统一内核镜像

出自 ArchWiki

一个 统一内核镜像 (UKI) 是一个可以从 UEFI 固件直接启动的单个可执行文件,或由引导加载器自动加载,几乎无需或完全无需配置。它是 UEFI 启动存根程序(如 systemd-stub(7))、Linux 内核镜像initrd其他资源 在单个 UEFI PE 文件中的组合。

这个文件,以及因此所有的这些元素都可以很容易地被签名,以便用于安全启动

注意: 在整篇文章中,esp 表示 EFI 系统分区 的挂载点。

准备统一内核镜像

有几种方法可以生成 UKI 镜像并将其安装到正确的位置(esp/Linux 目录)。目前有几种工具都在竞争实现此功能,因此请根据您的需求和喜好选择以下方法之一。

注意
  • 您只需要执行以下小节中的一个。
  • 可以将 UKI 放置在 后备启动路径 esp/EFI/BOOT/BOOTx64.EFI (或 32 位 IA32 UEFI 的 BOOTIA32.EFI)中。使用后备启动路径可以避免显式在 NVRAM 中创建 UEFI 启动项的需求。

mkinitcpio

mkinitcpio 将自行组装 UKI,除非安装了 systemd-ukify。在这种情况下,UKI 创建将被卸载到 ukify,除非使用 --no-ukify 选项显式禁用此功能。

内核命令行

mkinitcpio 支持从 /etc/cmdline.d 目录中的命令行文件读取 内核参数。Mkinitcpio 将连接此目录中所有扩展名为 .conf 的文件的内容,并使用它们来生成内核命令行。命令行文件中任何以 # 字符开头的行都将被视为注释并被 mkinitcpio 忽略。请注意删除指向微代码和 initramfs 的条目。

例如

/etc/cmdline.d/root.conf
root=UUID=0a3407de-014b-458b-b5c1-848e92a327a3 rw
提示

此文章或章节正在考虑移除。

原因:内核参数#参数列表 重复。(在 Unified kernel image 讨论页 中讨论)
  • 如果您的根文件系统位于非默认的 Btrfs 子卷上,请确保在 rootflags 中设置必要的挂载标志。例如,如果您的系统子卷 ID 为 256,则应将 rootflags=subvolid=256 添加到内核命令行。请参阅 Btrfs#将子卷挂载为根目录
  • 没有必要复制 /etc/fstab 中的所有标志,因为 rootflags 仅在启动期间使用。systemd-remount-fs.service(8) 将读取 /etc/fstab,并在启动后自动重新挂载并应用其中列出的标志。
/etc/cmdline.d/security.conf
# enable apparmor
lsm=landlock,lockdown,yama,integrity,apparmor,bpf audit=1 audit_backlog_limit=256

或者,可以使用 /etc/kernel/cmdline 来配置内核命令行。

例如

/etc/kernel/cmdline
root=UUID=0a3407de-014b-458b-b5c1-848e92a327a3 rw quiet bgrt_disable
提示
  • 如果根分区由 systemd 自动挂载,则可以省略 root= 参数。
  • bgrt_disable 参数告诉 Linux 在加载 ACPI 表后不显示 OEM 徽标。

.preset 文件

接下来,修改 /etc/mkinitcpio.d/linux.preset,或您正在使用的预设文件,如下所示,使用 EFI 系统分区 的适当挂载点

  • 取消注释(即删除 #PRESETS= 中每个项目的 PRESET_uki= 参数,
  • 可选地,注释掉 PRESET_image= 以避免存储冗余的 initramfs-*.img 文件,
  • 可选地,为您想要添加启动画面的每个 PRESET_options= 行添加或取消注释 --splash 参数。

这是一个适用于 linux 内核和 Arch 启动画面的 linux.preset 工作示例。

/etc/mkinitcpio.d/linux.preset
# mkinitcpio preset file for the 'linux' package

#ALL_config="/etc/mkinitcpio.conf"
ALL_kver="/boot/vmlinuz-linux"

PRESETS=('default' 'fallback')

#default_config="/etc/mkinitcpio.conf"
#default_image="/boot/initramfs-linux.img"
default_uki="esp/EFI/Linux/arch-linux.efi"
default_options="--splash=/usr/share/systemd/bootctl/splash-arch.bmp"

#fallback_config="/etc/mkinitcpio.conf"
#fallback_image="/boot/initramfs-linux-fallback.img"
fallback_uki="esp/EFI/Linux/arch-linux-fallback.efi"
fallback_options="-S autodetect"
提示
  • 如果您的目标仅仅是从统一内核镜像启动,您可以将 ESP 挂载到 /efi,并且只有这些需要驻留在 ESP 分区上。
  • 您可以将 --cmdline /etc/kernel/fallback_cmdline 附加到 fallback_options,以便为后备镜像使用与上述不同的 cmdline (例如,不带 quiet)。
  • 要省略嵌入内核命令行,请将 --no-cmdline 添加到 PRESET_options=。内核参数将需要通过引导加载器传递。
注意: PRESET_uki 选项以前被称为 PRESET_efi_image,在 2022 年 11 月更改(参见 archlinux/mkinitcpio/mkinitcpio#134),旧选项已弃用,但目前仍然有效。

pacman 钩子

systemd-stub(systemd 的一部分)、微代码(intel-ucodeamd-ucode)和 linux 内核的更新将自动触发 UKI 重建。但是您可能需要查看 /etc/pacman.d/hooks/ 目录中的其他 pacman 钩子,例如 NVIDIA 驱动程序 的钩子。

构建 UKI

最后,确保 UKI 的目录存在,并重新生成 initramfs。例如,对于 linux 预设:

# mkdir -p esp/EFI/Linux
# mkinitcpio -p linux

可选地,从 /boot/efi 中删除任何遗留的 initramfs-*.img

kernel-install

确保 kernel-install 已正确设置

要生成 UKI,请安装 systemd-ukify 并将 kernel-install layout 设置为 uki

/etc/kernel/install.conf
layout=uki
注意: mkinitcpio 将创建 initrd,然后 #ukify 将生成 UKI。

所有 #ukify 的配置都必须在 /etc/kernel/uki.conf 中完成,以便被 kernel-install 使用,例如:

/etc/kernel/uki.conf
[UKI]
Splash=/usr/share/systemd/bootctl/splash-arch.bmp
提示: 您也可以将模板从 /usr/lib/kernel/uki.conf 复制到 /etc/kernel/uki.conf,并注释掉节标题和有用的行。不要在此文件中设置内核命令行,它将被忽略。使用 Kernel-install#内核命令行

或者,为了让 mkinitcpio 生成 UKI,将其设置为默认的 uki_generator

/etc/kernel/install.conf
layout=uki
uki_generator=mkinitcpio

在这种情况下,systemd-ukify 不是必需的。您还可以设置不同的 initrd_generator,请参阅 kernel-install(8)

重新安装您使用的内核软件包,以使更改生效。

dracut

请参阅 dracut#统一内核镜像dracut#在内核升级时生成新的 initramfs

ukify

安装 systemd-ukify 软件包。要使用自动签名功能,请额外安装 sbsigntools。由于 ukify 无法自行生成 initramfs,因此如果需要,必须使用例如 dracutmkinitcpiobooster 生成。

一个最小的工作示例可能如下所示:

# ukify build --linux=/boot/vmlinuz-linux \
              --initrd=/boot/initramfs-linux.img \
              --cmdline="quiet rw"
注意: 如果使用了 外部微代码 initramfs 镜像,则 /boot/amd-ucode.img/boot/intel-ucode.img 必须始终首先放置,在主 initramfs 镜像之前。例如 --initrd=/boot/intel-ucode.img --initrd=/boot/initramfs-linux.img
提示
  • 要跳过将生成的 EFI 可执行文件复制到 EFI 系统分区的步骤,请使用 --output=esp/EFI/Linux/filename.efi 命令行选项来运行 ukify
  • 当指定 --cmdline 选项时,可以指定一个文件名来从中读取内核参数(例如 /etc/kernel/cmdline,通过在文件名之前添加 @ 符号,如 --cmdline=@/path/to/cmdline)。

有关更多信息,请参阅 ukify(1)

注意: 要使 UKI 在内核、微代码或 initramfs 更改时自动更新,只需将 ukify 与例如 kernel-installmkinitcpio 一起使用。有关详细信息,请参阅前面的 #kernel-install#mkinitcpio 章节。

手动

将您想要使用的内核命令行放在一个文件中,并使用 objcopy(1) 创建捆绑文件。

对于 微代码,首先连接微代码文件和您的 initrd,如下所示:

$ cat esp/cpu_manufacturer-ucode.img esp/initramfs-linux.img > /tmp/combined_initrd.img

在构建统一内核镜像时,传入 /tmp/combined_initrd.img 作为 initrd。此文件可以在之后删除。

注意: 对于 IA32 UEFI,请在以下命令中将 /usr/lib/systemd/boot/efi/linuxx64.efi.stub 替换为 /usr/lib/systemd/boot/efi/linuxia32.efi.stub
$ align="$(objdump -p /usr/lib/systemd/boot/efi/linuxx64.efi.stub | awk '{ if ($1 == "SectionAlignment"){print $2} }')"
$ align=$((16#$align))
$ osrel_offs="$(objdump -h "/usr/lib/systemd/boot/efi/linuxx64.efi.stub" | awk 'NF==7 {size=strtonum("0x"$3); offset=strtonum("0x"$4)} END {print size + offset}')"
$ osrel_offs=$((osrel_offs + "$align" - osrel_offs % "$align"))
$ cmdline_offs=$((osrel_offs + $(stat -Lc%s "/usr/lib/os-release")))
$ cmdline_offs=$((cmdline_offs + "$align" - cmdline_offs % "$align"))
$ splash_offs=$((cmdline_offs + $(stat -Lc%s "/etc/kernel/cmdline")))
$ splash_offs=$((splash_offs + "$align" - splash_offs % "$align"))
$ initrd_offs=$((splash_offs + $(stat -Lc%s "/usr/share/systemd/bootctl/splash-arch.bmp")))
$ initrd_offs=$((initrd_offs + "$align" - initrd_offs % "$align"))
$ linux_offs=$((initrd_offs + $(stat -Lc%s "initrd-file")))
$ linux_offs=$((linux_offs + "$align" - linux_offs % "$align"))

$ objcopy \
    --add-section .osrel="/usr/lib/os-release" --change-section-vma .osrel=$(printf 0x%x $osrel_offs) \
    --add-section .cmdline="/etc/kernel/cmdline" \
    --change-section-vma .cmdline=$(printf 0x%x $cmdline_offs) \
    --add-section .splash="/usr/share/systemd/bootctl/splash-arch.bmp" \
    --change-section-vma .splash=$(printf 0x%x $splash_offs) \
    --add-section .initrd="initrd-file" \
    --change-section-vma .initrd=$(printf 0x%x $initrd_offs) \
    --add-section .linux="vmlinuz-file" \
    --change-section-vma .linux=$(printf 0x%x $linux_offs) \
    "/usr/lib/systemd/boot/efi/linuxx64.efi.stub" "linux.efi"

需要注意的几件事:

  • 偏移量是动态计算的,因此没有节重叠,如 [1] 中建议的那样。
  • 节与 PE 存根的 SectionAlignment 字段指示的值(通常为 0x1000)对齐。
  • 内核镜像必须在最后一个节中,以防止就地解压缩覆盖后续的节,如 [2] 中所述。

创建镜像后,将其复制到 EFI 系统分区:

# cp linux.efi esp/EFI/Linux/

为安全启动签名 UKI

sbctl

sbctl 提供了 kernel-install 脚本,一个 mkinitcpio 后期钩子,以及用于签名更新后的二进制文件的 pacman 钩子。

mkinitcpio

通过使用 mkinitcpio 后期钩子,可以为 安全启动 签名生成的统一内核镜像。创建 以下文件并使其可执行

/etc/initcpio/post/uki-sbsign
#!/usr/bin/env bash

uki="$3"
[[ -n "$uki" ]] || exit 0

keypairs=(/path/to/db.key /path/to/db.crt)

for (( i=0; i<${#keypairs[@]}; i+=2 )); do
    key="${keypairs[$i]}" cert="${keypairs[(( i + 1 ))]}"
    if ! sbverify --cert "$cert" "$uki" &>/dev/null; then
        sbsign --key "$key" --cert "$cert" --output "$uki" "$uki"
    fi
done

/path/to/db.key/path/to/db.crt 替换为您要用于签名镜像的密钥对的路径。

ukify

安装 sbsigntools 并在 /etc/kernel/uki.conf 中指定 --secureboot-private-key--secureboot-certificate

启动

注意:安全启动 处于活动状态时,带有嵌入式 .cmdline 的统一内核镜像将忽略传递给它们的所有命令行选项(无论是使用启动项还是交互式方式)。当安全启动未激活时,通过命令行传递的选项将覆盖嵌入的 .cmdline

Limine

Limine 不会自动检测统一内核镜像 (UKI)。但是,可以手动配置 limine.conf 来加载它们。


示例 1:从默认 EFI 系统分区启动 UKI

如果 UKI 文件存储在 esp/EFI/Linux/ 中,请将以下配置添加到 limine.conf

limine.conf
/Arch Linux
  protocol: efi_chainload
  image_path: boot():/EFI/Linux/arch-linux.efi


示例 2:从另一个 EFI 分区启动 UKI

如果 UKI 文件位于另一个磁盘上的不同 EFI 分区上,请使用 uuid(分区 UUID) 代替。

注意: 分区 UUID 不是 文件系统 UUID。要查找作为 PARTUUID 的分区 UUID,请使用:
$ lsblk -o NAME,FSTYPE,PARTUUID,PARTTYPENAME,MOUNTPOINT,SIZE,LABEL


limine.conf
/Arch Linux
  protocol: efi_chainload
  image_path: uuid(xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx):/EFI/Linux/arch-linux.efi

有关支持的路径和配置选项的更多详细信息,请参阅 Limine 路径文档

systemd-boot

systemd-bootesp/EFI/Linux/ 中搜索统一内核镜像,无需进一步配置。请参阅 sd-boot(7) § FILES

rEFInd

rEFInd 将自动检测您的 EFI 系统分区上的统一内核镜像,并且能够加载它们。它们也可以在 refind.conf 中手动指定,默认情况下位于:

esp/EFI/refind/refind.conf
menuentry "Arch Linux" {
    icon \EFI\refind\icons\os_arch.png
    ostype Linux
    loader \EFI\Linux\arch-linux.efi
}

请注意,以这种方式启动时,不会传递来自 esp/EFI/refind_linux.conf 的内核参数。如果 UKI 是在没有 .cmdline 节的情况下生成的,请在菜单项中使用 options 行指定内核参数。

GRUB

与 rEFInd 类似,GRUB 可以链式加载 EFI UKI,如 GRUB#链式加载统一内核镜像 中所述。

直接从 UEFI 启动

efibootmgr 可以用于为 .efi 文件创建 UEFI 启动项:

# efibootmgr --create --disk /dev/sdX --part partition_number --label "Arch Linux" --loader '\EFI\Linux\arch-linux.efi' --unicode

有关选项的说明,请参阅 efibootmgr(8)

注意: UEFI 规范使用反斜杠 \ 作为路径分隔符,但 efibootmgr 可以自动转换 UNIX 样式的 / 路径分隔符。

参见