--- tags: [linux, tooling] verified: 2026-09-02 --- # Linux — обновление и управление загрузкой ## Обзор Процесс загрузки Linux — цепочка передачи управления: firmware (UEFI/BIOS) → bootloader (GRUB2/systemd-boot) → ядро + initramfs → systemd (PID 1). Каждое звено имеет свои механизмы конфигурации, отказоустойчивости и обновления. Параллельно существуют механизмы обновления самого ядра: от классического «установить новый пакет и перезагрузить» до live patching (обновление без перезагрузки) и snapshot-based rollback (Btrfs/ZFS boot environments). В FreeBSD цепочка проще: UEFI → loader (единый bootloader) → ядро. Обновление через freebsd-update (бинарно) или buildworld/buildkernel (из исходников), boot environments через bectl (ZFS). Linux разнообразнее в инструментах, но сложнее в координации. ## Цепочка загрузки ### UEFI vs Legacy BIOS **Legacy BIOS** (устаревший): MBR → stage 1 bootloader (446 байт в MBR) → stage 1.5 (в gap между MBR и первым разделом) → stage 2 (GRUB core) → ядро. Ограничения: MBR поддерживает до 4 primary partitions, максимум 2 TiB на диск, нет Secure Boot. **UEFI** (современный): firmware читает ESP (EFI System Partition, FAT32, обычно /boot/efi) → загружает .efi файл (shimx64.efi при Secure Boot, затем grubx64.efi) → GRUB → ядро. Преимущества: GPT (до 128 partitions, exabyte-scale), Secure Boot (цепочка доверия), EFI variables для управления boot order. **Secure Boot цепочка:** UEFI (ключи Microsoft в firmware) → shim (подписан Microsoft, содержит ключ дистрибутива) → GRUB (подписан дистрибутивом) → ядро (подписано) → модули (подписаны). Shim — прослойка, позволяющая дистрибутивам использовать свои ключи без необходимости подписывать каждый файл у Microsoft. MOK (Machine Owner Key) — механизм добавления пользовательских ключей (для DKMS/NVIDIA модулей, см. статью 5). Возможна и полностью своя цепочка доверия, без shim: сгенерировать собственные PK/KEK/db, прошить их в firmware и подписывать загрузчик, ядро и UKI своим ключом; практическая обвязка для этого — sbctl, который заодно ведёт учёт файлов загрузочной цепочки, требующих подписи. ### Boot order `efibootmgr` управляет UEFI boot entries: ```bash efibootmgr -v # список boot entries с деталями efibootmgr -o 0002,0001,0003 # изменить порядок загрузки efibootmgr -n 0003 # следующая загрузка — entry 0003 (одноразово) ``` ## GRUB2 ### Архитектура GRUB2 (GRand Unified Bootloader) — стандартный bootloader для большинства дистрибутивов. Модульная архитектура: core image загружает модули для ФС, шифрования, сети, GUI. Поддерживает BIOS и UEFI, может читать ext4/XFS/Btrfs/LVM/LUKS напрямую (без помощи ядра). ### Конфигурация Главный конфиг: /boot/grub/grub.cfg (Debian) или /boot/grub2/grub.cfg (RHEL). **Не редактировать напрямую** — генерируется автоматически. Источники генерации: `/etc/default/grub` (основные параметры) + скрипты в `/etc/grub.d/` (генераторы menu entries). ```bash # /etc/default/grub — ключевые параметры GRUB_DEFAULT=0 # дефолтный entry (число или "saved") GRUB_TIMEOUT=5 # секунды ожидания GRUB_CMDLINE_LINUX="rhgb quiet" # параметры ядра для всех entries GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="" # параметры только для дефолтного entry GRUB_DISABLE_RECOVERY=false # показывать recovery entries # Применить изменения # Debian/Ubuntu: update-grub # alias для grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg # RHEL/Fedora: grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg # UEFI-системы (RHEL): grub2-mkconfig -o /boot/efi/EFI/redhat/grub.cfg ``` Скрипты /etc/grub.d/: 00_header (base config), 10_linux (Linux entries), 30_os-prober (другие ОС), 40_custom (кастомные entries). Порядок определяется числовым префиксом. ### Rescue При проблемах GRUB может оказаться в rescue shell (минимальное окружение) или command line (полноценная консоль). Recovery: ```bash # Из GRUB command line — загрузка вручную set root=(hd0,gpt2) linux /vmlinuz root=/dev/sda2 ro initrd /initrd.img boot # Из rescue shell — сначала загрузить модули set prefix=(hd0,gpt2)/boot/grub insmod normal normal # переключиться в полноценный GRUB # После загрузки системы — переустановить GRUB # BIOS: grub-install /dev/sda # UEFI: grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot/efi --bootloader-id=GRUB update-grub ``` ### Управление ядрами При установке нового ядра (apt install linux-image-*, dnf install kernel) GRUB автоматически обновляет конфигурацию. Дистрибутивы сохраняют несколько ядер (обычно 2-3) для возможности отката. ```bash # Какое ядро загрузится по умолчанию grub2-editenv list # RHEL grub-editenv list # Debian # Выбрать конкретное ядро для следующей загрузки grub2-reboot "Advanced options>Linux 6.1.0-old" # одноразово grub2-set-default 1 # постоянно (по номеру) # RHEL: grubby — утилита для управления entries grubby --default-kernel # текущее дефолтное ядро grubby --set-default /boot/vmlinuz-6.12.0-100.fc41.x86_64 grubby --args="debug" --update-kernel=ALL # добавить параметр ко всем ядрам ``` ## systemd-boot Альтернатива GRUB для UEFI-only систем. Минималистичный: не поддерживает BIOS, LVM, LUKS, сетевую загрузку. Читает только ESP (FAT32), ядро и initramfs должны находиться на ESP. Дефолт в: systemd-based дистрибутивах с UEFI (Pop!_OS, EndeavourOS, Arch при выборе), ClearLinux (EOL). Fedora и Ubuntu экспериментируют. ```bash # Конфигурация: /boot/loader/loader.conf default @saved timeout 5 editor no # запретить редактирование entries (безопасность) # Entries: /boot/loader/entries/*.conf # /boot/loader/entries/arch.conf title Arch Linux linux /vmlinuz-linux initrd /initramfs-linux.img options root=UUID=xxxx rw quiet bootctl install # установить systemd-boot bootctl update # обновить bootctl list # показать entries ``` Преимущество: простота, быстрота (нет GRUB stage loading), автоматическое обнаружение ядер через Boot Loader Specification (BLS). Недостаток: нет поддержки encrypted root без отдельного initramfs, нет BIOS. Рядом с самим загрузчиком развивается формат UKI (Unified Kernel Image): ядро, initramfs и командная строка упаковываются вместе с EFI-стабом systemd-stub в один PE-файл, который подписывается целиком — ради целостности загрузочной цепочки, включая cmdline. Такие образы кладут в `ESP/EFI/Linux/` (записи Type #2 по Boot Loader Specification), где их находит systemd-boot; но UKI сам по себе EFI-приложение, поэтому firmware способно запустить его напрямую, вообще без загрузчика. Собирает UKI утилита `ukify` из systemd, а дистрибутивные генераторы initramfs вызывают её через свои обёртки: `mkinitcpio -U` в Arch, `dracut --uefi` в Fedora. ## Обновление ядра ### Дистрибутивные механизмы **Debian/Ubuntu:** ядро — пакеты linux-image---. При установке автоматически запускаются: depmod (зависимости модулей), update-initramfs (создание initramfs), update-grub (обновление GRUB config). Удаление старых: `apt autoremove` или ручное `apt purge linux-image-`. В Ubuntu эта схема уже меняется: генератором initramfs по умолчанию стал dracut — на сервере с 25.10, на десктопе с 26.04 LTS, — вместо initramfs-tools. **RHEL/Fedora:** ядро — пакет kernel-. DNF не обновляет ядро in-place, а устанавливает рядом (installonly_limit=3 в dnf.conf — хранить 3 ядра). При установке: depmod, dracut (initramfs), grub2-mkconfig автоматически. `dnf remove kernel-` для очистки. **Arch:** ядро — пакет linux. `pacman -Syu` обновляет ядро in-place (модули в /lib/modules/ перезаписываются). Gotcha: если не перезагрузиться сразу, загруженные модули могут не соответствовать файлам на диске (модули текущего ядра удалены, новые — для нового ядра). mkinitcpio hook автоматически пересоздаёт initramfs. ### Live patching Обновление ядра без перезагрузки. Kernel Livepatch (CONFIG_LIVEPATCH, с ядра 4.0) — unified framework в mainline-ядре, объединяющий подходы kpatch (Red Hat) и kGraft (SUSE). Механизм: livepatch использует ftrace для перенаправления вызовов функций. Исходный diff компилируется в .ko модуль, содержащий новые версии функций. При загрузке модуля ftrace hook перенаправляет вызовы старых функций на новые. Переключение per-task: каждый поток переводится в «новый мир» при пересечении границы kernel/userspace. Обычно завершается за секунды. Ограничения: только замена функций (не структур данных), только security-фиксы (не feature updates), коммерческие сервисы (Red Hat kpatch, SUSE kGraft, Canonical Livepatch) предоставляют готовые патчи за плату. Self-hosted kpatch возможен, но требует полной пересборки ядра для генерации diff. С Linux 6.19 сам kpatch объявлен устаревшим и переведён в режим поддержки: его сборочную часть, kpatch-build, заменяет `klp-build`, который теперь живёт в дереве ядра (`scripts/livepatch/klp-build`); поддерживается пока x86-64, arm64 в работе. ```bash # Red Hat kpatch kpatch list # текущие патчи kpatch load livepatch-.ko # применить патч cat /sys/kernel/livepatch/*/enabled # статус # Canonical Livepatch (Ubuntu Pro) canonical-livepatch status canonical-livepatch enable ``` ## Snapshot-based rollback ### Btrfs + snapper snapper (SUSE/openSUSE, доступен в Fedora) автоматически создаёт снэпшоты при обновлениях. Интеграция: zypper/dnf plugin → pre/post snapshot → если обновление сломало систему → выбрать предыдущий снэпшот в GRUB → загрузиться в рабочее состояние. ```bash snapper list # список снэпшотов snapper diff 5..6 # различия между снэпшотами snapper undochange 5..6 # откатить изменения snapper rollback 5 # откат с созданием нового snapshot # grub-btrfs — автоматически добавляет Btrfs snapshots в GRUB menu # После установки: каждый снэпшот — отдельный boot entry ``` openSUSE Tumbleweed (rolling release) полагается на snapper как safety net: каждое обновление создаёт snapshot, неудачное обновление откатывается за секунды. ### Timeshift Timeshift — GUI/CLI инструмент для desktop Linux (аналог macOS Time Machine). Поддерживает Btrfs snapshots и rsync. Linux Mint включает Timeshift по умолчанию. Для Btrfs: снэпшоты субтомов @ и @home. ### LVM snapshots Менее элегантно, но работает с ext4/XFS: `lvcreate -s -L 10G -n snap /dev/vg0/root`. После обновления: если всё работает — удалить snapshot; если нет — `lvconvert --merge /dev/vg0/snap` + reboot (см. статью 8). ## Dist-upgrade: обновление между релизами **Debian/Ubuntu:** `apt update && apt full-upgrade` (внутри релиза), `do-release-upgrade` (между релизами Ubuntu). Debian: изменить sources.list (bookworm → trixie) → `apt update && apt full-upgrade`. Рекомендуется snapshot/backup перед major upgrade. **RHEL/Fedora:** `dnf system-upgrade download --releasever=44 && dnf system-upgrade reboot` (Fedora). RHEL: leapp — инструмент для in-place upgrade между major versions (RHEL 8→9). Сложнее, чем Fedora, из-за длинного lifecycle и enterprise constraints. **Arch:** rolling release — нет dist-upgrade как события. `pacman -Syu` — единственная команда обновления. Arch News читать перед каждым обновлением — manual interventions иногда необходимы. **Immutable distributions:** Fedora CoreOS (rpm-ostree), NixOS (nix), Silverblue — atomic updates с автоматическим rollback. Системный образ обновляется целиком; при неудаче — загрузка предыдущего deployment. ## Практика ```bash # Текущая цепочка загрузки efibootmgr -v # UEFI entries cat /proc/cmdline # параметры текущего ядра journalctl -b -0 | head -50 # логи текущей загрузки # Управление ядрами ls /boot/vmlinuz* # установленные ядра uname -r # текущее ядро # Debian: установленные ядра dpkg --list | grep linux-image # RHEL: rpm -qa | grep kernel-core # Проверка GRUB grub-mkconfig -o /dev/null # dry-run (проверка без записи) # Boot timing systemd-analyze # общее время загрузки systemd-analyze blame # время по unit'ам systemd-analyze critical-chain # critical path ``` ## Нюансы и trade-off'ы **GRUB vs systemd-boot.** GRUB — универсальный, но сложный (своя FS-реализация, скрипты, модули). systemd-boot — минималистичный, быстрый, но ограниченный (no BIOS, no LVM, no LUKS root без initramfs). Для серверов с encrypted root и LVM — GRUB единственный выбор. Для UEFI-десктопов — systemd-boot проще и надёжнее. **Live patching — не серебряная пуля.** Livepatch покрывает только security-фиксы, не feature updates. Ядро всё равно нужно обновлять и перезагружаться периодически (для structure changes, major updates). Live patching откладывает reboot, не устраняет его. Коммерческие сервисы (Red Hat, SUSE, Canonical Pro) — основные потребители; self-hosted kpatch трудоёмок. **Btrfs rollback vs LVM snapshot.** Btrfs snapshot: мгновенный, нулевой overhead, интегрирован с GRUB (grub-btrfs), работает на production. LVM snapshot: COW penalty (каждая запись → дополнительное чтение), ограниченный размер, инвалидируется при переполнении. Для rollback Btrfs объективно лучше. **Kernel in-place update (Arch) gotcha.** После `pacman -Syu` модули старого ядра удалены. Если попытаться загрузить модуль до reboot — ошибка. Частичное решение: пакет `linux-lts` как fallback-ядро. **GRUB и Btrfs snapshots.** grub-btrfs сканирует снэпшоты и добавляет boot entries. При большом количестве снэпшотов (snapper с часовыми snapshot'ами) GRUB menu может стать огромным. Решение: ограничить количество снэпшотов в snapper config (TIMELINE_LIMIT_HOURLY, DAILY и т.д.). ## Сравнение с FreeBSD **Loader.** FreeBSD использует единый bootloader (loader, /boot/loader). Конфигурация: /boot/loader.conf (переменные, модули, tunables). Проще GRUB: нет генерации конфига, нет скриптов. Поддерживает UEFI и legacy BIOS, ZFS boot (включая encrypted ZFS с ядра 13+). **freebsd-update.** Бинарные обновления base system (ядро + userland) как единого целого. `freebsd-update fetch install` — атомарное обновление. Для minor versions (13.2→13.3): `freebsd-update -r 13.3-RELEASE upgrade`. В Linux нет аналога — ядро и userland обновляются как отдельные пакеты. **bectl (Boot Environments).** ZFS boot environments — штатный механизм FreeBSD: `bectl create pre-upgrade && freebsd-update install`. При неудаче: `bectl activate pre-upgrade && reboot`. Каждый BE — ZFS clone корневого dataset, стоимость O(1). В Linux аналог — Btrfs snapshots + grub-btrfs или rpm-ostree (Fedora CoreOS). **Отсутствие live patching.** FreeBSD не имеет встроенного механизма live kernel patching. Обновление ядра всегда требует перезагрузки. Service jails (см. статью 6) с FreeBSD 14.2 частично смягчают проблему — сервисы в jail'ах могут быть перезапущены без перезагрузки ядра. ## Источники - [GRUB Manual](https://www.gnu.org/software/grub/manual/grub/) — полная документация GRUB2 - [GRUB — ArchWiki](https://wiki.archlinux.org/title/GRUB) — практическое руководство - [systemd-boot — ArchWiki](https://wiki.archlinux.org/title/Systemd-boot) — руководство по systemd-boot - [ukify(1)](https://man.archlinux.org/man/ukify.1) — сборка Unified Kernel Image - [sbctl](https://github.com/Foxboron/sbctl) — управление ключами Secure Boot и подпись загрузочной цепочки - [Livepatch — kernel.org](https://docs.kernel.org/livepatch/livepatch.html) — документация live patching - [kpatch — GitHub](https://github.com/dynup/kpatch) — инструментарий Red Hat, с 6.19 в режиме поддержки - [klp-build в дереве ядра](https://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux.git/tree/scripts/livepatch/klp-build) — штатная замена kpatch-build - [snapper](https://snapper.io/) — управление снэпшотами - [grub-btrfs](https://github.com/Antynea/grub-btrfs) — Btrfs snapshots в GRUB - [RHEL: Managing kernels](https://docs.redhat.com/en/documentation/red_hat_enterprise_linux/9/html/managing_monitoring_and_updating_the_kernel/) — документация Red Hat - [rpm-ostree](https://coreos.github.io/rpm-ostree/) — atomic updates для Fedora - FreeBSD Handbook: [Boot Process](https://docs.freebsd.org/en/books/handbook/boot/) — для сравнения --- ## Связанные заметки - [Linux — ядро: сборка, модули, параметры](./linux-kernel.md) — initramfs и параметры командной строки ядра - [Linux — файловые системы: ext4, XFS, Btrfs, LVM](./linux-filesystems.md) — снепшоты как механизм отката обновления - [Linux — systemd: init, сервисы, таймеры](./linux-systemd.md) — systemd-boot и цели инициализации - [FreeBSD — обновление системы](./freebsd-updating.md) — freebsd-update и boot environments, для сравнения - [Linux — сводный cheatsheet](./linux-map-cheatsheet.md) — быстрая справка по загрузчикам - [Восстановление незагружающейся системы](./system-recovery.md) — что делать, когда всё это уже не загружается: аварийные режимы, chroot, переустановка загрузчика - [Debian: модель релизов и управление пакетами](./debian-releases-and-packages.md) — переход между релизами и автоочистка старых ядер - [Загрузка: от питания до первой инструкции ядра](./os-boot-sequence.md) — та же цепочка со стороны механизма: что делает прошивка, чем различаются протоколы загрузки и как ядро включает трансляцию