Phân vùng / boot thực sự để làm gì?

Tôi đang đọc một văn bản tương đối cũ trên các phân vùng và hệ thống tệp của Linux ( Kinh thánh chứng nhận LPIC 1 ). Nó nói rằng:

Một số phiên bản của bộ tải khởi động Linux không thể truy cập kernel nằm ngoài 1024 trụ đầu tiên trên đĩa. Bằng cách đặt phân vùng / boot vào đầu ổ đĩa, bạn có thể yên tâm không gặp vấn đề gì khi truy cập kernel khi khởi động. Vấn đề này xuất hiện thường xuyên nhất trong các trường hợp Linux khởi động kép cùng với một hệ điều hành khác nằm trên phân vùng đầu tiên.

Tại sao bộ tải khởi động lại " không có quyền truy cập vào kernel bên ngoài 1024 trụ đầu tiên trên đĩa "?

Ngoài ra, " đặt phân vùng / boot ở đầu ổ đĩa " nghĩa là gì?

Đây là một hạn chế được áp đặt bằng cách có BIOS và bộ tải khởi động rất cũ thay vì chính Linux. BIOS sẽ chỉ có thể truy cập 1024 trụ đầu tiên của đĩa (xem tại đây để biết thêm thông tin về các trụ / đầu / ngành là gì). Giới hạn này sẽ mở rộng cho các bộ tải khởi động, do tính chất đơn giản của chúng, sẽ không có trình điều khiển đĩa riêng và sẽ sử dụng các dịch vụ BIOS để truy cập vào đĩa.

Điều này có nghĩa là cả bộ tải khởi động và nhân (vì đây là công việc của bộ tải khởi động) sẽ phải nằm trong 1024 trụ đầu tiên trên các hệ thống có giới hạn này. Một cách đơn giản để làm điều này là tạo một /bootphân vùng riêng có chứa kernel và đặt nó ở đầu ổ đĩa (thường chỉ bằng cách làm cho nó là phân vùng đầu tiên). Điều này có nghĩa là nó sẽ nằm trong 1024 trụ đầu tiên, với điều kiện là phân vùng không quá lớn.

Giới hạn không còn là vấn đề vì nó chỉ áp dụng cho các BIOS cũ. Ngoài ra, nhiều bộ tải khởi động hiện đại (ví dụ GRUB) có trình điều khiển đĩa riêng và do đó không cần phải dựa vào các dịch vụ BIOS. Bộ tải khởi động hiện đại có thể sử dụng /bootcho các mục đích khác, nhưng không còn cần thiết phải nằm trên một phân vùng riêng và trong 1024 trụ đầu tiên (mặc dù có nhiều trường hợp cần phải có /boottrên một phân vùng riêng).

Lịch sử

/bootchứa các tệp không được sử dụng bởi hệ điều hành, nhưng bởi bộ tải khởi động của nó . Bạn sẽ tìm thấy cả hai tệp của chính bộ tải khởi động (như /boot/grub/*Grub) và nhân Linux ( /boot/vmlinuz*) và thường là initrd hoặc initramfs liên quan .

Trên PC có BIOS kế thừa (trái ngược với UEFI mới hơn được tìm thấy trên hầu hết các máy tính gần đây), phần mềm trong ROM tải 512 byte đầu tiên của đĩa khởi động vào bộ nhớ ( khu vực khởi động ). Chỉ với 512 byte (không phải tất cả trong số đó thậm chí chứa mã: một số trong đó chứa dữ liệu như bảng phân vùng), mã không thể làm được gì nhiều - không thể có trình điều khiển đĩa thực sự trong đó. Tất cả những gì có thể được thực hiện trong không gian hạn chế như vậy là sử dụng giao diện BIOS để tải thêm mã. Giao diện này cung cấp một lệnh để tải khu vực thứ N trên đĩa - và kích thước của N bị giới hạn, do đó chỉ có thể đạt được sự khởi đầu của đĩa theo cách đó.

Giao diện BIOS đã phát triển một chút trong ba thập kỷ gần đây, nhưng những hạn chế về kích thước của nó đã phải vật lộn để theo kịp kích thước đĩa, khiến các BIOS và bộ tải khởi động cũ hơn có thể đạt được ở mức 32MB, 512MB, 2GB, 8GB (và có thể các ngưỡng khác mà tôi không nhớ). Bộ tải khởi động cần có khả năng sử dụng giao diện BIOS để tải tất cả các phần cần thiết để truy cập trực tiếp vào ổ đĩa. Các bộ tải khởi động thường không chứa trình điều khiển cho tất cả các bộ điều khiển đĩa xung quanh, vì vậy mọi thứ để tải kernel Linux (và initrd / initramfs) phải sử dụng giao diện BIOS và do đó phải vừa với đầu đĩa.

Lưu ý rằng đây là một hạn chế của BIOS hoặc của bộ tải khởi động, không phải của chính Linux hoặc của một bản phân phối.

Riêng /boothôm nay

Trên một hệ thống có BIOS gần đây và bộ tải khởi động gần đây hoặc với UEFI, các giới hạn kích thước không còn phù hợp nữa: kích thước đĩa hiện có một thời gian dài để bắt kịp. Tuy nhiên, có những trường hợp sử dụng khác làm cho một /bootphân vùng riêng trở nên hữu ích. Nó cho phép hệ thống chính nằm trên thiết bị RAID mà bộ tải khởi động không hỗ trợ hoặc trên loại hệ thống tệp mà bộ tải khởi động không hỗ trợ. Nó cho phép hệ thống chính nằm trên một thiết bị được mã hóa, Linux có thể giải mã nhưng không phải là bộ tải khởi động.

Nếu không có bất kỳ giới hạn và trường hợp sử dụng nào áp dụng cho bạn, việc giữ /bootmột phân vùng riêng sẽ không hữu ích. Nhưng họ ảnh hưởng đến đủ người mà hầu hết phân phối hỗ trợ nó.

Một lý do khác bên cạnh vấn đề BIOS được đề cập là một /bootphân vùng riêng biệt cho phép sử dụng hệ thống tệp cho /âm lượng mà trình tải khởi động không hiểu (không bị giới hạn trong việc tải danh sách chặn như với lilo).

BOOTING LÀ CỨNG

Khởi động ... tốt ... nó thực sự là phần khó nhất. Mỗi khi máy tính khởi động, về cơ bản nó sẽ gặp lại. Nó làm quen với các bộ phận khác nhau của nó, và với mỗi bộ phận, nó đáp ứng khả năng của nó. Nhưng nó phải tự kéo mình lên bằng bootstraps của chính nó, có thể nói, từ hình vuông mỗi lần.

Khi thiết kế một quy trình khởi động, mẹo là đưa máy lên theo từng giai đoạn. Khởi động của bạn phải nhanh và đáng tin cậy, và nó phải là cả hai thứ trong một môi trường hoàn toàn không biết mỗi lần . Tôi thậm chí sẽ không tham gia vào một cuộc trò chuyện ở chế độ Thực / Được bảo vệ (điều này không có nghĩa là tôi thậm chí có thể) , nhưng có rất nhiều điều đang diễn ra khi khởi động. Khi máy tính đồng hóa các thành phần khác nhau của nó mỗi lần nó làm như vậy trong các bước tốt nghiệp. Có lẽ điều quan trọng nhất trong số này là việc chuyển từ thực thi mã trên tàu sang thực thi mã trên đĩa, hay nói cách khác - thực thi kernel. Đây là khi phần sụn (bề ngoài) đầu hàng hệ điều hành.

Nhiều năm trước đây không phải là quá nhiều trường hợp. Nó từng là BIOS thực sự là vào / ra cơ bản - các chương trình thông thường sẽ thực hiện các cuộc gọi đến phần sụn cho những việc như vẽ màn hình và truy cập đĩa. Chúng được gọi là ngắt - những chiếc mũ cũ có thể nhớ chúng tốt nhất cho sự hồi hộp mà chúng thường thấy khi gán IRQ cho ma trận điểm mới hoặc USR.

INT13H

Đây là chuỗi chức năng 13H gián đoạn ( hoặc INTlắp ráp ) mà BIOS cung cấp dưới dạng dịch vụ để truy cập đĩa. Chúng thậm chí còn được sử dụng ngày nay cho các hệ thống BIOS trong quá trình khởi động để thực hiện bước nhảy từ phần sụn sang đĩa.

Một hệ thống BIOS sẽ kiểm tra một vài byte đầu tiên của mỗi đĩa mà nó tìm thấy và tìm kiếm một mẫu mà nó nhận ra là Bản ghi khởi động chính ( hoặcMBR ) . Đây là một tiêu chuẩn thực tế hàng thập kỷ và bao gồm một chút nhị phân thô, có thể thực hiện được ghi vào đầu đĩa. MBR đánh dấu đĩa BIOS là khả năng khởi động. Nó sẽ ngừng kiểm tra khi tìm thấy một cái, và thực tế một cái là tất cả những gì bạn có được mà không cần một vài mánh khóe thông minh. Khi tìm thấy nó, nó ánh xạ nó vào bộ nhớ và thực thi nó (ở chế độ Real, nhưng tôi vẫn không đến đó) .

MBR được thực thi gần như chắc chắn không phải là hạt nhân hệ thống của bạn - 512 byte (cho hoặc nhận) sẽ khá vô dụng trong bộ phận đó. Đây có lẽ là một bộ tải khởi động - một chương trình được thiết kế đặc biệt để khắc phục một trong nhiều hạn chế về địa chỉ của BIOS - cụ thể là nó hoàn toàn không hiểu bất kỳ loại hệ thống tệp nào.

Khi bộ nạp khởi động đọc trong kernel thực tế và thực thi nó trong bộ nhớ (vì tất cả chúng ta đều cầu nguyện mọi lúc) , nó có thể sẽ làm như vậy bằng cách yêu cầu BIOS thông qua một INT13Hcuộc gọi ngắt. Và nếu không - nhiều bộ tải khởi động fancier sẽ gắn kết các hệ thống tệp theo nghĩa thông thường và thực thi mã theo cách khác - thì rất ít khả năng bộ tải khởi động đã trở nên lạ mắt mà không cần một INT13Hhoặc hai. Thông thường các bộ tải khởi động phải tự tải chuỗi - hoặc các giai đoạn khác nhau - vì 512 byte được phân bổ đầu tiên chúng không phù hợp với ngay cả nhu cầu của chúng.

GÀ VÀ TRỨNG

Tất cả điều này là một cách thảo luận về đĩa, tôi biết, nhưng đến thời điểm này, rõ ràng vấn đề chính - người ta có thể gọi nó là loại gà và trứng - đang truy cập vào đĩa có chứa các hướng dẫn chương trình về cách truy cập đĩa . Chìa khóa của vấn đề này là phần sụn - và tiếp tục theo những cách rất khác nhau ngay cả trên các hệ thống EFI - và, yếu nhất hay không, phần sụn là liên kết quan trọng nhất trong chuỗi khởi động.

Bạn thấy, một khi kernel thực thi và tất cả vô số thói quen truy cập và kiểm soát phần cứng của nó, tất cả các vấn đề này sẽ biến mất (hoặc, ít nhất, thay đổi phần nào) , bởi vì các hệ điều hành hiện đại kiểm soát hoàn toàn hệ thống, nhưng cho đến khi họ thực hiện các giới hạn của hệ thống chỉ kéo dài cho đến khi phần sụn sẽ cho phép. Điều này nói lên nhiều điều - BIOS đã không thay đổi nhiều kể từ 8086. Cuộc INT13Hgọi là bản gốc 8086. Vâng, đã có (vô số) tiện ích mở rộng và tất nhiên là hack, nhưng đổi mới ...?

TỐT HƠN VÀ TỐT HƠN

Hầu hết các thay đổi đối với BIOS chỉ là băng bó tốt nhất. Nó từng là một đĩa cứng phải được ánh xạ vật lý - các khía cạnh khác nhau và cụ thể của hình học của nó được đề cập khi dữ liệu được lưu trữ vào nó hoặc lấy ra từ nó. Cuối cùng, đĩa cứng thông thường đã phát triển đến kích thước cấm điều này. Ngay cả bản đồ trừu tượng cũng có quá nhiều thông tin để BIOS xử lý. Vì nó chỉ có thể hoạt động ở Chế độ thực, BIOS bị giới hạn ở mức 1 MB cho mỗi thanh ghi bộ nhớ. Vuốt bản đồ hình trụ lớn hơn bất kỳ, hoặc làm cho bất kỳ một trong các thuộc tính nào của nó lớn hơn có thể được xử lý trong rất nhiều bit và BIOS bị mất theo nghĩa đen - vượt ra khỏi giới hạn.

Rào cản này đã được đáp ứng và phá vỡ nhiều lần. Mỗi lần bản đồ được trừu tượng hóa và mã hóa theo một số cách mới hơn, thông minh hơn và kém chính xác hơn. Và vì vậy, ngày nay, BIOS không thể lập bản đồ chính xác cho một ổ đĩa. Địa chỉ khối logic là tiêu chuẩn thực tế hiện nay, mặc dù một số bản dịch Xi lanh / Đầu / Ngành (hoặc CHS) vẫn cần thiết. Những gì phần sụn chính đã mất về độ chính xác / trách nhiệm, các phần mở rộng như vậy đã được trừu tượng hóa và thêm vào các trách nhiệm phần sụn đĩa để lấp đầy các khoảng trống.

Đây là trò chơi mèo vờn chuột được tham chiếu trong câu hỏi của bạn. Khi BIOS không hiểu được đĩa vượt quá một điểm nhất định do kích thước tuyệt đối của nó, thì bất kỳ dữ liệu nào bạn có thể muốn lấy lại cho bạn khi khởi động - chẳng hạn như bộ tải khởi động hoặc kernel - có lẽ tốt hơn không nên nằm ngoài điểm đó. Đây là nơi /bootđến từ.

CÓ THỂ THỰC SỰ TỐT HƠN

Ngày nay, những điều như vậy, rất may, không liên quan đến sự sụp đổ của BIOS. Đã 30 năm sắp tới, nhưng nó đã được thay thế phần lớn trong vài năm qua theo tiêu chuẩn UEFI (hoặc EFI 2.0) . UEFI cung cấp một mount từ phút thứ nhất, nó khởi tạo ở Chế độ bảo vệ, nó kết hợp bộ tải khởi động riêng, nó cung cấp lưu trữ biến bộ nhớ flash liên tục khởi động lại, nó sẽ được xử lý một số zetabyte hoặc bất cứ thứ gì trên mỗi đĩa ... và nhiều khác Nó là xa hoàn hảo, nhưng nó là một cải tiến lớn so với người tiền nhiệm của nó.

Ngay cả các đối số cho bộ tải khởi động chuyên dụng liên quan đến mã hóa ổ đĩa hoặc hệ thống tệp lớp cũng không thay đổi khi bạn cho rằng tất cả những điều này phải được xử lý bởi nhân hệ điều hành, và nếu bạn được cung cấp một mount khi khởi động, bạn sẽ luôn rõ ràng bắn để thực thi nó (đặc biệt là xem xét rằng hạt nhân Linux, trong cấu hình mặc định của nó, là một thực thi EFI của riêng nó) .

Và do đó, một /bootphân vùng riêng biệt có lẽ không quá quan tâm đến bạn và nếu bạn đang sử dụng hệ thống EFI, thì có lẽ bạn đã có một tương tự trong phân vùng hệ thống EFI, vì đó là một yêu cầu để khởi động chế độ EFI.

Rằng có một /bootthư mục được xác định theo lịch sử và từ đó "cố định" trong Tiêu chuẩn phân cấp hệ thống tập tin . Có một tiêu chuẩn như vậy cho phép các chương trình (và sysadins) mong đợi các tệp nhất định tại các vị trí nhất định. Trong trường hợp này, các tập tin liên quan đến quá trình khởi động.

Có một /bootphân vùng ở đầu đĩa có ý nghĩa đối với các BIOS cũ hơn mà không thể lập chỉ mục các khối / cung trong toàn bộ các ổ đĩa có sẵn. Do đó, thông tin nên được tải phải nằm trong một khu vực có thể được lập chỉ mục, do đó một phân vùng riêng (với số ngành thấp) /bootmà BIOS có thể tải dữ liệu / chương trình bổ sung (từ đó có khả năng xử lý toàn bộ phạm vi đĩa mà không sử dụng BIOS).

Nó cũng có thể rất trật tự để có một phân vùng khởi động / riêng biệt. Trên máy của tôi, tôi có nhiều bản phân phối và bản sao lưu, mỗi bản trong các phân vùng riêng, nhưng tất cả chúng đều có chung phân vùng / boot, đó là nơi chứa tất cả các hạt nhân cho tất cả các hệ điều hành. Ngoài ra, tất cả các bản phân phối đều trỏ đến một bản sao duy nhất của tôi và lilo.conf cũng có trong / boot, vì vậy tôi không bao giờ phải đoán xem cái quái gì đang xảy ra khi tôi thêm hạt nhân, thêm các bản phân phối, bất cứ điều gì. Đây là một snip từ lilo.conf của tôi:

image  = /boot/vmlinuz-3.16.0-4-686-pae
initrd = /boot/initrd.img-3.16.0-4-686-pae
root   = "LABEL=y5--5-Debian1"
label  = y5:D1:16.0-4

image  = /boot/vmlinuz-3.16.0-4-686-pae
initrd = /boot/initrd.img-3.16.0-4-686-pae
root   = "LABEL=y8--5-Debian2"
label  = y8:D2:16.0-4

image  = /boot/vmlinuz-3.16.0-4-686-pae
initrd = /boot/initrd.img-3.16.0-4-686-pae
root   = "LABEL=y11-5-Debian3"
label  = y11:D3:16.0-4

image  = /boot/vmlinuz-3.16.0-4-686-pae
initrd = /boot/initrd.img-3.16.0-4-686-pae
root   = "LABEL=w5--5-Debian1"
label  = w5:D1:16.0-4

... đó chỉ là bản sao lưu Debian của tôi trên hai đĩa. Xem làm thế nào dễ dàng để theo dõi các hạt nhân? (ngay bây giờ, tất cả các bản sao lưu sử dụng cùng một kernel).

Mặc dù trên các hệ thống hiện đại, các thành phần của tệp có thể được truy cập ở bất kỳ đâu trên đĩa, nhưng vẫn hợp lý khi giới hạn các tài liệu khởi động vào phân vùng khởi động của riêng chúng, chỉ đơn giản theo nguyên tắc "không bỏ tất cả trứng vào một giỏ".

Giả sử rằng hệ thống tập tin chính bị hỏng theo cách mà một số bộ tải khởi động giai đoạn thấp hơn không thể đọc được giai đoạn tiếp theo đúng cách. Nếu thay vào đó, các vật liệu bootloader nằm trong phân vùng riêng của chúng, thì kernel có thể xuất hiện và xử lý đúng cách với phân vùng gốc bị hỏng thông qua fsck. Đó có thể là trong phân vùng riêng của mình.

Phân vùng khởi động có thể cung cấp cho bạn các tùy chọn để "giải cứu", như gắn phân vùng gốc thay thế. Ngoài ra, nếu bạn khởi động nhiều hệ điều hành khác nhau trong các phân vùng khác nhau thì sao? Sau đó, các vật liệu khởi động không thuộc về bất kỳ một trong những hệ thống. Nó là hợp lý cho nó để có phân vùng riêng. Bạn có thể thay thế bất kỳ phân vùng HĐH nào bằng một HĐH khác, nhưng vẫn có thể khởi động các HĐH còn lại.

Ngoài ra, điều gì sẽ xảy ra nếu bạn muốn sử dụng một hệ thống tập tin cho phân vùng chính của mình mà bộ nạp khởi động hoàn toàn không hiểu? Hoặc, giả sử, hỗ trợ phía bộ tải khởi động chỉ là thử nghiệm? Trong các tình huống như vậy, tệp thời gian khởi động vẫn có thể được sử dụng nếu có bản đồ khu vực (và trình tải khởi động hỗ trợ một điều như vậy: trình tải khởi động Linux cũ LILO đã sử dụng bản đồ khu vực và do đó không phải hiểu hệ thống tệp cấu trúc nào cả). Nhưng bản đồ khu vực vốn đã dễ vỡ. Nếu hệ thống tập tin được tổ chức lại, các thành phần di chuyển xung quanh và do đó các bản đồ khu vực trở nên không chính xác và phải được tạo lại, nếu không hệ thống không thể khởi động lại.

Cuối cùng, có một nguyên tắc tổ chức là ngay cả khi bạn không có phân vùng thực tế, vẫn nên biết rằng tất cả các công cụ khởi động ít nhất là ở dưới /boot, và không nằm rải rác ở bất kỳ nơi nào khác.

Đây không phải là một hạn chế của bản phân phối Linux, nhưng nó là một hạn chế của các BIOS cũ hơn. Quay trở lại những ngày đó, để đảm bảo Linux có thể khởi động, tất cả các tệp liên quan đến khởi động được đặt trong phân vùng riêng của chúng, được tạo phân vùng đầu tiên trên ổ cứng để đảm bảo bộ tải khởi động nằm trong 1024 trụ đầu tiên. Tạo một phân vùng nhỏ hơn bất kỳ kích thước nào được tìm thấy trong 1024 xi lanh (thay đổi từ ổ cứng sang ổ cứng). Nhưng nếu bạn tạo một phân vùng đầu tiên lớn hơn ranh giới này, có khả năng các tệp bộ tải khởi động sẽ nằm bên ngoài 1024 trụ và BIOS sẽ không thể tải chúng.

Bạn cũng có thể đạt được hiệu ứng tương tự bằng cách tạo hai phân vùng nhỏ, cả hai đều nằm trong 1024 trụ đầu tiên và đặt tất cả các tệp bộ tải khởi động lên cái thứ hai.

Một lý do khác để khởi động những ngày này là:

• Khởi động từ NFS hoặc NBD
• phân vùng gốc được mã hóa
• / boot chia sẻ phân phối khác nhau