GRUB 源代码分析

### GRUB源代码分析 #### 一、GRUB概述与工作流程 GRUB（Grand Unified Bootloader）是一款功能强大的引导加载程序，它被设计用来启动多种操作系统。GRUB分为几个阶段来完成整个启动过程，包括Stage 1、Stage 1.5 和 Stage 2。 - **Stage 1**: 这个部分通常位于主引导记录(MBR)中，负责加载Stage 1.5或直接加载Stage 2。 - **Stage 1.5**: 只负责加载Stage 2。 - **Stage 2**: 这个阶段是GRUB的核心部分，它实现了复杂的逻辑处理，如加载内核、配置环境等。 #### 二、GRUB启动流程详解 1. **BIOS执行INT 0x19**: 在计算机启动时，BIOS会执行INT 0x19中断，将主引导记录(MBR)加载到内存地址0x7c00处，并跳转执行。 - 如果用户选择将GRUB安装到MBR中，那么GRUB的安装程序会将Stage 1（512字节）拷贝到MBR。 - 视Stage 2的大小不同，安装程序会在Stage 1中嵌入Stage 1.5的信息或者直接嵌入Stage 2的位置信息。 2. **Stage 1执行**: Stage 1开始执行后，它会根据配置加载Stage 1.5或直接加载Stage 2，并跳转执行。 - **Stage 1.5**的作用非常单一，即加载Stage 2。因此，无论采用何种方式，最终都将执行Stage 2。 3. **Stage 2运行**: Stage 2正式开始运行，这是GRUB的核心部分。它首先将系统切换到保护模式，设置好C语言运行环境，然后寻找配置文件（通常是menulist.txt）。如果找不到配置文件，则提供一个命令行界面等待用户输入命令。 - **输入命令-解析命令-执行命令的循环**: 用户可以通过命令行输入各种命令，如`kernel`命令来指定内核位置，`initrd`命令来指定初始RAM磁盘位置等。这些命令会被解析并执行。 #### 三、GRUB的文件系统支持 GRUB不仅能够启动操作系统，还支持多种文件系统，这使得它可以灵活地从不同的文件系统中加载内核和配置文件。 1. **文件系统接口**: - **grub_open**: 打开文件。 - **grub_close**: 关闭文件。 - **grub_read**: 读取文件。 - **grub_dir**: 切换目录。 - 这些函数定义在`stage2/disk_io.c`中，它们构成了GRUB文件操作的基础接口。 2. **文件系统驱动接口**: - **fsys_table**: 这是一个包含所有文件系统驱动信息的数组，每个驱动都需要在这个表中注册。 - **struct fsys_entry**: 定义了文件系统驱动的基本信息和操作函数，包括`mount_func`（初始化函数）、`read_func`（读文件函数）、`dir_func`（打开目录函数）、`close_func`（关闭文件函数）等。 3. **读取文件的情景**: - 假设在menulist中配置了如下命令:`kernel (hd0,0)/boot/vmlinuz` - Stage 2首先调用`grub_open("(hd0,0)/boot/vmlinuz")`打开文件。 - 接着，通过遍历`fsys_table`找到匹配的文件系统驱动，并使用该驱动的`dir_func`打开指定路径的文件。 - 使用`grub_read`读取文件内容到内存中。 - 调用`grub_close`关闭文件。 4. **文件系统驱动实现**: - 在`stage2/fsys_*.c`文件中可以找到各种文件系统的驱动实现。 - 如果需要支持某种GRUB尚未提供的文件系统，可以根据`fsys_entry`接口的要求自行实现。 #### 四、总结 通过以上分析可以看出，GRUB不仅仅是一个简单的引导加载程序，它还包括了一个小型的操作系统环境。它能够支持多种文件系统，并提供了丰富的命令和脚本支持。这对于理解和学习操作系统启动过程以及引导加载器的设计原理都是非常有价值的。