Grub&initrd&initramfs详解

时间：2017-11-03 11:14:16 阅读：267 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

一、GRUB(Boot loader)
二、Grub命令行
三、Grub加密
四、进入单用户模式
五、Grub损坏，修复
六、救援模式
七、内核模块获取
八、ramdisk和initrd
九、内核信息输出的伪fs
十、initramfs和initrd的区别

一、GRUB(Boot loader)
   Grub:GRand Unified Bootloader
       Grub 0.x:grub legacy
       Grub 1.x:grub2
   grub legacy:
       stage:mbr
       stage1_5:mbr之后的扇区中，让stage1中的bootloader能识别stage2所在的分区上的fs
           //提供stage2的文件系统所需的驱动
       stage2:磁盘分区之上的，提供选择界面，供用户选择os
           stage2及内核等通常放置于一个基本磁盘分区
   配置文件：/boot/grub/grub.conf链接文件：/etc/grub.conf
   功用：

   1.提供菜单，并提供交互式接口
       e：编辑模式，用于编辑菜单
       c：命令模式，交互式接口
           root (hd0,0) //CentOS7的
           kernel /vmlinuz-x86_64 ro root=/dev/mapper/vg0-root
           initrd /intramfs*.img
           boot //开机即可

       CentOS7:
           insmod gzio
           insmod part_msdos
           insmod xfs
           set root=(hd0,msdos1)/Centos7如何使用
           linux16 /vmlinuz-3.*.x86_64 root=/dev/mapper/centos-root ro //linux取代centos 6的kernel
                       //注意vmlinuz前面的 / 不能去掉
           initrd16 /initramfs-*.img
           boot //重新启动即可
       注意：linux16 root=/dev/mapper/centos-root 必须指定，否则会出错
           指定root文件路径
   2.加载用户选择的内核或OS
       允许传递参数给内核
       可隐蔽此菜单
   3.为菜单提供了保护机制
       为编辑菜单进行认证
       为启用内核或os系统进行认证

二、Grub命令行窗口
   help：获取帮助列表
   help root //查看root的帮助信息，设置grub的根设备
           //此时os尚未启动，但是grub有自己的fs驱动可以直接访问
           //但是grub的fs驱动是有限的，不可能太大，因此不能识别软fs，raid，lvm等
   help KEYWORD:详细帮助信息
           //boot是可以不单独分区的，根fs如果使用基本分区的话
           //但是根fs，必须能够被grub识别才可以
           //如果root直接指定根所在分区，boot文件也放在跟分区中也是可以的
           //这时grub root需要指定根所在分区，并能够识别该分区
   如何标识设备：
       (hd#,#) //第#块磁盘的，第#个分区
       (hd0,0) //
   find (hd#,#)/vmlinuz-
   root DEVICE //设置根设备 root (hd0,0)
   kernel /PATH/TO/KERNEL_FILE //vmlinuz:z标识压缩存放，设定本次启动时用到的内核文件
       //额外内核支持的很多参数
       init=/paht/to/init
       selinux=0
       root=/dev/mapper/centos-root //根文件系统所在
       ro 只读
       quiet 静默模式
   initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FILE //设定为选定的内核提供的额外的文件的ramdisk
   boot ：引导启动选定的内核
============grub命令行窗=====================

一、菜单命令 
菜单命令只能用于grub配置文件的全局配置部分，不能用在grub命令行交互界面，菜单命令在配置文件中应放在其它命令之前。 
1、default  //设置默认启动的菜单项 
2、fallback  //设置启动某菜单项失败后反回的菜单项 
3、hiddenmenu //隐藏菜单界面 
4、timeout //设置菜单自动启动的延时时间 
5、title  //开始一个菜单项 
二、常规命令 
常规命令可以应该于配置文件和grub命令行交互界面，可使用的常规命令有 
1、bootp //通过bootp初始化网络设备 
2、color //设置菜单界面的颜色 
3、device //指定设备文件作为驱动器 
4、dhcp //通过DHCP初始化网络设备 
5、hide  //隐藏某分区 
6、ifconfig //手工配置网络设备 
7、pager //改变内部页程序的状态 
8、partnew //新建一个主分区 
9、parttype //改变分区的类型 
10、password 为菜单界面设置口令 
11、rarp //通过RARP初始化网络设置 
12、serial //设置串口设备 
13、setkey //设置键盘映射 
14、splashimage //设置GRUB启动时的背景图片文件 
15、termainal //选择终端类型  
16、tftpserver //指定TFTP服务器 
17、unhide //还原某隐藏分区 
三、命令行和菜单项命令 
命令行和菜单项命令可应该于GRUB配置文件的菜单项设置中，也可以用在GRUB命令交互界面。 
1、bolcklist //显示某文件所在分区位置（block list notation） 
2、boot //启动操作系统 
3、cat //显示文件内容  
4、chainloader //把启动控制权软交给另外的启动引导器 
5、cmp //比较两个文件 
6、configfile //加载已存在的GRUB配置文件 
7、debug //设置为debug模式 
8、displayapm //显示APM BIOS信息 
9、displaymem //显示内存配置 
10、embed //嵌入Stage 1.5文件 
11、find //查找包括某文件的所有设备 
12、fstest //测试文件系统 
13、geometry //显示某驱动器的物理信息 
14、halt //停止计算机运行（软件关机） 
15、help //显示GRUB的命令帮助信息 
16、impsprobe //查询对称多处理器（SMP）的信息 
17、initrd //加载initrd文件 
18、install //安装GRUB 
19、ioprobe //查询某驱动器的输入输出（I/O）端口 
20、kernel //引导操作系统内核  
21、lock //锁定某GRUB导菜单项，使其输入密码后才可启动 
22、makeactive //激活某主分区 
23、map //虚拟映射某驱动器 
24、md5crypt //使用MD5加密口令 
25、module //加载模块 
26、modulenounzip //加载模块不进行解压 
27、pause //暂停并等待按键 
28、quit //退出GRUB 
29、reboot //重新启动计算机 
30、read //读取内存中的内容 
31、root //设置GRUB的root设备 
32、rootnoverify //设备GRUB的root设备但不装载文件系统 
33、savedefault //保存当前的启动菜单项为默认启动 
34、setup //自动安装GRUB 
35、testload //从文件系统中测试读取某文件 
36、testvbe //测试VESA BIOS EXTENSION 
37、uppermem //强制设置主机上位内存的大小 
38、vbeprobe //查询VESA BIOS EXTENSION信息    
===============================================

三、Grub加密
   /etc/grub/grub.conf ：Centos5,6
   配置项：
       default=# //哪个用来默认启用，菜单项(title)编号从0开始
       timeout=5 //指定菜单选项等待选项的时长
       splashimage=(hd#,#)/PATH/TO/INITRAMFS_FILE //默认启用的界面
       //password [--md5] STRING：菜单编辑认证 //可以不用
       hiddenmenu=[0/1] //隐藏菜单
       title TITLE //定义菜单项“标题”
           root (hd#,#):grub查找stage2及kernel文件所在的设备分区，为grub的“根”
           kernel /PATH/TO/VMLINUZ_FILE [ARG] :启动的内核
           initrd /PATH/TO/INITRAMFS_FS :内核匹配的ramfs文件
           //password [--md5] STRING:启动选定到的内核或os时进行认证
   加密命令：grub-md5-crypt
       password --md5 jisdjfidjsifjsdiyeou
       password xiaoxin //可以明文存放，但是不安全
   CentOS7：
       grub2-setpassword

四、进入单用户模式
       1.编辑grub菜单(e命令)
       2.kernel 最后加上 single/1,s/S
       3.在kernel所在行，键入“b”命令 //Cenetos7 ctrl+x
   CentOS7：也是如此，只是仍然需要输入root密码来进入单用户模式

五、Grub-instll/grub2-install
grub-install
   安装grub
       //建议先安装windows后安装linux
       grub-install / grub2-install
   安装新的grub
       mkdir /mnt/boot
       mount /dev/sdb1 /mnt/boot //sdb是一个新硬盘
       grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb
               //指定root目录/mnt只需指定mnt即可，而不是/mnt/root
       grub将安装在sdb这个硬盘上的mbr中

   新加一个硬盘：//当拆了第一个硬盘之后，他就变成了sda
       sdb1:boot
       sdb2:swap
       sdb3:/
   vim /mnt/boot/grub/grub.conf
       default=0
       timeout=5
       title CentOS (EXpress)
           root (hd0,0)
           kernel /vmlinuz ro root=/dev/sda3 selinux=0 init=/bin/bash //
           initrd /initramfs.img
   cp /boot/vmlinuz* /mnt/boot/vmlinuz
   cp /boot/initramfs /mnt/boot/initramfs.img
   mkdir /mnt/boot/sysroot ; cd /mnt/boot/sysroot
   mkdir -pv etc bin sbin lib lib64 dev proc sys tmp var usr home mnt media

   ldd /bin/bash //查看bash依赖的库
   cp bash命令
   chroot /mnt/sysroot/   //切换根就可以了
   创建一个新的虚拟机
       然后使用刚才建立的硬盘


   破坏分区表：
       dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=200 count=1 //小于446，分区表不要破坏
       1.grub-install --roo-directory=/   /dev/sda
       2.grub 命令模式修复
           root (hd0,0) //必须有grub目录，里面的stage1，stage1_5都是存在的
           setup (hd0) //安装第一阶段到第一块硬盘上
           exit

六、救援模式
   借助于光盘实现
   linux rescue //命令行键入，进入救援模式
   默认会挂载原有的os到/mnt/sysimage上
   chroot /mnt/sysimage
   grub-install --root-directory=/ /dev/sda
   exit //退出到光盘镜像
   reboot即可


练习:
   1.新加硬盘，提供直接单独运行bash系统
       硬盘:新加硬盘-->分区-->mount--
           sdb1:/mnt/boot: //sdb1挂载地       :: /mnt/boot/[vmliuz,intramfs,grub{grub.conf}]   //切换目录
           sdb3:/mnt/sysroot: //sdb3挂在地     ::bin[bash],etc,sbin..                           //真实的根
           grub-install: /mnt
           grub文件
               kernel ... init=/bin/bash
       注:创建grub的那台主机，需要关机，才可以，否则kernel panic
   2.破坏本机bootloader，grub stage1,在救援模式下修复
   3.为grub设置保护功能

   ldd命令：输出共享库依赖
       ldd /bin/ls
       //第一个没有定义任何的，是真正定义调用其他库文件的入口
       左侧：库文件的名称
       右侧：库文件的路径
   ldd /bin/ls | grep -o "/lib.*.so.[[:digit:]]"
   ldd /bin/ls | grep -o "/lib.*.so.[^[:space:]]*" //非空白字符出现一次

七、内核模块获取
   uname命令：显示系统信息
   uname -s //kernel-name
       -r release
       -m machine,x86_64,i386
       -v 编译版本
       -n hostname
   lsmod //查看模块信息
       /proc/modules
       查看模块状态信息
   modinfo //显示模块的详细信息
       modinfo ext4
       modinfo //默认查找路径是/lib/modules/VERSION-release/
       -k kerel //多内核，指定其他kernel
       -F field //只显示指定字段的value值
           modinfo -F filename btrfs
       -n //显示文件路径
   modprobe：添加和删除模块
       modprobe -r //删除
       modprobe mou_name //装载
       -C //指定配置文件，默认配置文件/etc/modprobe.d/*.conf
       注意：正在使用的模块千万不要卸载
   depmode命令
       生成依赖关系，modules.dep和map files
       内核模块依赖关系文件及系统信息映射文件的生成工具
   模块装载和卸载的另一组命令
       insmod：
           insmod [filename] [module options...]
               filename:模块文件的文件路径
               insmod `modinfo -n btrfs` //存在依赖
               modprobe会自动解决依赖关系，而insmod需要手动解决
               modinfo btrfs //会显示依赖关系
       rmmod ：
           rmmod btrfs //不需要完整路径


八、ramdisk和initrd
   1.mkinitrd ,Centos5,6
   2.dracut,Centos6,7
   mkinitrd [options] [initrd-img] kernel-versio
   //为当前正在使用中的内核重新制作ramdisk文件
   mkinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)
   --with=[module] //手动加载其他模块到initrd文件中
   --preload //initramfs所听的模块，需要预先加载的模块
   dracut 命令
       //更底层，更功能更强悍
       dracut /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)
   mkinitrd -v -f myinitrd.img $(uname -r)
       -f指定要创建的映像文件，指定内核版本

来自: http://man.linuxde.net/mkinitrd
       内核模块支持动态装载和卸载
   ramdisk:
       辅助性文件，并非必须，取决于内核是否能够直接驱动rootfs所在的设备
       目标设备驱动：例如
               目标设备驱动:scsi设备驱动
               逻辑设备驱动:逻辑设备驱动
               文件系统：例如xfs文件系统
       ramdisk是一个简装版的rootfs

九、内核信息输出的伪fs
   /proc :内核状态及统计信息的输出接口；同时，还提供了一个配置接口，/proc/sys
       参数:
           只读：信息输出，数字标识的进程目录
           可写：可接受用户指定的一个新value
               (1)sysctl命令
                   专用于查看和设置/proc/sys目录中的值的
                   sysctl -a //查看所有可供调的值
                   sysctl net.ipv4.ip_forward
                   sysctl -w net.ipv4.ip_forward=1 //赋值，临时生效
                   sysctl kernel.hostname=www.test.com //-w可带可不带
                   -w ：仅仅是写入，默认不带
                   -p：重读配置文件
               (2)echo "value" >
                   文件系统命令(cat和echo)
                   查看:cat /proc/sys/PATH/TO/FILE
                   设定:echo "VALUE" > /proc/sys/PATH/TO/FILE

       注意：上述两种方式的设定，仅当前运行内核有效
       配置文件
           /etc/sysctl.conf :CentOS6
           /etc/sysctl.d/*.conf :CentOS7
               net.ipv4.ip_forward = 1
           sysctl -p /etc/sysctl.d/a.conf //重读配置文件，立即生效
           注意：linux的地址是系统的不是网卡的，
               //一个ip能够达到该主机，则该主机上的所有网卡的地址都可以ping到，即使不在同一个网段
           echo 3 > /proc/sys/vm/drop_caches   //清空缓存

   /sys:
       echo 1 > /proc/sys/net/ipv4/icmp_echo_ignore_all //忽略别人的ping操作
       输出内核识别出的各硬件设备的相关属性信息，也有内核对硬件特性可设置参数
       因此可通过此目录修改硬件特性

       udev //linux2.6之后，按需创建设备文件
           //读取/sys目录下硬件设备信息，按需为各硬件设备，创建设备文件
           //udev是用户空间程序，正是/sys的存在，使他能够读取设备信息，根据设备信息，创建设备文件
           //专用工具:udevadm,hotplug
           //有的是内核自己创建的,例如/dev/sda,结合udev实现

           udev为设备创建设备文件时，会去读其实现定义好的规则文件，一般在/etc/udev/rules.d/目录下，以及/usr/lib/udev/rules.d/目录下，以及/usr/lib/udev/rules.d目录下

   问题:克隆的虚拟机只有个eth1，就是没有eth0
       1./etc/udev/rules.d/70-persistent-net.rules
       2.修改网卡的配置文件
       3.卸载网卡模块，然后重新装载

十、initramfs和initrd的区别
boot loader装入kernel, 然后kernel需要执行/sbin/init, 读取这个文件就必须先mount根文件系统, 早期是通过启动时的root=参数告诉内核根文件系统在哪个设备上, 随着硬件和技术的发展,现在根文件系统可能位于一个网络存储如NFS上, 可能由于RAID而
散布于多个设备上, 可能位于一个加密设备上需要提供用户名和密码,这时root=参数就显得不够了. 为了应付这种局面, 先后出现两种机制来作为boot loader装载kernel到真正的/sbin/init执行这个启动过程的桥梁: initrd和initramfs, 两者有类似的地方, 比如都是
由内核执行其上的某个程序(initrd是/linuxrc, initramfs是/init),由这个程序决定加载什么驱动以及如何装载根文件系统.

initrd:
ram disk是一个基于ram的块设备，因此它占据了一块固定的内存，而且事先要使用特定的工具比如mke2fs格式化，还需要一个文件系统驱动来读写其上的文件。
如果这个disk上的空间没有用完，这些未用的内存就浪费掉了，并且这个disk的空间固定导致容量有限，要想装入更多的文件就需要重新格式化。
由于Linux的块设备缓冲特性, ram disk上的数据被拷贝到page cache (对于文件数据)和dentry cache(对于目录项), 这个也导致内存浪费.

initramfs:
最初的想法是Linus提出的: 把cache当作文件系统装载. 他在一个叫ramfs的cache实现上加了一层很薄的封装, 其它内核开发人员编写了一个改进版tmpfs, 这个文件系统上的数据可以写出到交换分区, 而且可以设定一个tmpfs装载点的最大尺寸以免耗尽内存. initramfs就是
tmpfs的一个应用.
优点:
   (1)tmpfs随着其中数据的增减自动增减容量.
   (2)在tmpfs和page cache/dentry cache之间没有重复数据.
   (3)tmpfs重复利用了Linux caching的代码, 因此几乎没有增加内核尺寸, 而caching的代码已经经过良好测试, 所以tmpfs的代码质量也有保证.
   (4)不需要额外的文件系统驱动.

另外, initrd机制被设计为旧的"root="机制的前端, 而非其替代物,它假设真正的根设备是一个块设备, 而且也假设了自己不是真正的根设备,这样不便将NFS等作为根文件系统, 最后/linuxrc不是以PID=1执行的, 因为1这个进程ID是给/sbin/init保留的. initrd机制找到真正的根设备后将
其设备号写入/proc/sys/kernel/real-root-dev, 然后控制转移到内核由其装载根文件系统并启动/sbin/init.

initramfs则去掉了上述假设, 而且/init以PID=1执行, 由init装载根文件系统并用exec转到真正的/sbin/init, 这样也导致一个更为干净漂亮的设计.

本文出自 “黑马腾空” 博客，请务必保留此出处http://hmtk520.blog.51cto.com/12595610/1978582

Grub&initrd&initramfs详解

标签：grub initrd grub2 系统启动 initramfs

原文地址：http://hmtk520.blog.51cto.com/12595610/1978582

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