Démarrage de l'ordinateur sous Linux

Païou s'intéresse au démarrage de l'ordinateur, avec Linux Mageia.
En fait, c'est pour pouvoir choisir le gestionnaire de connexion qui convient le mieux au bureau LXQt.

Dans cette page, vous ne trouverez que le début du démarrage de Linux.
Pour le moment, c'est dans les coulisses que cela se passe. L'utilisateur ne voit pas grand'chose. Différents liens vous amèneront à d'autres pages, pour le gestionnaire de démarrage (systemd), l'animation de démarrage (plymouth) et pour le gestionnaire de connexion

Sans entrer dans les détails, lorsque l'ordinateur est mis sous tension, le BIOS (Basic Input Output System) initialise les différents périphériques (bus, ram, disques, écran clavier ...), puis teste la mémoire.
Ce processus est appelé POST (Power ON Self Test).

Les anciennes cartes-mères utilisaient le MBR (Master Boot Record) pour stocker les informations nécessaires au démarrage de l'ordinateur. C'est le premier secteur (512 octets) du disque de démarrage.
Il contient la table des partitions et, soit le début de la routine d'amorçage du système d'exploitation, soit le début d'un chargeur d'amorçage.

À la fin du POST, le contrôle est transféré du BIOS à la routine d'amorçage du système d'exploitation ou au chargeur de démarrage (boot loader), via le MBR.

Certaines cartes récentes proposent le choix entre MBR et UEFI.

L’UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) est un standard qui a été créé vers 2006, pour remplacer le BIOS.
Le fonctionnement de UEFI est un peu différent de celui du BIOS. C'est un micrologiciel contenu dans une puce de la carte mère.Il permet de lancer des applications qui sont stockées dans une partition du disque dur prévue à cet effet.
L'UEFI lit la GPT du disque (GUID Partition Table) pour trouver la routine d'amorçage ou le chargeur.

Le partitionnement est le découpage d'un disque dur en plusieurs morceaux appelés partitions.
L'intérêt est de pouvoir reformater une partition (ce qui efface le contenu de la partition) sans effacer le contenu de tout le disque.
Cela permet également d'utiliser un système de fichier différent sur les partitions.

On distingue :

• partition primaire
• partition étendue. Une partition étendue contient généralement plusieurs partitions logiques.

MBR est un secteur spécial, situé au tout début du périphérique de stockage (en général, le disque dur).
Il renferme la suite du démarrage et les informations spécifiant l'organisation des partitions de ce média de stockage.

• 440 ou 446 octets de code (la suite du démarrage, souvent le début du chargeur)
• éventuellement 4 octets de signature et 2 octets nuls (si la zone précédente a 440 octets).
• 64 octets de description de la table des partitions primaires
• 2 octets spécifiques : 55AA

La GPT (GUID Partition Table) est un nouveau standard pour décrire la table de partitionnement d’un disque dur.
Elle est amenée à remplacer le MBR vu que ce dernier limite la taille maximale d’une partition à 2,2 To.

Le GPT fait parti du standard UEFI; un système d’exploitation UEFI ne peut démarrer que sur un disque dur avec table de partitions GPT. Par ailleurs, un BIOS traditionnel ne peut pas démarrer sur un disque GPT.

Le premier secteur de 512 octets (LBA0) est ce qui s'appelle un MBR de protection. Il sert aux applications non GPT et leur propose un MBR qui définit une unique partition, déjà pleine. Il en résulte que cette application ne peut donc pas enregistrer et perturber ainsi l'ordonnancement GPT.

Le secteur suivant (LBA1) constitue l'en-tête de la GPT (L'entête de GPT définit les blocs utilisables sur le disque ainsi que les nombres et la taille des descripteurs de la table de partitionnement), avec une copie en fin de disque.

Les secteurs 2 à 33 contiennent les descripteurs de partitions ou éléments du Tableau des partitions

Le chargeur de démarrage permet de lancer le système d'exploitation. Mageia utilise actuellement GRUB2.
Grub2 peut être utilisé aussi bien sur systèmes MBR que sur système GPT et sa conception est modulaire.
Lorsque plusieurs systèmes sont installés sur un même ordinateur, le chargeur permet de choisir le système à lancer.

Au coeur du fonctionnement, on trouve une image amorçable (boot.img) et une image principale (core.img). Cette dernière supporte le chargement dynamique de modules, ce qui lui permet de s'adapter à la constitution de la machine.

• boot.img : elle est toujours logée dans le premier secteur et sa taille est de max 446 octets. Elle doit lire le début de l'image principale, située plus loin, sur le disque.
• core.img : c'est l'image principale, constituée d'une image kernel.img et de différents modules dépendant de l'environnement matériel de la machine.

En travaux de mise à jour

Le chargeur de démarrage lance donc le système d'exploitation que vous avez choisi (Sinon, c'est le système par défaut qui est démarré).
Bien sûr, nous nous intéressons ici au système Linux.

C'est donc une image compressée du noyau linux qui est chargée, avec toutes les options précisées sur la ligne de commande.
kernel (hd0,0)/boot/vmlinuz BOOT_IMAGE=linux root=UUID=0066e940-0dbc-11e0-a53d-8b9920942bc6 resume=UUID=9bc5f0a4-4e69-4855-8b06-e1eab35755fe splash quiet vga=788

Dès lors qu'il est chargé et décompressé (hd0,0)/boot/vmlinuz), c'est le noyau linux qui prend la relève.

Son rôle, lors du démarrage, est d'initialiser les différents composants matériels présents. Il le fait à l'aide des pilotes de périphérique compilés directement dans le noyau et en chargeant les modules appropriés (usb, sata, pata ...).
Ces initialisations concernent surtout le processeur, les contrôleurs de périphériques et la carte graphique.

Il monte ensuite le système de fichier racine (root=UUID=xxxxxx).