Для компьютеров архитектуры x86 последовательность загрузки хорошо описана в специализированной литературе, но мы все-таки кратко ее повторим. После включения компьютера первым загружается BIOS. Он тестирует аппаратуру и инициализирует устройства. После этого BIOS прочитывает начальный сектор загрузочного жесткого диска (MBR), убеждается что он содержит код первичного загрузчика, и передает управление прочитанному коду. Кроме кода первичного загрузчика, начальный сектор также может содержать таблицу разделов жесткого диска.

В задачи первичного загрузчика входит чтение основного кода загрузчика операционной системы и передача управления ему, после чего основная часть загрузчика может считать конфигурационный файл, загрузить ядро операционной системы, установить параметры для ядра и передать ядру управление. Ядро инициализирует драйверы, проверяет параметры и, опираясь на параметры, пытается смонтировать корневую файловую систему, после чего (если не было проинструктировано об ином) запускает программу /sbin/init. Дальнейшая работа init подробно описана во множестве книг и статей.

В настоящий момент в мире Linux наиболее распространен загрузчик GRUB. Этот загрузчик состоит из нескольких частей – первичного загрузчкиа, собственно основного кода который организует интерфейс пользователя, и набора мини-драверов различных файловых систем, позволяющих прочесть необходимые файлы с файловой системы в момент когда операционная система еще недоступна. Каждая из этих компонент работает на одноим из двух этапов загрузки. Рассмотрим эти этапы:

Этап 0 – здесь срабатывает первичный загрузчик GRUB. Он компактен и умещается в один блок жесткого диска, что позволяет при желании разместить его в MBR. В задачи кода stage_0 входит прочтение кода необходимого на следующем этапе (собственно кода загрузчика и мини-драйвера файловой системы где расположены основные файлы загрузчика), и передача управления прочитанному коду.

Этап 1 – это на этом этапе первичным загрузчиком в память уже загружен основной код загрузчика, а также мини-драйвер файловой системы, на которой расположены конфигурационные файлы загрузчика, ядро и необходимые драйверы. Основной код, используя функции мини-драйвера, прочитывает конфигурационный файл и организует диалог с пользователем. В зависимости от выбора пользователя, используя мини-драйвер файловой системы, с диска прочитываются файлы ядра и необходимых драйверов, после чего управление передается ядру. Как вариант, пользователь может отказаться от загрузки Linux и инструктировать GRUB прочесть загрузочный сектор некоторого раздела жесткого диска и передать управление ему.

Первичный загрузчик из состава GRUB может быть расположен как в MBR, так и в загрузочном секторе какого-либо раздела жесткого диска – или даже храниться в файле и быть вызван из другого загрузчика (например NTLOADER).

Нередко случаются ситуации, когда корневая файловая система располагается на устройстве, чей драйвер скомпилирован в виде модуля, или драйвер корневой файловой системы скомпилирован в виде модуля. Получается замкнутый круг – чтобы смонтировать корневую файловую систему, необходимо прочесть драйвер, а чтобы прочесть драйвер – нужно смонтировать корневую файловую систему. Чтобы разорвать этот порочный круг, в Linux была введен поддержка initrd – INITial RamDisk.

Initial ramdisk – это файл, который прочитывается загрузчиком ОС и загружается в память вместе с ядром. Ядро интерпретирует фрагмент памяти, куда загружен этот файл, как блочное устройство с помощью специального драйвера, статически вкомпилированного в ядро. После инициализации статически скомпилированных драйверов ядро монтирует файловую систему, хранящуюся в initrd и загружает с нее драйверы и запускает программы, необходимые для монтирования корневой файловой системы.

Обычно файл с образом ядра хранится в каталоге /boot и называется vmlinuz-<версия>, там же располагается файл initrd-<версия>.img, содержащий образ файловой системы initrd. Для каждой версии ядра необходим свой образ initrd, в который включены модули для этой версии ядра. В большинстве случаев образ initrd поставляется в бинарном пакете вместе с ядром, или автоматически создается в процессе построения ядра из исходных текстов в момент выполнения команды make install, если же возникает ситуация, когда необходимо повторно собрать образ initrd (например, в сервере сменили SCSI-контроллер), можно воспользоваться специальной командой mkinitrd, позволяющей произвести повторную генерацию initrd:

$ mkinitrd /tmp/initrd-2.4.8.1.img 2.6.8.1
$ cp /tmp/initrd-2.4.8.1.img /boot
$ reboot

Для Linux существует два основных загрузчика – LILO и GRUB. Второй является более поздней разработкой и немного удобней в использовании, а LILO используется по историческим или личным причинам (например, он нравится системному администратору), либо в некоторых случаях, когда требуются специфичные для LILO функции. Для более подробной справки лучше обратиться к справочному руководству (man grub, man lilo).

Из интересных особенностей GRUB и LILO следует отметить то, что и оба этих загрузчика, и ядро оперируют термином корневой файловой системы – но если с точки зрения ядра эта та файловая система, которая содержит программу /sbin/init, то с точки зрения обоих загрузчиков корневой файловой системой является та, которая содержит образ ядра и файл initrd.