부팅 과정과 GRUB

Linux 시스템의 전원 ON부터 로그인 프롬프트까지의 부팅 과정 완벽 분석

Linux 시스템의 전원 ON부터 로그인 프롬프트까지의 부팅 과정 완벽 분석

목표: 부팅 문제를 진단하고, 부팅 과정을 제어할 수 있는 수준

🔄 전체 부팅 흐름

[전원 ON]
    │
    ▼
[BIOS/UEFI] ──→ POST (하드웨어 자가진단)
    │           부팅 순서 결정
    ▼
[Bootloader] ──→ GRUB2 (OS 선택, 커널 로드)
    │
    ▼
[Kernel] ──→ 커널 압축 해제
    │         드라이버 초기화
    │         initramfs 실행
    ▼
[initramfs] ──→ 루트 파일시스템 마운트 준비
    │            필수 드라이버 로드
    ▼
[systemd (PID 1)] ──→ 서비스 병렬 시작
    │                  타겟 달성
    ▼
[Login Prompt] ──→ 사용자 로그인 대기

1️⃣ BIOS/UEFI 단계

BIOS (Basic Input/Output System)

특징:

16비트 레거시 시스템
MBR (Master Boot Record) 사용
2TB 디스크 제한
파티션 최대 4개 (확장 파티션으로 추가)

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)

특징:

32/64비트 모던 시스템
GPT (GUID Partition Table) 사용
9.4ZB 디스크 지원
파티션 최대 128개
보안 부팅 (Secure Boot)

POST (Power-On Self Test)

1. CPU 레지스터 확인
2. BIOS 코드 검증
3. 기본 하드웨어 초기화
4. RAM 검사
5. 키보드, 마우스, 저장장치 검사
6. 부팅 가능한 장치 검색

부팅 모드 확인

# UEFI인지 BIOS인지 확인
[ -d /sys/firmware/efi ] && echo "UEFI" || echo "BIOS"

# EFI 파티션 확인
lsblk -f | grep -i efi

# 부팅 모드 상세 정보
dmesg | grep -i efi

2️⃣ Bootloader (GRUB2)

GRUB2 (GRand Unified Bootloader)

Linux에서 가장 널리 사용되는 부트로더

설치 위치

부팅 방식	설치 위치	크기
BIOS/MBR	디스크 첫 섹터 (MBR)	446바이트
BIOS/GPT	BIOS 부트 파티션	1MB
UEFI/GPT	EFI 시스템 파티션 (/boot/efi)	100MB+

GRUB2 구성 파일

주요 파일 위치

/boot/
├── grub/                    # BIOS GRUB 파일
│   ├── grub.cfg            # 메인 설정 (직접 수정 금지!)
│   └── ...
├── grub2/                   # RHEL 계열
│   └── grub.cfg
└── efi/                     # UEFI GRUB 파일
    └── EFI/
        └── ubuntu/
            └── grubx64.efi

설정 파일 (수정 가능)

파일	설명
`/etc/default/grub`	GRUB 기본 설정
`/etc/grub.d/`	설정 스크립트 디렉토리
`/boot/grub/grub.cfg`	생성된 설정 (직접 수정 금지)

`/etc/default/grub` 주요 설정

# GRUB 기본 설정 파일
sudo nano /etc/default/grub

# 기본 부팅 항목 (0 = 첫 번째)
GRUB_DEFAULT=0

# 기본 항목을 마지막으로 부팅한 항목으로
GRUB_DEFAULT=saved
GRUB_SAVEDEFAULT=true

# 부팅 메뉴 표시 시간 (초)
GRUB_TIMEOUT=5

# 숨김 모드 (Shift 키로 표시)
GRUB_TIMEOUT_STYLE=hidden

# 커널 파라미터 (모든 항목에 적용)
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash"
GRUB_CMDLINE_LINUX="net.ifnames=0 biosdevname=0"

# 해상도
GRUB_GFXMODE=1920x1080

# 배경 이미지
GRUB_BACKGROUND=/boot/grub/background.png

# 보안 (비밀번호)
GRUB_PASSWORD=grub.pbkdf2.sha512.10000...

GRUB 설정 적용

# 설정 파일 재생성 (반드시 실행!)
sudo update-grub              # Debian/Ubuntu
sudo grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg    # RHEL/CentOS

# UEFI GRUB 재설치
sudo grub-install /dev/sda    # BIOS
sudo grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot/efi --bootloader-id=ubuntu

GRUB 커맨드 라인

부팅 중 GRUB 편집

1. 부팅 시 Shift 또는 Esc 키로 GRUB 메뉴 진입
2. 편집할 항목 선택 후 'e' 키
3. linux 줄 편집
4. Ctrl+X 또는 F10으로 부팅

복구 모드 진입

linux 줄 끝에 추가:
- systemd.unit=rescue.target      # 복구 모드
- systemd.unit=emergency.target   # 긴급 모드
- init=/bin/bash                  # 단일 사용자 모드
- nomodeset                       # 그래픽 드라이버 비활성화
- single                          # 단일 사용자 모드 (SysV)

루트 비밀번호 재설정

# 1. GRUB 편집 모드 진입
# 2. linux 줄 끝에 'rd.break' 추가
# 3. Ctrl+X로 부팅

# 4. 루트 파일시스템 재마운트
mount -o remount,rw /sysroot
chroot /sysroot

# 5. 비밀번호 변경
passwd root

# 6. SELinux 레이블 재설정 (RHEL)
touch /.autorelabel

# 7. 재부팅
exit
exit

3️⃣ 커널 로드

커널 이미지

# 설치된 커널 목록
ls -la /boot/vmlinuz-*

# 현재 실행 중인 커널
uname -r
uname -a

# 커널 모듈
lsmod                       # 로드된 모듈
modprobe module_name        # 모듈 로드
modprobe -r module_name     # 모듈 언로드

커널 파라미터

# 현재 커널 파라미터 확인
cat /proc/cmdline

# 주요 파라미터
quiet           # 부팅 메시지 최소화
splash          # 부팅 화면
ro              # 루트를 읽기 전용으로 마운트
root=UUID=xxx   # 루트 파티션 지정
initrd          # initramfs 이미지 지정
systemd.unit=   # 기본 타겟 변경
nomodeset       # 커널 모드 설정 비활성화
noapic          # APIC 비활성화
nolapic         # 로컬 APIC 비활성화
pci=realloc     # PCI 리소스 재할당

4️⃣ initramfs (initrd)

개념

Initial RAM Filesystem

실제 루트 파일시스템 마운트 전에 사용하는 임시 루트
필수 드라이버 (SATA, NVMe, 파일시스템 등) 포함
LUKS 암호화 복호화, LVM 활성화 등 수행

initramfs 이미지

# 이미지 파일
ls -la /boot/initrd.img-*        # Debian/Ubuntu
ls -la /boot/initramfs-*.img     # RHEL/CentOS

# 이미지 내용 확인
lsinitramfs /boot/initrd.img-$(uname -r)

# 이미지 압축 해제
mkdir /tmp/initramfs
cd /tmp/initramfs
zcat /boot/initrd.img-$(uname -r) | cpio -idmv

initramfs 재생성

# Debian/Ubuntu
sudo update-initramfs -u          # 현재 커널
sudo update-initramfs -u -k all   # 모든 커널
sudo update-initramfs -c -k 5.15.0  # 특정 커널

# RHEL/CentOS
sudo dracut -f                    # 현재 커널
sudo dracut -f --kver 5.14.0    # 특정 커널

5️⃣ systemd (PID 1)

systemd 시작 과정

1. systemd 실행 (PID 1)
2. default.target 확인 및 실행
3. 의존성 분석 및 병렬 시작
4. 서비스 활성화
5. 로그인 프롬프트 표시

타겟 (Target) 흐름

sysinit.target
    │
    ├── basic.target
    │       │
    │       ├── paths.target
    │       ├── slices.target
    │       ├── sockets.target
    │       └── sysinit.target
    │
    └── default.target
            │
            ├── graphical.target (GUI)
            │       ├── display-manager.service
            │       └── multi-user.target
            │
            └── multi-user.target (CLI)
                    ├── getty.target
                    ├── remote-fs.target
                    └── network.target

부팅 시간 분석

# 전체 부팅 시간
systemd-analyze

# 서비스별 시간
systemd-analyze blame

# 중요 경로
systemd-analyze critical-chain

# SVG 생성 (시각화)
systemd-analyze plot > boot.svg

🛠️ 부팅 문제 해결

복구 모드 진입 방법

방법 1: GRUB 메뉴

1. 부팅 시 Shift 또는 Esc 키
2. Advanced options for Ubuntu 선택
3. Recovery mode 선택

방법 2: 커널 파라미터

linux 줄 끝에 추가:
- systemd.unit=rescue.target
- rd.break
- init=/bin/bash

방법 3: Live USB

# 1. Live USB로 부팅
# 2. Try Ubuntu 선택
# 3. 터미널 열기

# 4. 루트 파티션 마운트
sudo mount /dev/sda1 /mnt

# 5. 바인드 마운트
sudo mount --bind /dev /mnt/dev
sudo mount --bind /proc /mnt/proc
sudo mount --bind /sys /mnt/sys

# 6. chroot
sudo chroot /mnt

# 7. 복구 작업 수행
# - 비밀번호 재설정
# - GRUB 재설치
# - 패키지 복구

일반적인 부팅 문제

문제 1: GRUB rescue 프롬프트

# GRUB 모듈 로드
set prefix=(hd0,1)/boot/grub
set root=(hd0,1)
insmod normal
normal

# 또는 커널 직접 로드
linux (hd0,1)/boot/vmlinuz root=/dev/sda1
initrd (hd0,1)/boot/initrd.img
boot

문제 2: 루트 파일시스템 마운트 실패

# initramfs 프롬프트에서
# 1. 파티션 확인
blkid
lsblk -f

# 2. 수동 마운트
mkdir /mnt
mount /dev/sda1 /mnt

# 3. chroot
mount --bind /dev /mnt/dev
mount --bind /proc /mnt/proc
mount --bind /sys /mnt/sys
chroot /mnt

# 4. fstab 수정
nano /etc/fstab

# 5. initramfs 재생성
update-initramfs -u

문제 3: 커널 패닉 (Kernel Panic)

원인:
- 손상된 커널 이미지
- 누락된 모듈
- 하드웨어 문제

해결:
1. 이전 커널로 부팅 (GRUB 고급 옵션)
2. 커널 재설치
3. 하드웨어 진단

문제 4: systemd 서비스 실패

# 복구 모드에서
systemctl list-units --failed

# 문제 서비스 마스크 (임시 비활성화)
systemctl mask problematic.service

# fstab 문제 시
mount -a  # fstab 테스트

📋 부팅 최적화

부팅 시간 단축

# 1. 불필요한 서비스 비활성화
systemctl list-unit-files --state=enabled
systemctl disable unnecessary.service

# 2. 병렬 시작 최적화
systemd-analyze blame
systemd-analyze critical-chain

# 3. GRUB 타임아웃 줄이기
# /etc/default/grub
GRUB_TIMEOUT=1

# 4. initramfs 최소화
# /etc/initramfs-tools/initramfs.conf
MODULES=dep        # 필요한 모듈만 포함

# 5. SSD 최적화
# noatime 마운트 옵션

안전한 커널 업데이트

# 1. 현재 커널 확인
uname -r

# 2. 새 커널 설치
sudo apt update
sudo apt install linux-image-generic

# 3. GRUB 설정 확인
sudo update-grub

# 4. 재부팅
sudo reboot

# 5. 문제 발생 시 이전 커널로 부팅
# GRUB 메뉴 → Advanced options → 이전 커널

# 6. 이전 커널 제거 (확인 후)
sudo apt autoremove

🔗 관련 노트

02-02-서비스-관리-systemd — systemd 상세
02-05-디스크-관리 — 파티션 및 파일시스템
02-06-LVM-구성 — 논리 볼륨 관리
02-04-네트워크-설정 — 네트워크 구성
03-00-Linux-내부동작-자가학습 — 커널 심화

마지막 업데이트: 2026-06-01

부팅 과정과 GRUB

🔄 전체 부팅 흐름

1️⃣ BIOS/UEFI 단계

BIOS (Basic Input/Output System)

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)

POST (Power-On Self Test)

부팅 모드 확인

2️⃣ Bootloader (GRUB2)

GRUB2 (GRand Unified Bootloader)

설치 위치

GRUB2 구성 파일

주요 파일 위치

설정 파일 (수정 가능)

/etc/default/grub 주요 설정

GRUB 설정 적용

GRUB 커맨드 라인

부팅 중 GRUB 편집

복구 모드 진입

루트 비밀번호 재설정

3️⃣ 커널 로드

커널 이미지

커널 파라미터

4️⃣ initramfs (initrd)

개념

initramfs 이미지

initramfs 재생성

5️⃣ systemd (PID 1)

systemd 시작 과정

타겟 (Target) 흐름

부팅 시간 분석

🛠️ 부팅 문제 해결

복구 모드 진입 방법

방법 1: GRUB 메뉴

방법 2: 커널 파라미터

방법 3: Live USB

일반적인 부팅 문제

문제 1: GRUB rescue 프롬프트

문제 2: 루트 파일시스템 마운트 실패

문제 3: 커널 패닉 (Kernel Panic)

문제 4: systemd 서비스 실패

📋 부팅 최적화

부팅 시간 단축

안전한 커널 업데이트

🔗 관련 노트

`/etc/default/grub` 주요 설정