]> git.ipfire.org Git - thirdparty/systemd.git/blobdiff - docs/BOOT_LOADER_SPECIFICATION.md
machined: return recognizable error when we try to register the same machine name...
[thirdparty/systemd.git] / docs / BOOT_LOADER_SPECIFICATION.md
index e02fb09d65341d6fac4eaa35649f0f72e3ee85cb..33066b2875ae67f80ab5c83fad4d5a9355225ddb 100644 (file)
@@ -1,495 +1 @@
----
-title: Boot Loader Specification
-category: Booting
-layout: default
-SPDX-License-Identifier: LGPL-2.1-or-later
----
-
-# The Boot Loader Specification
-
-This document defines a set of file formats and naming conventions that allow
-the boot loader configuration to be shared between multiple operating systems
-and boot loaders installed on one device.
-
-Operating systems cooperatively manage a boot loader configuration directory
-that contains drop-in files, making multi-boot scenarios easy to support. Boot
-menu items are defined via a simple format that can be understood by different
-boot loader implementations, operating systems, and userspace programs. The
-same scheme can be used to prepare OS media for cases where the firmware
-includes a boot loader.
-
-## Target audience
-
-The target audience for this specification is:
-
-* Boot loader developers, to write a boot loader that directly reads its
-  configuration from these files
-* Firmware developers, to add generic boot loading support directly to the
-  firmware itself
-* OS installer developers, to create appropriate partitions and set up the
-  initial drop-in directory
-* Distribution developers, to create appropriate configuration snippets when
-  installing or updating kernel packages
-* UI developers, to implement user interfaces that list and select among the
-  available boot options
-
-## The boot partition
-
-Everything described below is located on a file system that will be called
-`$BOOT`. The boot loader or user-space programs reading the boot loader
-configuration should pick `$BOOT` according to the following rules:
-
-* On disks with an MBR partition table:
-
-  * A partition with the type ID of 0xEA shall be used as `$BOOT`.
-
-* On disks with GPT (GUID Partition Table)
-
-  * If an Extended Boot Loader Partition (XBOOTLDR partition for short) — a
-    partition with GPT type GUID of `bc13c2ff-59e6-4262-a352-b275fd6f7172` —
-    is found, it should be used as `$BOOT`.
-
-  * Otherwise, the EFI System Partition (ESP for short) — a partition with
-    GPT type GUID of `c12a7328-f81f-11d2-ba4b-00a0c93ec93b` — should
-    be used as `$BOOT`.
-
-An installer for the operating system should use this logic when selecting or
-creating partitions:
-
-  * If `$BOOT` is not found, a new suitably sized partition (let's say 500MB)
-    should be created and used as `$BOOT`, matching the characteristics
-    described above. On disks with GPT, just an ESP partition without a
-    XBOOTLDR partition should be created.
-
-  * If the OS is installed on a disk with GPT and the ESP partition is found
-    but is too small, a new suitably sized (let's say 500MB) XBOOTLDR partition
-    shall be created and used as `$BOOT`.
-
-This placeholder file system shall be determined during _installation time_,
-and an fstab entry may be created. It should be mounted to either `/boot/` or
-`/efi/`. Additional locations like `/boot/efi/` (with `/boot/` being a separate
-file system) might be supported by implementations. This is not recommended
-because the mounting of `$BOOT` is then dependent on and requires the mounting
-of the intermediate file system.
-
-**Note:** _`$BOOT` is **shared** among all OS installations of a system.
-Instead of maintaining one `$BOOT` per installed OS (as `/boot/` was
-traditionally handled), all installed OSes use the same place for boot-time
-configuration._
-
-For systems where the firmware is able to read file systems directly, `$BOOT`
-must be a file system readable by the firmware. For other systems and generic
-installation and live media, `$BOOT` must be a VFAT (16 or 32) file system.
-Applications accessing `$BOOT` should hence not assume that fancier file system
-features such as symlinks, hardlinks, access control or case sensitivity are
-supported.
-
-## Boot loader entries
-
-This specification defines two types of boot loader entries. The first type is
-text based, very simple, and suitable for a variety of firmware, architecture
-and image types ("Type #1"). The second type is specific to EFI, but allows
-single-file images that embed all metadata in the kernel binary itself, which
-is useful to cryptographically sign them as one file for the purpose of
-SecureBoot ("Type #2").
-
-Not all boot loader entries will apply to all systems. For example, Type #1
-entries that use the `efi` key and all Type #2 entries only apply to EFI
-systems. Entries using the `architecture` key might specify an architecture that
-doesn't match the local one. Boot loaders should ignore all entries that don't
-match the local platform and what the boot loader can support, and hide them
-from the user. Only entries matching the feature set of boot loader and system
-shall be considered and displayed. This allows image builders to put together
-images that transparently support multiple different architectures.
-
-Note that the `$BOOT` partition is not supposed to be exclusive territory of
-this specification. This specification only defines semantics of the `/loader/`
-directory inside the file system (see below), but it doesn't intend to define
-ownership of the whole file system exclusively. Boot loaders, firmware, and
-other software implementing this specification may choose to place other files
-and directories in the same file system. For example, boot loaders that
-implement this specification might install their own boot code on the same
-partition; on systems where `$BOOT` is the ESP this is a particularly common
-setup. Implementations of this specification must be able to operate correctly
-if files or directories other than `/loader/` are found in the top level
-directory. Implementations that add their own files or directories to the file
-systems should use well-named directories, to make name collisions between
-multiple users of the file system unlikely.
-
-### Type #1 Boot Loader Specification Entries
-
-This specification defines two directories below `$BOOT`:
-
-* `$BOOT/loader/` is the directory containing all files needed for Type #1
-  entries
-
-* `$BOOT/loader/entries/` is the directory containing the drop-in
-  snippets. This directory contains one `.conf` file for each boot menu item.
-
-**Note:** _In all cases the `/loader/` directory should be located directly in
-the root of the file system. Specifically, if `$BOOT` is the ESP, then
-`/loader/` directory should be located directly in the root directory of the
-ESP, and not in the `/EFI/` subdirectory._
-
-Inside the `$BOOT/loader/entries/` directory each OS vendor may drop one or
-more configuration snippets with the suffix `.conf`, one for each boot menu
-item. The file name of the file is used for identification of the boot item but
-shall never be presented to the user in the UI. The file name may be chosen
-freely but should be unique enough to avoid clashes between OS installations.
-More specifically, it is suggested to include the machine ID (`/etc/machine-id`
-or the D-Bus machine ID for OSes that lack `/etc/machine-id`), the kernel
-version (as returned by `uname -r`) and an OS identifier (the `ID=` field of
-[os-release](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/os-release.html)).
-
-Example: `$BOOT/loader/entries/6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea-3.8.0-2.fc19.x86_64.conf`.
-
-In order to maximize compatibility with file system implementations and
-restricted boot loader environments, and to minimize conflicting character use
-with other programs, file names shall be chosen from a restricted character
-set: ASCII upper and lower case characters, digits, "+", "-", "_" and ".".
-Also, the file names should have a length of at least one and at most 255
-characters (including the file name suffix).
-
-These configuration snippets shall be UNIX-style text files (i.e. lines
-separated by a single newline character), in the UTF-8 encoding. The
-configuration snippets are loosely inspired by Grub1's configuration syntax.
-Lines beginning with "#" are used for comments and shall be ignored. The first
-word of a line is used as key and is separated by one or more spaces from the
-value.
-
-#### Type #1 Boot Loader Entry Keys
-
-The following keys are recognized:
-
-* `title` is a human-readable title for this menu item to be displayed in the
-  boot menu. It is a good idea to initialize this from the `PRETTY_NAME=` of
-  [os-release](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/os-release.html).
-  This name should be descriptive and does not have to be unique. If a boot
-  loader discovers two entries with the same title it should show more than
-  just the raw title in the UI, for example by appending the `version`
-  field. This field is optional.
-
-  Example: `title Fedora 18 (Spherical Cow)`
-
-* `version` is a human-readable version for this menu item. This is usually the
-  kernel version and is intended for use by OSes to install multiple kernel
-  versions with the same `title` field. This field shall be in a syntax that is
-  useful for Debian-style version sorts, so that the boot loader UI can
-  determine the newest version easily and show it first or preselect it
-  automatically. This field is optional.
-
-  Example: `version 3.7.2-201.fc18.x86_64`
-
-* `machine-id` is the machine ID of the OS. This can be used by boot loaders
-  and applications to filter out boot entries, for example to show only a
-  single newest kernel per OS, to group items by OS, or to filter out the
-  currently booted OS when showing only other installed operating systems.
-  This ID shall be formatted as 32 lower case hexadecimal characters
-  (i.e. without any UUID formatting). This key is optional.
-
-  Example: `machine-id 4098b3f648d74c13b1f04ccfba7798e8`
-
-* `sort-key` is a short string used for sorting entries on display. This should
-  typically be initialized from the `IMAGE_ID=` or `ID=` fields of
-  [os-release](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/os-release.html),
-  possibly with an additional suffix. This field is optional. If set, it is
-  used as primary sorting key for the entries on display (lexicographically
-  increasing). It does not have to be unique (and usually is not). If
-  non-unique the the `machine-id` (lexicographically increasing) and `version`
-  (lexicographically decreasing, i.e. newest version first) fields described
-  above are used as secondary/ternary sorting keys. If this field is not set
-  entries are typically sorted by the `.conf` file name of the entry.
-
-  Example: `sort-key fedora`
-
-* `linux` is the Linux kernel to spawn and as a path relative to `$BOOT`. It
-  is recommended that every distribution creates a machine id and version
-  specific subdirectory below `$BOOT` and places its kernels and initial RAM
-  disk images there.
-
-  Example: `linux /6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea/3.8.0-2.fc19.x86_64/linux`
-
-* `initrd` is the initrd to use when executing the kernel. This also
-  shall be a path relative to `$BOOT`. This key is optional. This key may
-  appear more than once in which case all specified images are used, in the
-  order they are listed.
-
-  Example: `initrd 6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea/3.8.0-2.fc19.x86_64/initrd`
-
-* `efi` refers to an arbitrary EFI program. This also takes a path relative to
-  `$BOOT`. If this key is set, and the system is not an EFI system this entry
-  should be hidden.
-
-* `options` shall contain kernel parameters to pass to the Linux kernel to
-  spawn. This key is optional and may appear more than once in which case all
-  specified parameters are used in the order they are listed.
-
-  Example: `options root=UUID=6d3376e4-fc93-4509-95ec-a21d68011da2 quiet`
-
-* `devicetree` refers to the binary device tree to use when executing the
-  kernel. This also shall be a path relative to `$BOOT`. This key is
-  optional.
-
-  Example: `devicetree 6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea/3.8.0-2.fc19.armv7hl/tegra20-paz00.dtb`
-
-* `devicetree-overlay` refers to a list of device tree overlays that should be
-  applied by the boot loader. Multiple overlays are separated by spaces and
-  applied in the same order as they are listed. This key is optional but
-  depends on the `devicetree` key.
-
-  Example: `devicetree-overlay /6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea/overlays/overlay_A.dtbo /6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea/overlays/overlay_B.dtbo`
-
-* `architecture` refers to the architecture this entry is for. The argument
-  should be an architecture identifier, using the architecture vocabulary
-  defined by the EFI specification (i.e. `IA32`, `x64`, `IA64`, `ARM`, `AA64`,
-  …). If specified and it does not match the local system architecture this
-  entry should be hidden. The comparison should be done case-insensitively.
-
-  Example: `architecture aa64`
-
-Each configuration drop-in snippet must include at least a `linux` or an `efi`
-key. Here is an example for a complete drop-in file:
-
-    # /boot/loader/entries/6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea-3.8.0-2.fc19.x86_64.conf
-    title        Fedora 19 (Rawhide)
-    sort-key     fedora
-    machine-id   6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea
-    version      3.8.0-2.fc19.x86_64
-    options      root=UUID=6d3376e4-fc93-4509-95ec-a21d68011da2 quiet
-    architecture x64
-    linux        /6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea/3.8.0-2.fc19.x86_64/linux
-    initrd       /6a9857a393724b7a981ebb5b8495b9ea/3.8.0-2.fc19.x86_64/initrd
-
-On EFI systems all Linux kernel images should be EFI images. In order to
-increase compatibility with EFI systems it is highly recommended only to
-install EFI kernel images, even on non-EFI systems, if that's applicable and
-supported on the specific architecture.
-
-Conversely, in order to increase compatibility it is recommended to install
-generic kernel images that make few assumptions about the firmware they run on,
-i.e. it is a good idea that both images shipped as UEFI PE images and those
-which are not don't make unnecessary assumption on the underlying firmware,
-i.e. don't hard depend on legacy BIOS calls or UEFI boot services.
-
-Note that these configuration snippets may only reference kernels (and EFI
-programs) that reside on the same file system as the configuration snippets,
-i.e. everything referenced must be contained in the same file system. This is
-by design, as referencing other partitions or devices would require a
-non-trivial language for denoting device paths. If kernels/initrds are to be
-read from other partitions/disks the boot loader can do this in its own native
-configuration, using its own specific device path language, and this is out of
-focus for this specification. More specifically, on non-EFI systems
-configuration snippets following this specification cannot be used to spawn
-other operating systems (such as Windows).
-
-### Standard-conformance Marker File
-
-Unfortunately, there are implementations of boot loading infrastructure that
-are also using the `/loader/entries/` directory, but installing files that do
-not follow this specification. In order to minimize confusion, a boot loader
-implementation may place the file `/loader/entries.srel` next to the
-`/loader/entries/` directory containing the ASCII string `type1` (followed by a
-UNIX newline). Tools that need to determine whether an existing directory
-implements the semantics described here may check for this file and contents:
-if it exists and contains the mentioned string, it shall assume a
-standards-compliant implementation is in place. If it exists but contains a
-different string it shall assume other semantics are implemented. If the file
-does not exist, no assumptions should be made.
-
-### Type #2 EFI Unified Kernel Images
-
-A unified kernel image is a single EFI PE executable combining an EFI stub
-loader, a kernel image, an initramfs image, and the kernel command line. See
-the description of the `--uefi` option in
-[dracut(8)](http://man7.org/linux/man-pages/man8/dracut.8.html). Such unified
-images are installed in the`$BOOT/EFI/Linux/` directory and must have the
-extension `.efi`. Support for images of this type is of course specific to
-systems with EFI firmware. Ignore this section if you work on systems not
-supporting EFI.
-
-Type #2 file names should be chosen from the same restricted character set as
-Type #1 described above (but with the file name suffix of `.efi` instead of
-`.conf`).
-
-Images of this type have the advantage that all metadata and payload that makes
-up the boot entry is contained in a single PE file that can be signed
-cryptographically as one for the purpose of EFI SecureBoot.
-
-A valid unified kernel image must contain two PE sections:
-
-* `.cmdline` section with the kernel command line,
-* `.osrel` section with an embedded copy of the
-  [os-release](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/os-release.html)
-  file describing the image.
-
-The `PRETTY_NAME=` and `VERSION_ID=` fields in the embedded `os-release` file
-are used the same as `title` and `version` in the Type #1 entries. The
-`.cmdline` section is used instead of the `options` field. `linux` and `initrd`
-fields are not necessary, and there is no counterpart for the `machine-id`
-field.
-
-On EFI, any such images shall be added to the list of valid boot entries.
-
-### Additional notes
-
-Note that these configurations snippets do not need to be the only
-configuration source for a boot loader. It may extend this list of entries with
-additional items from other configuration files (for example its own native
-configuration files) or automatically detected other entries without explicit
-configuration.
-
-To make this explicitly clear: this specification is designed with "free"
-operating systems in mind, starting Windows or macOS is out of focus with these
-configuration snippets, use boot-loader specific solutions for that. In the
-text above, if we say "OS" we hence imply "free", i.e. primarily Linux (though
-this could be easily be extended to the BSDs and whatnot).
-
-Note that all paths used in the configuration snippets use a Unix-style "/" as
-path separator. This needs to be converted to an EFI-style "\\" separator in
-EFI boot loaders.
-
-
-## Locating boot entries
-
-A _boot loader_ locates `$BOOT`, then simply reads all files
-`$BOOT/loader/entries/*.conf`, and populates its boot menu with this. On EFI,
-it then extends this with any unified kernel images found in
-`$BOOT/EFI/Linux/*.efi`. It may also add additional entries, for example a
-"Reboot into firmware" option. Optionally it may sort the menu based on the
-`sort-key`, `machine-id` and `version` fields, and possibly others. It uses the
-file name to identify specific items, for example in case it supports storing
-away default entry information somewhere. A boot loader should generally not
-modify these files.
-
-For "Boot Loader Specification Entries" (Type #1), the _kernel package
-installer_ installs the kernel and initrd images to `$BOOT` (it is recommended
-to place these files in a vendor and OS and installation specific directory)
-and then generates a configuration snippet for it, placing this in
-`$BOOT/loader/entries/xyz.conf`, with "xyz" as concatenation of machine id and
-version information (see above). The files created by a kernel package are tied
-to the kernel package and should be removed along with it.
-
-For "EFI Unified Kernel Images" (Type #2), the vendor or kernel package
-installer should create the combined image and drop it into
-`$BOOT/EFI/Linux/`. This file is also tied to the kernel package and should be
-removed along with it.
-
-A _UI application_ intended to show available boot options shall operate
-similarly to a boot loader, but might apply additional filters, for example by
-filtering the booted OS via the machine ID, or by suppressing all but the
-newest kernel versions.
-
-An _OS installer_ picks the right place for `$BOOT` as defined above (possibly
-creating a partition and file system for it) and creates the `/loader/entries/`
-directory in it. It then installs an appropriate boot loader that can read
-these snippets. Finally, it installs one or more kernel packages.
-
-
-## Additional discussion
-
-### Why is there a need for this specification?
-
-This specification brings the following advantages:
-
-* Installation of new boot entries is more robust, as no explicit rewriting of
-  configuration files is required.
-
-* It allows an out-of-the-box boot experience on any platform without the need
-  of traditional firmware mechanisms (e.g. BIOS calls, UEFI Boot Services).
-
-* It improves dual-boot scenarios. Without cooperation, multiple Linux
-  installations tend to fight over which boot loader becomes the primary one in
-  possession of the MBR or the boot partition, and only that one installation
-  can then update the boot loader configuration. Other Linux installs have to
-  be manually configured to never touch the MBR and instead install a
-  chain-loaded boot loader in their own partition headers. In this new scheme
-  all installations share a loader directory and no manual configuration has to
-  take place. All participants implicitly cooperate due to removal of name
-  collisions and can install/remove their own boot menu entries without
-  interfering with the entries of other installed operating systems.
-
-* Drop-in directories are now pretty ubiquitous on Linux as an easy way to
-  extend configuration without having to edit, regenerate or manipulate
-  configuration files. For the sake of uniformity, we should do the same for
-  the boot menu.
-
-* Userspace code can sanely parse boot loader configuration which is essential
-  with modern firmware which does not necessarily initialize USB keyboards
-  during boot, which makes boot menus hard to reach for the user. If userspace
-  code can parse the boot loader configuration too, UI can be written that
-  select a boot menu item to boot into before rebooting the machine, thus not
-  requiring interactivity during early boot.
-
-* To unify and thus simplify configuration of the various boot loaders, which
-  makes configuration of the boot loading process easier for users,
-  administrators, and developers alike.
-
-* For boot loaders with configuration _scripts_ such as grub2, adopting this
-  spec allows for mostly static scripts that are generated only once at first
-  installation, but then do not need to be updated anymore as that is done via
-  drop-in files exclusively.
-
-### Why not simply rely on the EFI boot menu logic?
-
-EFI is not ubiquitous, especially not in embedded systems. But even on systems
-with EFI, which provides a boot options logic that can offer similar
-functionality, this specfication is still needed for the following reasons:
-
-* The various EFI implementations implement the boot order/boot item logic to
-  different levels. Some firmware implementations do not offer a boot menu at
-  all and instead unconditionally follow the EFI boot order, booting the first
-  item that is working.
-
-* If the firmware setup is used to reset data, usually all EFI boot entries
-  are lost, making the system entirely unbootable, as the firmware setups
-  generally do not offer a UI to define additional boot items. By placing the
-  menu item information on disk, it is always available, even if the firmware
-  configuration is lost.
-
-* Harddisk images should be movable between machines and be bootable without
-  requiring firmare configuration. This also requires that the list
-  of boot options is defined on disk, and not in EFI variables alone.
-
-* EFI is not universal yet (especially on non-x86 platforms), this
-  specification is useful both for EFI and non-EFI boot loaders.
-
-* Many EFI systems disable USB support during early boot to optimize boot
-  times, thus making keyboard input unavailable in the EFI menu. It is thus
-  useful if the OS UI has a standardized way to discover available boot options
-  which can be booted to.
-
-### Out of Focus
-
-There are a couple of items that are out of focus for this specification:
-
-* If userspace can figure out the available boot options, then this is only
-  useful so much: we'd still need to come up with a way how userspace could
-  communicate to the boot loader the default boot loader entry temporarily or
-  persistently. Defining a common scheme for this is certainly a good idea, but
-  out of focus for this specification.
-
-* This specification is just about "Free" Operating systems. Hooking in other
-  operating systems (like Windows and macOS) into the boot menu is a different
-  story and should probably happen outside of this specification. For example,
-  boot loaders might choose to detect other available OSes dynamically at
-  runtime without explicit configuration (like `systemd-boot` does it), or via
-  native configuration (for example via explicit Grub2 configuration generated
-  once at installation).
-
-* This specification leaves undefined what to do about systems which are
-  upgraded from an OS that does not implement this specification. As the
-  previous boot loader logic was largely handled by in distribution-specific
-  ways we probably should leave the upgrade path (and whether there actually is
-  one) to the distributions. The simplest solution might be to simply continue
-  with the old scheme for old installations and use this new scheme only for
-  new installations.
-
-
-## Links
-
-[GUID Partition Table](https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table)<br>
-[Boot Loader Interface](BOOT_LOADER_INTERFACE.md)<br>
-[Discoverable Partitions Specification](DISCOVERABLE_PARTITIONS.md)<br>
-[`systemd-boot(7)`](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/systemd-boot.html)<br>
-[`bootctl(1)`](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/bootctl.html)<br>
-[`systemd-gpt-auto-generator(8)`](https://www.freedesktop.org/software/systemd/man/systemd-gpt-auto-generator.html)
+[This content has moved to the UAPI group website](https://uapi-group.org/specifications/specs/boot_loader_specification/)