Процесс загрузки и GRUB

TL;DR: При включении: BIOS/UEFI → GRUB (выбор ядра) → Kernel (распаковка initramfs, инициализация оборудования) → systemd (PID 1) → default.target. GRUB конфигурируется через /etc/default/grub + update-grub. Параметры ядра — в /proc/cmdline. Аварийная загрузка: init=/bin/bash или rescue.target.

Зачем это знать

Система не загружается — нужно понимать, на каком этапе проблема
Нужно добавить параметр ядра (например nomodeset для GPU)
Dual-boot с другой ОС
Восстановление после сбоя (сломан GRUB, потерян пароль root)

Общая последовательность загрузки

┌─────────┐    ┌──────────┐    ┌────────┐    ┌─────────┐    ┌─────────────┐
│BIOS/UEFI│ →  │Bootloader│ →  │ Kernel │ →  │initramfs│ →  │systemd(PID1)│
│  POST   │    │  (GRUB)  │    │        │    │  init   │    │→ targets    │
└─────────┘    └──────────┘    └────────┘    └─────────┘    └─────────────┘
 Firmware       Пользова-       Ядро ини-     Временная      Полная
 находит        тельский        циализи-      корневая FS    инициали-
 загрузочное    выбор ядра      рует обо-     с драйверами   зация
 устройство     и параметров    рудование     для real root   системы

BIOS vs UEFI

	BIOS (Legacy)	UEFI
Адресация дисков	MBR (Master Boot Record)	GPT (GUID Partition Table)
Размер загрузчика	441 байт в MBR + gap	Полноценные .efi-файлы
Загрузочный раздел	Не нужен отдельный	ESP (EFI System Partition, VFAT)
Secure Boot	Нет	Да (проверка подписей)
Макс. размер диска	2 ТБ	8 ЗБ

Загрузка через BIOS + MBR

MBR (441 байт) → код в gap между MBR и 1-м разделом → GRUB core → grub.cfg → ядро

MBR содержит крошечный загрузчик, который знает только как загрузить следующую часть из gap (промежутка между MBR и первым разделом). Этот промежуток содержит ядро GRUB, которое уже умеет работать с файловыми системами.

Загрузка через UEFI

UEFI firmware → ESP (/boot/efi/EFI/ubuntu/grubx64.efi) → grub.cfg → ядро

UEFI напрямую читает VFAT-раздел (ESP) и загружает .efi-файл. Каждая ОС имеет свою папку в /boot/efi/EFI/.

# Просмотр UEFI-записей загрузки
efibootmgr -v
# Boot0001* ubuntu  HD(1,GPT,...)/File(\EFI\ubuntu\shimx64.efi)
# Boot0002* Windows HD(1,GPT,...)/File(\EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi)

GPT + BIOS (без UEFI)

Для GPT-дисков на BIOS-машинах GRUB требует специальный раздел — BIOS Boot Partition (без файловой системы, ~1 МБ), куда записывается код GRUB вместо gap.

Secure Boot

UEFI может проверять цифровые подписи загрузчика. Цепочка доверия:

UEFI → shimx64.efi (подписан Microsoft) → grubx64.efi (подписан дистрибутивом) → ядро

Для кастомных ядер или неподписанных модулей может потребоваться отключение Secure Boot в UEFI settings.

GRUB

Конфигурация

GRUB генерирует итоговый конфиг автоматически. Не редактируйте grub.cfg напрямую!

Файл/каталог	Назначение
`/boot/grub/grub.cfg`	Сгенерированный конфиг (не редактировать!)
`/etc/default/grub`	Пользовательские настройки (timeout, параметры ядра)
`/etc/grub.d/`	Скрипты-генераторы (00_header, 10_linux, 30_os-prober…)

# Типичный /etc/default/grub
GRUB_TIMEOUT=5
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash"
GRUB_CMDLINE_LINUX=""
GRUB_DISABLE_OS_PROBER=false

# После изменений — перегенерировать конфиг
sudo update-grub              # Debian/Ubuntu (обёртка)
sudo grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg   # универсально

Установка GRUB

# MBR (весь диск, НЕ раздел!)
sudo grub-install /dev/sda
 
# UEFI
sudo grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot/efi --bootloader-id=ubuntu

GRUB CLI (аварийный режим)

Если grub.cfg повреждён, GRUB загрузится в CLI (grub>). Основные команды:

ls                           # список дисков и разделов
ls (hd0,gpt1)/               # содержимое раздела
ls -l (hd0,gpt1)             # UUID и тип FS
echo $root                   # текущий корневой раздел GRUB
set                          # все переменные

# Ручная загрузка ядра
set root=(hd0,gpt2)
linux /boot/vmlinuz-6.8.0 root=UUID=xxx-yyy ro
initrd /boot/initrd.img-6.8.0
boot

Именование устройств в GRUB: (hd0) = первый диск, (hd0,msdos1) = первый MBR-раздел, (hd0,gpt1) = первый GPT-раздел.

GRUB root ≠ kernel root. set root в GRUB указывает, на каком разделе искать файлы ядра. Параметр root= для ядра указывает, какой раздел монтировать как /.

Структура menuentry

menuentry 'Ubuntu' {
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root xxxxxxxx-xxxx-...
    linux  /boot/vmlinuz-6.8.0 root=UUID=xxxxxxxx-xxxx-... ro quiet splash
    initrd /boot/initrd.img-6.8.0
}

Chainloading (для Windows)

GRUB может передать управление загрузчику другой ОС:

menuentry 'Windows' {
    insmod chain
    set root=(hd0,gpt1)
    chainloader +1
}

Параметры ядра

Передаются в строке linux в GRUB. Текущие параметры видны в /proc/cmdline.

cat /proc/cmdline
# BOOT_IMAGE=/boot/vmlinuz-6.8.0 root=UUID=xxx ro quiet splash

Параметр	Назначение
`root=UUID=xxx` / `root=/dev/sda2`	Корневая FS (UUID надёжнее — не зависит от порядка дисков)
`ro`	Монтировать корень read-only (для fsck при загрузке)
`quiet`	Минимум сообщений при загрузке
`splash`	Графический экран загрузки
`nomodeset`	Отключить KMS (если проблемы с GPU)
`single` / `1`	Однопользовательский режим (rescue)
`init=/bin/bash`	Аварийная оболочка вместо systemd
`systemd.unit=rescue.target`	Загрузка в rescue target

Для временного изменения: в меню GRUB нажать e, отредактировать строку linux, загрузить Ctrl+X.

initramfs

initramfs (initial RAM filesystem) — временная корневая FS, загружаемая в память вместе с ядром. Это cpio-архив (не образ диска!), содержащий:

Драйверы для доступа к реальному корневому разделу (RAID, LVM, шифрование, нестандартные контроллеры)
Init-скрипт или мини-systemd, который монтирует реальный корень и переключается на него
Базовые утилиты для ранней диагностики

# Посмотреть содержимое
lsinitramfs /boot/initrd.img-$(uname -r)    # Debian/Ubuntu
unmkinitramfs /boot/initrd.img-$(uname -r) /tmp/initrd/
 
# Пересобрать (после добавления модулей)
sudo update-initramfs -u       # Debian/Ubuntu
sudo mkinitcpio -P             # Arch
sudo dracut --force            # Fedora/RHEL

Если ядро скомпилировано со всеми нужными драйверами встроенными (не модулями), initramfs можно опустить. На практике это редкость.

Термины initrd и initramfs часто используются как синонимы, хотя технически initrd — устаревший формат (образ диска), а initramfs — современный (cpio-архив).

Аварийная загрузка

Метод	Когда использовать	Как
GRUB edit (`e`)	Нужно изменить параметры ядра	В меню GRUB: `e` → редактировать `linux` → `Ctrl+X`
`rescue.target`	systemd загружается, но сервисы сломаны	Параметр: `systemd.unit=rescue.target`
`init=/bin/bash`	systemd не работает	Параметр: `init=/bin/bash` (root без пароля, FS read-only → `mount -o remount,rw /`)
Live USB	GRUB сломан, диск не загружается	Загрузиться с USB → `mount` → `chroot` → починить

# После init=/bin/bash — FS смонтирована read-only
mount -o remount,rw /
# Теперь можно редактировать файлы
passwd root            # сбросить пароль
# Перезагрузка
exec /sbin/init        # или sync && reboot -f

Подводные камни

Ситуация	Совет
`grub rescue>` вместо меню	`grub.cfg` не найден. Использовать GRUB CLI для ручной загрузки, затем `update-grub`
`error: unknown filesystem`	GRUB не может прочитать раздел. Возможно повреждён суперблок или неверный UUID
Пропало меню GRUB (сразу грузит ОС)	`GRUB_TIMEOUT=0` в `/etc/default/grub`. Зажать Shift (BIOS) или Esc (UEFI) при загрузке
Dual-boot: Windows не видно	`sudo os-prober` + `GRUB_DISABLE_OS_PROBER=false` + `update-grub`
`initramfs` panic: no root	Неверный `root=` или отсутствует драйвер в initramfs. Пересобрать: `update-initramfs -u`
Secure Boot мешает	Отключить в UEFI settings или подписать модули ядра

Связанные материалы

systemd — что происходит после загрузки ядра
filesystem — FHS, /boot, /etc
install — практика: разметка, GRUB, initramfs

Knowladge Base

Проводник

Процесс загрузки и GRUB

Процесс загрузки и GRUB

Зачем это знать

Общая последовательность загрузки

BIOS vs UEFI

Загрузка через BIOS + MBR

Загрузка через UEFI

GPT + BIOS (без UEFI)

Secure Boot

GRUB

Конфигурация

Установка GRUB

GRUB CLI (аварийный режим)

Структура menuentry

Chainloading (для Windows)

Параметры ядра

initramfs

Аварийная загрузка

Подводные камни

Связанные материалы

Вид графа

Оглавление

Обратные ссылки