирающий силу стандарт команды init. Во многих дистрибутивах осуществлен переход на команду systemd, а в тех, где это еще не сделано, такой переход планируется.

• Upstart. Команда init для версий Ubuntu. Тем не менее к моменту написания книги в Ubuntu также запланирован переход на команду systemd.

Существуют также различные другие версии команды init, в особенности на встроенных платформах. Например, платформа Android обладает собственной командой init. В BSD также есть собственная версия команды init, но вряд ли вы встретите ее на современном компьютере с Linux. В некоторых дистрибутивах конфигурация команды System V init изменена, чтобы напоминать стиль BSD.

Различные реализации команды init существуют потому, что команда System V init и более ранние версии основаны на последовательности, в которой в один момент времени выполняется только одна задача запуска. Такая схема довольно легко позволяет разбираться с зависимыми процессами, однако производительность при этом не впечатляюще хороша, поскольку две части последовательности загрузки обычно не могут работать одновременно. Еще одним ограничением является возможность запуска лишь небольшого набора служб, определенных в последовательности загрузки: когда вы подключаете новое аппаратное средство или вам необходима еще не запущенная служба, не существует стандартизованного способа координации новых компонентов с командой init. Команды systemd и Upstart пытаются улучшить производительность, позволяя параллельный запуск нескольких служб, тем самым ускоряя процесс загрузки. Однако реализованы они совершенно по-разному.

• Команда systemd является ориентированной на цель. Вы определяете цель, которую необходимо достичь, а также зависящие от нее процессы и момент, когда цель должна быть достигнута. Команда systemd удовлетворяет все зависящие процессы и выполняет цель. Эта команда может также отложить запуск какой-либо службы, если она не является абсолютно необходимой.

• Команда Upstart выполняет ответную реакцию. Она реагирует на события и, основываясь на них, запускает задачи, которые, в свою очередь, порождают новые события, побуждающие команду Upstart запускать дополнительные задачи, и т. д.

Команды systemd и Upstart предлагают также более развитые способы запуска и отслеживания служб. В традиционных вариантах команды init ожидается, что демоны служб запускаются сами из сценариев. Сценарий запускает команду-демон, которая отделяется от сценария и работает автономно. Чтобы выяснить идентификатор PID для демона службы, необходимо использовать команду ps или какой-либо дугой способ, специфичный для данной службы. И напротив, команды Upstart и systemd могут изначально управлять отдельными демонами служб, предоставляя пользователю больше возможностей и точное понимание происходящего в системе.