内核启动过程

一．GRUB 简介（介绍主流的系统管理程序grub）

什么是GRUB；
GNU GRUB 是一个多重操作系统启动管理器。GNU GRUB 是由GRUB（GRand Unified Bootloader） 派生而来。GRUB 最初由Erich Stefan Boleyn 设计和应用；
“boot loader”是计算机启动后第一个运行的软件。它负责加载一个操作系统的内核，并把控制权交给内核。内核则负责剩下的初始过程。
GRUB 一个很重要的特色就是灵活性；GRUB 可以识别文件系统和二进制格式的内核，所以你可以加载任何操作系统，而不需要记录内核在
磁盘上的物理位置。

二．GRUB 的现状
目前 GRUB 分成 GRUB legacy 和 GRUB 2。版本号是 0.9x 以及之前的版本都称为 GRUB Legacy ，从 1.x 开始的就称为 GRUB 2。目前 
GRUB Legacy 已经停止开发了，只是出于一个 bug fix 的状态，不再增加新的功能了，所有的开发都转移到 GURB 2 之上了。 

三．GRUB 和 stage 文件（grub1）文件说明

GRUB 含有几个 images 文件，两个基础（必需的）stages 文件（stage1和 stage2），可选的 stage（也称为 stage1.5）,和两个网络引导的images 文件
nxgrub 和 pxegrub）。stage1 是用于引导 GURB 的一个必须的映象文件。通常它是被嵌入到 MBR。或者一个分区的引导扇区之中。因为 PC 的引导扇区是 
512 字节，所以 stage1 也是 512 字节。stage1 的作用就是从一个本地磁盘加载 stage 2 或者 stage 1.5 。因为大小的限制，stage1 对 stage2 或者 
stage 1.5 的位置进行编码，也就是说，stage1 是无法识别文件系统格式的。stage2 是 GRUB 的核心映象。它几乎处理所有的事情（除了加载它自己），
通常可以把他放在文件系统上，但不是必须的。一旦你执行了 grub-install 安装了 boot loader ，stage1 文件就不是必须的，可以把它移动到任意位置，因为它已经被嵌入到 MBR 或者 PBR 了。stage1和stage2 文件一般位于 /boot/grub/ 目录下，在这个目录下还有很多 stage 1.5 的文件，而且都是以文件系统格式命名的。它们的目的是在 stage1 和 stage2之间搭建一个桥梁，也就是 stage 1 加载 stage 1.5, stage 1.5 加载 stage2。stage1 和 stage 1.5 的不同之处是 stage1 无法识别文件系统，stage 1.5 可以。因为 Stage2 太大了，无法被嵌入到某个固定的区域，而 Stage1.5可以安装在 MBR 之后的位置。

四．多重操作系统引导管理器及工作原理
系统启动引导管理器，是在计算机启动后运行的第一个程序，他是用来负责加载、传输控制到操作系统的内核，一旦把内核挂载，系统引导管理器的任务就算完成退出，系统引导的其它部份，比如系统的初始化及启动过程则完全由内核来控制完成；
在X86 架构的机器中，Linux、BSD 或其它Unix类的操作系统中GRUB、LILO 是大家最为常用，应该说是主流；

五．启动过程

计算机启动后，BIOS将寻找第一个可启动的设备（通常为硬盘），而后从MBR中载入启动程序，然后把控制交给这段代码。MBR位于硬盘的前512字节内。

GRUB具有两种不同的启动方法。一个是直接载入一个操作系统，而另一个是链式载入另一个启动载入器，它然后将真正载入一个操作系统。概括而言，前 者是更期望的，因为你不需要安装或维护其它启动载入器，并且GRUB足够灵活，能从任意硬盘、分区载入一个操作系统。不过，后者有时也是需要的，因为 GRUB不是天然地支持所有现存的操作系统。

GRUB 第一版本

GRUB的步骤1包含在MBR中。由于受MBR的大小限制，步骤一所做的几乎只是装载GRUB的下一步骤（存放在硬盘的其它位置）。步骤1既可以直接装载步骤2，也可以装载步骤1.5：GRUB的步骤1.5包含在MBR后面的30千字节中。步骤1.5载入步骤2。

当步骤2启动后，它将呈现一个界面来让用户选择启动的操作系统。这步通常采用的是图形菜单的形式，如果图形方式不可用或者用户需要更高级的控制，可以使用GRUB的命令行提示，通过它，用户可以手工指定启动参数。GRUB还可以设置超时后自动从某一个内核启动。

GRUB 第二版本

与GRUB 第一版相似的是,boot.img像步骤1一样在MBR或在启动分区中，但是，它可以从任何LBA48地址的一个扇区中读取，它（boot.img）将读取core.img(产生于diskboot.img）的第一个扇区以用来后面读取core.img的剩余部分。core.img正常情况下跟步骤1.5储存在同一地方并且有着同样的问题，可是，当他被移动到一个文件系统或一个纯粹的分区时会比在步骤1.5移动或删除引起更少的麻烦。 一旦完成读取，core.img会读取默认的配置文件和其他需要的模块。

当GRUB启动后

一旦选择了启动选项，GRUB把选择的内核载入内存并把控制交给内核。在此步骤中，对于Windows之类不支持多启动标准的操作系统，GRUB也 可以通过链式启动把控制传给其它启动器。在这种情况下，其它操作系统的启动程序被GRUB保存了下来；与内核不同，其它操作系统如同直接自MBR启动。类 似Windows的启动菜单，也许是另一个启动管理器，它允许在多个不支持多启动的操作系统中做进一步的选择。（在已有Windows的系统上面，或者包 含多个Windows版本的系统上安装现代的Linux而不修改原操作系统，即属于这类情况。）

六．Grub如何支持多个系统

6.1如何使用GRUB直接启动一个OS

多重启动是GRUB支持的原有格式。出于方便的缘故，还有对Linux，FreeBSD，NetBSD及OpenBSD的支持。如果你希望启动其它操作系统，你将要链式载入它们

运行命令行启动

链式载入一个OS

不支持多重启动，并且在GRUB中没有特殊支持的操作系统（存在对Linux，FreeBSD，NetBSD及OpenBSD的特殊支持）必须被链式载入，这涉及载入另一个启动载入器，然后在实模式中跳转至它。

链式载入器命令用于这个目的。通常也需要载入某些GRUB模块来设定合适的根设备。综合起来，我们得到像这样结论，对于在第一个硬盘的第一个分区上的一个Windows系统：

menuentry"Windows" {

insmod chain

insmod ntfs

set root=(hd0,1)

chainloader +1

}

在具有多个硬盘的系统上，可能要求一个额外的变通方案。

链式载入仅在PCBIOS及EFI平台上支持。

6.2GNU/Linux

从GRUB启动GNU/Linux相对简单，因为它有点类似于启动一个多重启动兼容OS。

1.       设置 GRUB的根设备为与GNU/Linux的相同。命令search --file --set /vmlinuz或类似的命令可能可帮助你。

2.       使用命令linux载入内核：

grub> linux /vmlinuz root=/dev/sda1

如果你需要指定某些内核参数，只要把它们附加到命令上。例如，把‘acpi’设置到‘off’，要这样做：

grub> linux /vmlinuz root=/dev/sda1 acpi=off

至于可用选项的完整信息，参考Linux源代码树中的文档。

在linux命令里，GRUB使用32位协议。在这个协议中某些BIOS服务，象APM或EDD不可用。在这种情况下，你需要使用linux16：

grub> linux16 /vmlinuz root=/dev/sda1 acpi=off

3.       如果你使用一个initrd，在linux后执行命令initrd：

grub> initrd /initrd

如果你使用linux16，你需要使用initrd16：

grub> initrd16 /initrd

4.       最后，运行命令boot。

注意：如果你使用一个initrd，并向内核指定‘mem=’选项，使得它使用少于真实大小的内存，你将也要向GRUB指定相同的内存大小。为了使 GRUB知道这个大小，在载入内核之前，运行命令uppermem。

6.3 DOS/Windows

GRUB不能直接启动DOS或Windows，因此你必须链式载入它们。不过，它们的启动载入器有某些关键性的缺陷，因此仅链式载入它们可能不能工作。为了对付这个问题，GRUB为你提供了两个协助函数。

如果你已经在第一个硬盘以外安装了DOS（或Windows），你必须使用硬盘交换技术，因为OS只能从第一个硬启动。GRUB所使用的变通方案是命令drivemap，象这样：

drivemap -s (hd0) (hd1)

这在你的第一个及第二个硬盘间执行一个虚拟交换。

注意：仅当DOS（或Windows）使用BIOS来访问交换硬盘时，这才起作用。如果OS为硬盘使用一个特殊的驱动器，这可能不能工作。

如果你在硬盘上安装了多个DOS或Windows，会引起另一个问题，因为如果有多个用于DOS/Windows的主分区，会引起混淆。毫无疑问你应该避免这样做，不过如果你想这样做，有一个解决方案。使用分区隐藏/解隐藏技术。

如果GRUB隐藏了一个DOS（或Windows）分区，DOS（或Windows）将忽略 这个分区。如果GRUB解隐藏一个DOS（或Windows）分区，DOS（或Windows）将检测到这个分区。这样，如果你已经在第一个硬盘的第一、 第二分区上安装了DOS（或Windows），并且希望从第一个分区上启动，像下面那样做：

parttool (hd0,1) hidden-

parttool (hd0,2) hidden+

set root=(hd0,1)

chainloader +1

parttool ${root} boot+

Boot