202.3 - Cargadores de arranque alternativos

Introduccion

Aunque GRUB 2 es el cargador de arranque mas utilizado en sistemas Linux de escritorio y servidor, existen varios cargadores alternativos diseñados para escenarios especificos: arranque por red, sistemas embebidos, medios extraibles y sistemas UEFI modernos. Este subtema cubre las alternativas mas relevantes para el examen LPIC-2.

Peso del subtema: 2

La familia SYSLINUX

SYSLINUX es un conjunto de cargadores de arranque ligeros desarrollados por H. Peter Anvin. Cada variante esta diseñada para un tipo especifico de medio de arranque.

SYSLINUX

SYSLINUX es el cargador diseñado para arrancar Linux desde sistemas de archivos FAT (FAT12, FAT16, FAT32). Se usa comunmente en memorias USB y disquetes.

# Instalar SYSLINUX en una particion FAT
syslinux --install /dev/sdb1
 
# Instalar con MBR
syslinux --install --mbr /dev/sdb1
 
# El archivo de configuracion se busca en este orden:
# /boot/syslinux/syslinux.cfg
# /syslinux/syslinux.cfg
# /syslinux.cfg

Archivo de configuracion tipico (syslinux.cfg):

DEFAULT linux
PROMPT 1
TIMEOUT 50
LABEL linux
    KERNEL vmlinuz
    APPEND root=/dev/sda1 ro quiet
    INITRD initrd.img
LABEL rescue
    KERNEL vmlinuz
    APPEND root=/dev/sda1 ro single
    INITRD initrd.img

ISOLINUX

ISOLINUX es la variante diseñada para arrancar desde medios opticos CD/DVD con sistema de archivos ISO 9660 (con extensiones El Torito).

Se utiliza ampliamente para crear Live CDs y discos de instalacion
El archivo binario principal es isolinux.bin
La configuracion se almacena en isolinux.cfg

# Estructura tipica de un CD arrancable con ISOLINUX
isolinux/
├── isolinux.bin        # Cargador de arranque
├── isolinux.cfg        # Configuracion
├── ldlinux.c32         # Modulo del nucleo
├── vmlinuz             # Kernel
└── initrd.img          # Initramfs
 
# Crear una ISO arrancable con ISOLINUX
mkisofs -o boot.iso -b isolinux/isolinux.bin \
    -c isolinux/boot.cat -no-emul-boot \
    -boot-load-size 4 -boot-info-table \
    ./cd_root/

PXELINUX

PXELINUX permite arrancar Linux a traves de la red utilizando el protocolo PXE (Preboot Execution Environment). Es fundamental para instalaciones automatizadas y sistemas diskless.

Arquitectura de arranque PXE:

El cliente envia una solicitud DHCP
El servidor DHCP responde con una IP y la ubicacion del archivo de arranque
El cliente descarga el cargador (pxelinux.0) via TFTP
PXELINUX descarga la configuracion y el kernel via TFTP
El kernel arranca con el initramfs proporcionado

# Archivos necesarios en el servidor TFTP
/tftpboot/
├── pxelinux.0               # Cargador PXE
├── ldlinux.c32              # Modulo nucleo
├── pxelinux.cfg/
│   ├── default              # Configuracion por defecto
│   ├── 01-aa-bb-cc-dd-ee-ff # Config por MAC (prefijo 01-)
│   └── C0A80164             # Config por IP (hexadecimal)
├── vmlinuz                   # Kernel
└── initrd.img                # Initramfs

Configuracion DHCP para PXE (en ISC DHCP):

subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
    range 192.168.1.100 192.168.1.200;
    option routers 192.168.1.1;
    next-server 192.168.1.10;       # Servidor TFTP
    filename "pxelinux.0";          # Archivo de arranque
}

Orden de busqueda de configuracion en PXELINUX:

pxelinux.cfg/01-<MAC> (MAC en minusculas separada por guiones)
pxelinux.cfg/<IP_HEX> (IP en hexadecimal, eliminando digitos desde la derecha)
pxelinux.cfg/default

Para el examen: PXELINUX busca la configuracion primero por direccion MAC (con prefijo 01-), luego por IP en hexadecimal (reduciendo digitos), y finalmente el archivo default. Por ejemplo, para la IP 192.168.1.100, buscaria C0A80164, C0A8016, C0A801, etc.

Directivas comunes de SYSLINUX

Directiva	Funcion
`DEFAULT`	Etiqueta de arranque por defecto
`PROMPT`	Mostrar prompt (0=no, 1=si)
`TIMEOUT`	Tiempo de espera en decimas de segundo
`LABEL`	Define una entrada de arranque
`KERNEL`	Ruta al kernel
`APPEND`	Parametros del kernel
`INITRD`	Ruta al initramfs
`DISPLAY`	Archivo de texto a mostrar
`MENU TITLE`	Titulo del menu grafico

systemd-boot (bootctl)

Descripcion general

systemd-boot (anteriormente conocido como gummiboot) es un cargador de arranque UEFI simple incluido en systemd. Es mas ligero que GRUB y esta diseñado exclusivamente para sistemas UEFI.

Caracteristicas:

Solo funciona con UEFI (no soporta BIOS/MBR)
Configuracion basada en archivos de texto simples
Deteccion automatica de kernels
Interfaz de menu minimalista
No soporta sistemas de archivos complejos (solo lee la ESP)

Instalacion y gestion con bootctl

# Instalar systemd-boot en la ESP
bootctl install
 
# Actualizar systemd-boot
bootctl update
 
# Ver estado actual
bootctl status
 
# Listar entradas disponibles
bootctl list
 
# Eliminar systemd-boot
bootctl remove

Configuracion

Los archivos de configuracion se almacenan en la ESP (EFI System Partition):

Archivo principal (/boot/loader/loader.conf):

default  arch.conf
timeout  5
console-mode max
editor   no

Entradas de arranque (/boot/loader/entries/*.conf):

# /boot/loader/entries/arch.conf
title   Arch Linux
linux   /vmlinuz-linux
initrd  /initramfs-linux.img
options root=UUID=xxxx-xxxx rw quiet

# /boot/loader/entries/arch-fallback.conf
title   Arch Linux (fallback)
linux   /vmlinuz-linux
initrd  /initramfs-linux-fallback.img
options root=UUID=xxxx-xxxx rw

Para el examen: systemd-boot solo funciona con UEFI y almacena su configuracion en la ESP. Cada entrada de arranque es un archivo .conf independiente en /boot/loader/entries/.

U-Boot

Descripcion general

U-Boot (Universal Boot Loader) es el cargador de arranque estandar para sistemas embebidos, especialmente en arquitecturas ARM, MIPS y PowerPC. Es ampliamente utilizado en routers, dispositivos IoT, placas de desarrollo (Raspberry Pi, BeagleBone) y otros sistemas embebidos.

Caracteristicas:

Soporte para multiples arquitecturas (ARM, MIPS, x86, PowerPC)
Linea de comandos interactiva
Soporte para arranque por red (TFTP, NFS)
Soporte para multiples sistemas de archivos
Variables de entorno persistentes
Scripting de arranque

Variables de entorno de U-Boot

# En la consola interactiva de U-Boot
# Ver todas las variables
printenv
 
# Establecer una variable
setenv bootargs "console=ttyS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw"
setenv bootcmd "fatload mmc 0:1 0x80000000 zImage; bootz 0x80000000"
 
# Guardar variables de forma persistente
saveenv
 
# Arrancar con la configuracion actual
boot
# O ejecutar el comando de bootcmd
run bootcmd

Archivos de configuracion

/boot/boot.scr: Script de arranque compilado
/boot/uEnv.txt: Variables de entorno en texto plano (alternativa a boot.scr)

# Ejemplo de uEnv.txt
bootargs=console=ttyO0,115200n8 root=/dev/mmcblk0p2 rw
loadaddr=0x82000000
fdtaddr=0x88000000
bootcmd=load mmc 0:1 ${loadaddr} zImage; load mmc 0:1 ${fdtaddr} am335x-boneblack.dtb; bootz ${loadaddr} - ${fdtaddr}

Conceptos de arranque PXE

Proceso completo de arranque por red

Cliente                         Servidor DHCP         Servidor TFTP
   |                                |                      |
   |--- DHCP Discover ------------>|                      |
   |<-- DHCP Offer (IP + PXE) ----|                      |
   |--- DHCP Request ------------>|                      |
   |<-- DHCP ACK -----------------|                      |
   |                                                      |
   |--- TFTP Request (pxelinux.0) ---------------------->|
   |<-- TFTP Transfer -----------------------------------|
   |                                                      |
   |--- TFTP Request (config) -------------------------->|
   |<-- TFTP Transfer -----------------------------------|
   |                                                      |
   |--- TFTP Request (kernel + initrd) ----------------->|
   |<-- TFTP Transfer -----------------------------------|
   |                                                      |
   [Kernel arranca]

Para el examen: El arranque PXE requiere al menos dos servicios: DHCP (para asignar IP y indicar el archivo de arranque) y TFTP (para transferir los archivos). Opcionalmente se puede usar NFS o HTTP para el sistema de archivos raiz.

UEFI y efibootmgr

Entradas de arranque UEFI

En sistemas UEFI, las entradas de arranque se almacenan en la NVRAM del firmware. Se gestionan con efibootmgr:

# Ver las entradas de arranque actuales
efibootmgr -v
 
# Crear una nueva entrada de arranque
efibootmgr -c -d /dev/sda -p 1 -L "Linux" -l "\EFI\BOOT\bootx64.efi"
 
# Cambiar el orden de arranque
efibootmgr -o 0001,0002,0003
 
# Establecer el proximo arranque (una sola vez)
efibootmgr -n 0002
 
# Eliminar una entrada
efibootmgr -b 0004 -B
 
# Activar/desactivar una entrada
efibootmgr -b 0003 -a    # Activar
efibootmgr -b 0003 -A    # Desactivar

Estructura de la ESP

/boot/efi/EFI/
├── BOOT/
│   └── bootx64.efi        # Cargador por defecto UEFI
├── debian/
│   └── grubx64.efi        # GRUB para Debian
├── ubuntu/
│   └── shimx64.efi        # Shim para Secure Boot (Ubuntu)
└── Microsoft/
    └── Boot/
        └── bootmgfw.efi   # Windows Boot Manager

Secure Boot

Conceptos basicos

Secure Boot es una caracteristica de UEFI que verifica la firma digital de los cargadores de arranque antes de ejecutarlos, protegiendo contra malware de arranque (bootkits).

Cadena de confianza:

El firmware UEFI verifica la firma del cargador de arranque
El cargador (shim) verifica la firma de GRUB
GRUB verifica la firma del kernel
El kernel verifica la firma de los modulos

Componentes clave:

PK (Platform Key): Clave del propietario de la plataforma
KEK (Key Exchange Key): Claves para actualizar las bases de datos
db: Base de datos de firmas permitidas
dbx: Base de datos de firmas revocadas
shim: Cargador de primera etapa firmado por Microsoft que permite cargar GRUB

# Verificar el estado de Secure Boot
mokutil --sb-state
 
# Listar claves enrolladas
mokutil --list-enrolled
 
# Importar una clave MOK (Machine Owner Key)
mokutil --import mi_clave.der

Para el examen: Secure Boot utiliza shim como cargador de primera etapa firmado por Microsoft. Shim a su vez carga GRUB u otro cargador de segunda etapa. mokutil se usa para gestionar las Machine Owner Keys (MOK).

Comparativa de cargadores de arranque

Caracteristica	GRUB 2	SYSLINUX	systemd-boot	U-Boot
BIOS/MBR	Si	Si	No	Depende
UEFI	Si	Parcial	Si	Parcial
Sistemas de archivos	Muchos	FAT/ISO/PXE	Solo ESP (FAT)	Varios
Complejidad	Alta	Baja	Baja	Media
Uso tipico	Escritorio/Servidor	Medios/Red	Escritorio UEFI	Embebido
Scripting	Si	Limitado	No	Si
Secure Boot	Si (con shim)	No	Si	Parcial

Trampas del examen

Errores comunes y distinciones criticas que LPI suele evaluar en este subtema:

SYSLINUX es para FAT, ISOLINUX para ISO 9660, PXELINUX para red — confundir para que medio esta diseñada cada variante es un error frecuente. SYSLINUX no funciona en ext4, ISOLINUX no funciona en USB con FAT, PXELINUX no funciona sin red
PXELINUX busca configuracion por MAC, luego IP hex, luego default — el orden de busqueda es: primero 01-<mac> (con prefijo 01-), luego la IP en hexadecimal (eliminando digitos desde la derecha), y finalmente default. El prefijo 01- en la MAC es una trampa clasica
TIMEOUT en SYSLINUX esta en decimas de segundo, no en segundos — TIMEOUT 50 significa 5 segundos, no 50. En GRUB, GRUB_TIMEOUT=5 si es en segundos. Confundir las unidades es una trampa habitual
systemd-boot solo funciona con UEFI, no con BIOS — a diferencia de GRUB 2 que soporta ambos, systemd-boot requiere obligatoriamente firmware UEFI y la ESP (EFI System Partition)
PXE requiere DHCP + TFTP como minimo — sin servidor DHCP que asigne IP y apunte al archivo de arranque, y sin servidor TFTP que sirva los archivos, el arranque PXE no funciona. NFS o HTTP son opcionales para el sistema raiz
next-server en DHCP apunta al servidor TFTP, no al DNS — la directiva next-server indica la IP del servidor TFTP donde esta pxelinux.0. filename indica el nombre del archivo de arranque a descargar
Secure Boot usa shim como cargador de primera etapa — shim esta firmado por Microsoft y permite cargar GRUB. Sin shim, GRUB no arrancaria en un sistema con Secure Boot habilitado. mokutil gestiona las claves MOK (Machine Owner Key)
efibootmgr -n vs efibootmgr -o — -n (bootnext) establece la entrada de arranque solo para el proximo reinicio; -o cambia el orden de arranque permanentemente. Confundirlos puede hacer que un cambio temporal sea permanente o viceversa

LPIC & Hacking Vault

Navegacion

Notas Recientes

101.1 - Comandos Clave

101.1 - Configuracion de Hardware

202.3 - Cargadores de arranque alternativos

202.3 - Cargadores de arranque alternativos

Introduccion

La familia SYSLINUX

SYSLINUX

ISOLINUX

PXELINUX

Directivas comunes de SYSLINUX

systemd-boot (bootctl)

Descripcion general

Instalacion y gestion con bootctl

Configuracion

U-Boot

Descripcion general

Variables de entorno de U-Boot

Archivos de configuracion

Conceptos de arranque PXE

Proceso completo de arranque por red

UEFI y efibootmgr

Entradas de arranque UEFI

Estructura de la ESP

Secure Boot

Conceptos basicos

Comparativa de cargadores de arranque

Trampas del examen

Graph View