부팅과정을 크게 5가지로 분류하면 다음과 같다.
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0단계 : 시스템 전원 공급
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파워버튼을 통해 전원이 공급되면, 메인보드는 리셋벡터를 통해 CPU가 BIOS 코드를 호출하도록 한다.
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모든 Intel CPU들은 전원 공급 직후 초기 부팅 때 Realmode로 작동하는데, 이 시점에서는 전체 메모리의 1MB영역 까지만 접근 할 수 있다.(이 영역의 주소는 0xFFFFFFFF이다.)
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초기부팅 직후 CPU가 처음 하게 될 일은 EIP(Extend Instruction Pointer: 메모리에 등록되어 있는 코드의 주소를 가리키는 포인터)에 숨겨진 0xFFFFFFF0 주소로 점프하는 것이다. 이 주소는 펌웨어의 엔트리 포인트로 매핑되는 영역으로 리셋벡터라고 한다.
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즉 부팅 직후 CPU는 리셋벡터를 통해 펌웨어(BIOS, EFI)로 접근하고, 이곳에서 펌웨어 코드(BIOS code)를 실행한다.
펌웨어(BIOS, EFI)는 시스템의 하드웨어 구성을 저장한다.)
특히 BIOS는 레거시 바이오스라고 불리며, 하드디스크의 첫 섹터를 읽어서 첫 섹터에 지시된 주소에 있는 코드를 실행하도록 하는 부팅 절차를 따른다.<Summary> - 전원공급이 되면, CPU는 *리셋벡터를 통해 BIOS로 접근하여 BIOS 코드를 실행한다. *리셋벡터: 펌웨어의 엔트리 포인트로 매핑되는 주소를 가리키는 포인터 - 메인보드의 ROM-BIOS에 있는 BIOS 프로그램을 자동실행한다. (ROM에 저장되어 있어 흔히 ROM-BIOS라고 부름) - BIOS 프로그램은 전원공급과 함께 메모리 특정번지에 자동 로드 된다. - CPU는 전원공급과 함께 특정번지의 BIOS 프로그램을 자동 실행한다.
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1단계 : BIOS 단계
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자체진단기능(POST: Power On Self Test)를 수행한다.
=> CPU, RAM, 제어장치, BIOS 코드 자체, 주변장치 등에 대한 검사를 진행하고, 하드웨어들을 초기화하는 작업을 한다. -
POST과정이 이상 없이 완료되면 검색된 부팅매체(하드디스크,CD-ROM, 플로피디스크 등)에서 부트로더를 불러들인다.
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예를 들어, 하드디스크가 부팅매체로 선택되었다면 하드디스크의 부팅파티션에 있는 0번섹터(MBR)에 있는 부트로더(GRUB)을 읽어 들인다.
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부트로더(GRUB)이 메모리에 적재되면 BIOS는 종료되고, 시스템 제어권은 부트로더(GRUB)이 갖게 된다.
<Summary> - POST(자체진단기능) 수행을 통해 장치 검사 및 하드웨어 초기화 - 부팅 디바이스(하드디스크 등)를 검색한다. - 여기서 디스크 내에 있는 MBR에 있는 코드(부트로더 코드)를 메모리로 로딩하고 수행을 시킨다. - 그럼,이 MBR이 부트로더를 로딩을 하게 된다. - 부트로더가 메모리에 적재되면 BIOS는 종료되고, 시스템 제어권은 부트로더가 갖게된다.
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2단계 : 부트로더 단계
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리눅스에서 사용하는 부트로더는 LILO(Linux Loade)나 GRUB(Grand Unified Bootloader)이 있다.
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GRUB은 커널 이미지를 불러들이고 시스템 제어권을 커널에게 넘겨준다.
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GRUB은 GRUB stage1-> 1.5-> 2 세단계를 거치는 부트로더로 GRUB2가 가장 보편적으로 많이 사용된다.
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GRUB stage 1
MBR 또는 VBR에 저장되어 있는 부트 이미지가 메모리에 로드되고 실행된다. -
GRUB stage 1.5
MBR과 첫번째 파티션에 있는 블록에 저장된 core.img가 메모리에 로드되고 실행된다. core.img의 configuration 파일과 파일 시스템을 위한 드라이버를 로드한다. -
GRUB stage 2
/boot/grub 파일 시스템에 직접 접근하여 커널(vmlinuz)의 압축을 풀어 메모리에 로드하고, 커널이 필요로 하는 모든 드라이버와 모듈, 파일시스템 등이 담긴 RAM 디스크 파일을 메모리에 로드한다.커널은 로드되기 이전 /boot 아래 압축된 형태인 vmlinux 로 존재 > GRUB stage2에서 압축 풀고 로드
커널 컴파일을 통해 GRUB을 통해 로드할 커널 버전을 고를 수 있다.
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3단계 : 커널로드 단계
- 부팅 2단계까지 지나며 현재 부트로더는 커널파일과 RAM디스크 파일을 메모리에 로드해놓은 상태이다. - vmlinux-2.6.26-2-686 - initrd.img-2.6.26-2-686-
/etc/grub/grub.conf 파일에 의해서 커널이 메모리상에서 실행되면, 하드웨어를 점검하고 /var/log/dmesg 파일에 기록을 한다.
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루트 파일시스템(/)을 읽기 전용으로 마운트 한다. 만약 마운트 실패시 “커널 패닉” 메세지를 출력한다.
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커널은 swapper프로세스(PID 0번)를 호출한다.
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swapper(PID 0번)는 커널이 사용할 각 장치드라이브들을 초기화하고 init프로세스(PID 1번)가 실행하게 된다.
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- 4단계 : Init 단계 (SysV/Systemd)
- systemd는 대표적으로 우분투 linux의 init system이다.
- /sbin/init프로세스가 실행이 되면 /etc/inittab파일을 읽어들여서 그 내용들 순서에 따라 시스템을 초기화하기 시작한다.
- 즉, 로그인프롬프트가 나오는 부팅완료화면까지 init프로세스에 의해 실행되는 내용들인 것이다.
정리
- power on 전원공급
- 메인보드의 ROM-BIOS에 있는 BIOS 프로그램 자동 실행
- POST 자체진단기능을 통해 주변 장치 검사 진행 및 부팅 디바이스 검색
- 검색된 장치 드라이브의 첫번째 섹터인 부트 섹터를 읽어들임.(MBR)
- 부트 섹터(MBR)에 저장된 GRUB(부트로더)를 로딩
- GRUB 작동
- 커널 이미지 적재
- 파일 시스템 마운트 (커널은 루트 파일시스템을 마운트한다.)
- Init 작동 (시스템 초기화)
- 로그인
