GRUB源代码分析.pdf

G RUB 源代码分析

资料来源：

http://linuxsir.org/bbs/thread170348.html

合集者： tbfly （ tbfly@smth ， luzhihe@88 ）

下文均是上面链接各网友精彩发帖的集合，除了明显的错误修改外，并无内容修改。若有 出

入请参考原链接。

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phyma

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phyma :

1. 简略流程

（如果你不熟悉 grub ，建议您先看完这这一节再向后）

a ， Bios 执行 int 0x19 ，加载 MBR 至 0x7c00 并跳转执行。

如果你安装 grub 到 mbr ， grub 的安装程序会把 stage1 （ 512B ）拷贝到 mbr 。

视 stage2 的大小，安装程序会在 stage1 中嵌入 stage1 . 5 或者 stage2 的磁盘位置信息。

b ， stage1 开始执行，它在进行直接加载 stage1 . 5 或者 stage2 并跳转执行（还有些额外的工

作，这里忽略先）

stage1 . 5 很无辜，除了加载 stage2 以外它没有其他任何作用。

所以，不论是哪种情况，这一步的结果都是 stage2 开始运行了。

c

，

stage2 这个 mini os 终于开始正式运行了！它会把系统切入保护模式，设置好 C 运行环 境

2. stage2- 文件系统

a ，调用接口

类似系统调用，在 stage2/disk_io.c 中定义了 grub_open,grub_close,grub_read,grub_dir

全局函数用于 stage2 的文件操作 : 打开，关闭，读，切换目录。

为了简化文件系统驱动的编写， grub 不支持磁盘写（对于一个 loader 来说也没有必要去写

磁盘）

b ，文件系统驱动接口

任何一个文件系统驱动必须在 fsys_table （ stage2/disk_io.c ）数组中去放置一个

struct fsys_entry 的结构体，定义如下（ stage2/filesys.h

） ：

struct fsys_entry

int (*mount_func) (void); // 初始化函数

int (*dir_func) (char *dirname); // 目录 / 文件打开函数

int (*embed_func) (int *start_sector, int needed_sectors); // ？大部分驱动设置此项为 NULL

};

c ，情景：读入文件

然后 stage2 会调用 grub_read(buf,0) 读入全部的 /boot/vmlinuz 文件至内存中的 buf 地址

grub_read 是 fsys_entry

最后 stage2 回调用 grub_close 关闭文件，跟前面一样，这个调用仅仅是当前文件系统

fsys_entry

close_func 的简单封装。

d ，文件系统驱动

你可以在 stage2/fsys_*.c 找到各个文件系统驱动， 当然你如果对某个文件的结构熟悉， 而 g rub

中又没有相应的驱动， 你可以 按照 b 节中方法向 grub 中添加此文件系统的支持， 比如 NTF S

，

你只要实现 mount （判断是否是你所支持的文件系统） ，

dir

（打开文件或者目录） ，

read

（

读） ，

close （关闭文件）功能就好。

a ， stage2 流程

stage1 或者 stage1 . 5 加载完 stage2 后，会跳转至 stage2 执行， stage2 的入口是 stage2/asm.S

asm.S 在设置好 C 运行环境之后，会调用第一个 C 函数 init_bios_info （ stage2/common.c

），

这个函数在执行一些底层的初始化之后， 会调用 stage2 的 main 函数

这样 stage2 这个 mini os 正式开始运行了！

针对 menu. l st 和 shell 这两种情况， cmain 将：

menu.lst: run_menu()(stage2.c)->run_script()(cmdline.c)->find_command-> 执行命令函数

shell: enter_cmdline()(cmdline.c)->find_command-> 执行命令函数

*builtin_table[](stage2/builtin.c) 变量中去找到内置命令的函数，然后执行。

值得一提的是 grub 的 shell 类似 bash 的命令补全和命令历史纪录。

b ，内部数据结构

struct builtin

{

/* 命令名称，重要，是搜索命令时的依据 */

char *short_doc;

/* 完整帮助信息 */

char *long_doc;

};

struct builtin *builtin_table[] ； (stage2/builtin.c)

c ， Hack 提示

编写一个自己的 grub 命令。只需按照 b 节所述，填充一个 struct builtin 结构，按后将其指 针

放入 builtin_table 指针数组，你就可以在 menu.lst 或者 grub shell 中使用这个命令了。

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home_king

home_king

引用 :

1

1

1 扇区 ，作为硬盘的主引导扇区。

0

0

0

0

2

2

代码 :

stage2 的内幕并不神奇，正如斑竹所言，是一个 mini OS ，但我们觉得 GRUB 神奇的地方在

于文件系统的识别功能。这种神奇色彩也就是 " 鸡蛋与鸡谁先有 " 的矛盾体。

PC 上电后，就会执行 BIOS 的代码， BIOS 将加载硬盘主引导扇区，总共 512 字节的二进制

代码，这些代码就是 stage1 ，然后 BIOS 将执行 stage1 。这一点大家都不会感到奇怪，这 是

很自然的流程。然而， stage2 的体积比较大 ( 因为它实现的功能比较全面嘛 ) ，所以一般 stage 2

不会被放在固定的磁盘扇区中以供 stage1 只使用 BIOS 例程便可对其 raw read

，那么，

就会作为一个文件被放在文件系统里。

系统识别功能，而 stage1 . 5 本身就是文件系统的支撑代码，它必须加载 stage1 . 5 才能具备 这

种功能。那么，我们又回到了那种矛盾体的悖论 ── 要加载 stage1 . 5 来找到 stage1 . 5 ？ 呵呵

。

所以 用来识别 boot 分区文件系统的 stage1_5 不能作为文件来被 stage1 读取，它只能被存放

在固定的扇区中。这里强调 " 用来识别 boot 分区文件系统 " ，那是因为并不是所有的 stage1 . 5

文件都被放在固定扇区的，只有 boot 分区的文件系统对应的 stage1 . 5 才会被放在固定的扇

1.

2.

区中去！比如说，你的 boot 分区的文件系统是 ext2 ，那么在安装 GRUB 的 stage1

e2fs_stage1_5 就会被存放至一个固定的扇区集，而其他的如 reiserfs_stage1_5 就依然作为文

的行数数量，你会发现，原来 e2fs_stage1_5 被放在 0 面 0 道的第 3 个扇区开始往后 10 多 K 的 扇

区集里。

这里是 e2fs_stage1_5 文件的 hex 倾印片断：

这里是从 0 面 0 道的第 3 个扇区倾印片断：

1.

2.