Linux BIOS/UEFI 부팅 시퀀스

posted 2024/07/11

By heomne

7 mins to read

BIOS

BIOS는 부팅 프로세스의 첫 단계를 제어하고 외부 장치에 가장 낮은 레벨의 인터페이스를 제공하는 펌웨어 인터페이스입니다.
전원이 들어오면 시스템 검사 및 부팅 프로세스를 시작하기위해 MBR 파티션이 있는 부팅 장치를 탐색합니다.
- MBR 부트 로더는 리눅스 배포판마다 다르며, RHEL 계열 리눅스는 GRUB2를 MBR 부트 로더로 사용합니다.
BIOS가 MBR 파티션을 찾게되면 MBR에 저장된 부트 로더를 메모리에 로드한 후 GRUB2 부트 메뉴로 제어권을 전달합니다.

MBR(Master Boot Record)은 파티션 섹터로도 불리며, 스토리지의 첫 번째 섹터를 의미합니다.
- 기본적인 크기는 512KB로 되어있으며, 바이오스가 MBR 내에 있는 기계어 명령어를 해석하여 부트 로더를 실행시키는데 주로 사용됩니다.
- 512KB의 용량 제한을 해결하기위해 MBR 갭이라는 기능을 사용할 수 있는데, MBR 블록과 첫 번째 디스크 파티션 사이의 공간을 활용하여 크기를 늘리는 방법입니다.
- 안정적인 부트 로더 작동을 위해서는 최소 31KB의 MBR 갭이 있어야하며, RHEL 계열 리눅스의 경우 1MiB의 MBR갭을 생성합니다.

부트 로더는 시스템이 시작될 때 가장 먼저 실행되는 프로그램이며, OS를 찾아서 로드하고 제어권을 OS로 넘기는 역할을 수행합니다.
부트 로더에 의해 GRUB2가 제어권을 전달받게 되면 GRUB2는 부팅 가능한 운영 체제를 부팅하며, 지원하지 않는 운영 체제의 경우 다른 부트 로더로 제어권을 넘기게 됩니다.
서버에 설치된 OS가 없고, OS 설치 DVD가 연결되어 있는 경우에는 부트 로더가 anaconda 설치 관리자로 제어권을 넘기게 됩니다.
GRUB2에서는 BIOS 부팅 시스템에서 부팅을 위해 아래 경로에 있는 파일을 참고합니다.
- /boot - 커널과 초기 램 디스크가 저장되어있습니다.
- /boot/grub2 - 부팅을 위한 config 파일과 확장 모듈이 저장되어있습니다.
- /boot/grub2/grub.cfg - 부팅 config 파일로, /etc/grub2.cfg에 대한 심볼릭 링크가 지정되어있습니다.
- /boot/grub.d - /boot/grub2/grub.cfg 파일을 생성하는 구성 헬퍼 스크립트가 포함되어있습니다.
- /etc/default/grub - 구성 헬퍼 스크립트에서 사용하는 변수가 포함되어있어, grub2 파일 생성시 해당 파일을 참조하게됩니다.

2005년 도입된 UEFI Firmware는 BIOS 부팅방식을 대체하기위해 등장한 부팅 방식입니다.

UEFI 부팅 방식은 BIOS 부팅 방식과 비교하여 아래의 장점을 가집니다.

1MiB밖에 지정하지 못했던 부팅 파티션 한계를 극복할 수 있습니다.
GPT 파티션 테이블 형식을 지원하여 기존에 파티션 크기를 최대 2TB까지밖에 생성하지 못했던 문제를 해결했습니다.
UEFI 펌웨어에 부팅 가능한 운영 체제를 처음부터 등록하여 부팅하는 방식을 사용합니다. (BIOS는 부팅가능한 장치를 탐색하는 것과 다릅니다.) 이는 보안 부팅기능을 지원하도록 할 수 있다는 장점을 가집니다.

RHEL계열 리눅스의 경우 UEFI 부팅에서도 똑같이 GRUB2를 부트 로더로 사용하며, 부팅을 위해서는 아래의 요구사항을 충족해야합니다.

OS가 설치된 디스크에 EFI 시스템 파티션(ESP - EFI System Partition)이 있어야합니다.
GPT 파티션을 사용하는게 장점이 더 많지만, 일단 MBR 파티션도 지원합니다.
ESP 파티션은 FAT 파일시스템에서만 지원하며, 부트 로더 및 모든 부팅 가능한 커널을 저장할 수 있을 정도의 저장공간을 가져야합니다.
- 권장 크기는 512MiB이며, 최소로 할당해야하는 공간은 200MiB입니다.
- 기본 경로는 /boot/efi이며, UEFI로 설치된 OS 경우에는 필수로 필요한 파티션입니다.

UEFI 부팅의 가장 큰 특징이라고 볼 수 있는 보안 부팅 기능입니다.
부트 로더, 커널 및 부트 객체에 서명을 사용하여 검증된 부트 로더만 부팅이 가능하도록 합니다.
부팅 시 신뢰할 수 있는 서명된 키라고 볼 수 있는 shim.efi 어플리케이션이 grubx64.efi라는 UEFI 펌웨어 로드를 시도하여 검증이 이루어집니다.
- 검증되지않은 서명으로 인하여 UEFI 펌웨어가 로드되지 않을 경우에 shim은 검증되는 다른 키를 찾으려 시도합니다.
- emibootmgr 명령어를 사용하면 UEFI의 부팅 순서를 확인할 수 있습니다.