淺析 GRUB 如何載入 Linux kernel

2020-06-16 18:09:19

前言

對於 GRUB 的載入流程，網上絕大部分都是寫對 menu.lst, grub.cfg 這些 GRUB 組態檔的編寫流程，就像是寫指令碼語言一樣，用些關鍵字就能讓 PC機能正確啟動桌面 Linux 了。但這只是 GRUB 的使用，而不是GRUB的分析。

本來是沒有想要探究 GRUB 的想法，直到我在自製toy kernel 的學習中進入了 “虛擬記憶體管理”這一章節。很多介紹虛擬記憶體管理的時候都會說到 Linux 的記憶體管理，Linux 核心會載入到系統 3G～4G 的虛擬記憶體中, 但 GRUB 是沒有開啟虛擬記憶體的，Linux 核心的載入是被誰，又是如何載入相應段到 3G～4G 區的呢。

分析 kernel

vmLinux

我們看下核心原始碼編譯後的最原始檔案 vmLinux。該檔案是 ELF 檔案，使用 readelf 讀下該檔案的 Section header.

這裡只截了幾個段顯示，後面的段都類似. 可以看到這些需要載入的段的地址的確是在 0xC0000000 之後。但 vmLinux 並不是可引導的Linux 核心檔案。

Linux啟動的相關資訊一般都在 `/boot` 下，我們看下裡面的內容.

可以看到 grub 資料夾，grub 就是引導 Linux 進行啟動的 bootloader，我們看下 `/boot/grub/grub.cfg` 檔案的內容。

menuentry 'Linux Mint 17 {
recordfail
gfxmode $linux_gfx_mode
insmod gzio
insmod part_msdos
insmod ext2
set root='hd0,msdos1'
linux /boot/vmlinuz-3.13.0-24-generic
initrd /boot/initrd.img-3.13.0-24-generic
}
帶有 linux 的一行就指定了啟動的核心，可以看到不是 vmlinux 檔案，而是 vmlinuz 檔案。

vmlinuz
搜尋後可以看到 vmlinuz 是**可引導的，壓縮**的核心。 initrd 是"initial ramdisk" 的簡寫，是臨時的虛擬磁碟，暫時不討論。因為我電腦上 vmlinuz 是64 bit的，對 64bit不太了解，所以找了個 32bit 的vmlinuz 檔案來作解析。先試試`readelf`命令。

# readelf -S vmlinuz

readelf：錯誤： Unable to read in 0x7269 bytes of 節頭

readelf：錯誤：不是 ELF 檔案 - 它開頭的 magic 位元組錯誤

不是 ELF 檔案，那試試 `objdump` 吧。

# objdump -afh vmlinuz

objdump: vmlinuz: 不可識別的檔案格式
還是不行。

這個時候之所以會相當用這些命令看 vmlinuz 檔案的段資訊，因為在我的 toy kernel 中使用的是 ELF 檔案，而且是使用 grub 載入的，對於 ELF 檔案來說內部保護若干 section，執行時這些 section 必須要在特地的記憶體地址上. 使用 `readelf` 檢視toy kernel 的 section header 資訊如下.

可以看到 Addr 段就是核心執行時這些段在記憶體中的地址。而載入我的核心的 grub 的設定如下

title toy kernel

root (fd0)

kernel /zkernel

module /initrd

vmlinuz 之所以叫做壓縮的核心，是因為它是使用 gzip 壓縮後得來，而且不單單是個純封包，在檔案開頭部分內嵌有 gzip 解壓縮程式碼，相當於"自解壓"。我的核心需要由grub載入好相應的 section，但 vmlinuz 都讀不出來段如何讓 grub 載入？

其實答案就在上面的 grub 組態檔裡，在 linux 中宣告核心使用的是 *linux* 關鍵字，在我的設定中宣告核心使用的卻是 *kernel*. 可以明確看出，grub對 linux 的載入是特殊對待的，但具體怎麼特使對待，只能從原始碼裡看了。

如何在Ubuntu12.04/12.10中重灌或修復Grub2引導 http://www.linuxidc.com/Linux/2012-11/74901.htm

Linux啟動引導過程 grub和mbr http://www.linuxidc.com/Linux/2013-07/87923.htm

grub 的安裝與使用 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-07/87682.htm

grub載入程式組態檔分析 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-07/87547.htm

CentOS 6.4 grub加密碼 http://www.linuxidc.com/Linux/2013-07/87124.htm

CentOS GRUB引導錯誤無法進入系統解決辦法 http://www.linuxidc.com/Linux/2014-11/108835.htm

更多詳情見請繼續閱讀下一頁的精彩內容： http://www.linuxidc.com/Linux/2015-02/113021p2.htm

淺析 GRUB 如何載入 Linux kernel

熱門文章