Linux gurb2簡介

文章目錄

前言
一、GRUB 2簡介
二、GRUB 2相關文件/文件夾
- 2.1 /etc/default/grub文件
- 2.2 /etc/grub.d/文件夾
- 2.3 /boot/grub/grub.cfg文件
三、grubx64.efi
參考資料

前言

簡單來說，引導加載程序（boot loader）是計算機啟動時運行的第一個軟件程序。它負責加載并將控制權轉移到操作系統內核軟件（如Linux或GNU Mach）。而內核則負責初始化整個操作系統（例如GNU系統）。

GNU GRUB是一個非常強大的引導加載程序，它可以加載各種自由操作系統，以及通過鏈式加載（chain-loading）加載專有操作系統。GRUB的設計目標是解決個人計算機引導過程的復雜性；該程序與計算機平臺緊密相關，盡管未來可能會考慮移植到其他平臺。

GRUB的一個重要特性是靈活性；GRUB理解文件系統和內核可執行格式，因此您可以以您喜歡的方式加載任意操作系統，而無需記錄內核在磁盤上的物理位置。因此，您只需指定內核的文件名、驅動器和分區即可加載內核所在的位置。

在使用GRUB引導時，您可以使用命令行界面（參見命令行界面）或菜單界面（參見菜單界面）。使用命令行界面，您需要手動輸入內核的驅動器規范和文件名。而在菜單界面中，您只需使用箭頭鍵選擇一個操作系統。菜單是基于事先準備好的配置文件的（參見配置）。在菜單中，您可以在使用之前切換到命令行模式，反之亦然。甚至可以在使用前編輯菜單條目。

GRUB 2取代了之前被稱為GRUB的版本（即0.9x），后者又成為了GRUB Legacy。

一、GRUB 2簡介

GRUB 2（GRand Unified Bootloader 2）是一個廣泛使用的引導加載程序，用于在多操作系統環境下引導計算機。它是GNU項目的一部分，是GRUB引導加載程序的第二個主要版本。在大部分Linux發行版中，比如Ubuntu、CentOS ，默認的 bootloader 就是 GRUB 2。
在這里插入圖片描述

GRUB 2 具有以下特點和功能（GRUB的主要要求是符合Multiboot規范，該規范在Multiboot規范的動機部分進行了描述。）：

多操作系統支持：GRUB 2 支持引導多個操作系統，包括各種版本的Linux發行版、Windows、BSD等。
向后兼容引導FreeBSD、NetBSD、OpenBSD和Linux。通過鏈式加載功能，支持加載專有內核（如DOS、Windows NT和OS/2）。
除了特定的兼容模式（鏈式加載和Linux piggyback格式）外，所有內核將在Multiboot規范中的相同狀態下啟動。目前只支持加載到1兆字節或更高位置的內核。任何試圖加載低于此邊界的嘗試將立即失敗，并給出報告問題的錯誤消息。

除了上述要求，GRUB還具有以下特性（請注意，Multiboot規范不要求GRUB支持所有這些特性）：

識別多種可執行文件格式
支持多種a.out變種以及ELF。還加載符號表。

支持非Multiboot內核
支持許多不符合Multiboot規范的各種自由的32位內核（主要包括FreeBSD、NetBSD、OpenBSD和Linux）。還支持鏈式加載其他引導加載程序。

加載多個模塊
完全支持Multiboot功能，可以加載多個模塊。GRUB 2 的設計采用模塊化結構，允許加載和卸載各種功能模塊，包括文件系統驅動程序、圖形界面支持、加密模塊等。這使得 GRUB 2 在不同硬件和配置環境下都具有良好的靈活性和擴展性。

加載配置文件
支持人類可讀的文本配置文件，其中包含預設的引導命令。您還可以動態加載另一個配置文件，并將預設配置文件嵌入到GRUB映像文件中。命令列表（請參閱命令）是命令行支持的子集。配置文件示例可在配置文件中找到。

GRUB 2采用了完全重新設計的目錄和文件層次結構。主要的GRUB 2文件夾包括/etc/grub.d，其中包含主要的GRUB 2腳本，以及/boot/grub，其中包含GRUB 2的模塊和菜單文件（grub.cfg）。用戶通常會對/etc/default/grub文件進行自定義設置。
以centos 7 為例：GRUB使用配置文件確定引導菜單的外觀和行為。主配置文件位于/boot/grub2/grub.cfg，它根據/etc/default/grub和/etc/grub.d/目錄中的配置腳本和文件自動生成的。它允許用戶自定義引導選項、默認引導條目、超時值等。
通常，配置更改是在/etc/default/grub文件和位于/etc/grub.d中的自定義腳本中進行的。在運行update-grub命令以root用戶身份之前，不會對GRUB 2菜單進行任何更改。此命令會運行GRUB 2配置腳本并更新/boot/grub/grub.cfg文件。

命令列表是對配置文件支持的命令的子集。編輯命令與Bash命令行非常相似，根據上下文，可以通過TAB鍵補全命令、設備、分區和目錄中的文件。

提供菜單界面
提供列出預設引導命令的菜單界面，并具有可編程的超時設置。引導條目的數量沒有固定限制，當前的實現可以容納幾百個。
GRUB 2 提供了一個可定制的菜單界面，以便用戶選擇要引導的操作系統或內核。菜單界面可以通過配置文件進行自定義，可以添加新的菜單項，設置默認引導項等。

支持圖形界面：GRUB 2 可以在支持的硬件上提供圖形界面，使用戶可以使用鼠標來選擇操作系統和菜單項。

具有靈活的命令行界面
提供相當靈活的命令行界面，可從菜單訪問，用于編輯任何預設命令或從頭開始編寫新的引導命令集。如果沒有配置文件存在，GRUB將進入命令行界面。
GRUB 2 提供了一個強大的命令行界面，允許用戶直接在引導過程中執行各種命令，如加載內核、修改配置等。這對于調試和故障排除非常有用。

引導參數設置：GRUB 2 允許用戶在引導時設置各種參數，如內核參數、啟動級別等。GRUB 2提供了高級引導選項，可以在引導過程中指定這些選項。這些選項允許您修改內核參數，指定備用的initramfs文件，進入單用戶模式以及執行其他操作。

支持多種文件系統類型
透明地支持多種文件系統類型，還提供有用的顯式塊列表表示。當前支持的文件系統類型包括Amiga Fast FileSystem（AFFS）、AtheOS fs、BeFS、BtrFS（包括raid0、raid1、raid10、gzip和lzo）、cpio（小端和大端的bin、odc和newc變體）、Linux ext2/ext3/ext4、DOS FAT12/FAT16/FAT32、exFAT、F2FS、HFS、HFS+、ISO9660（包括Joliet、Rock-ridge和多個chunk文件）、JFS、Minix fs（版本1、2和3）、nilfs2、NTFS（包括壓縮）、ReiserFS、ROMFS、Amiga Smart FileSystem（SFS）、Squash4、tar、UDF、BSD UFS/UFS2、XFS和ZFS（包括lzjb、gzip、zle、mirror、stripe、raidz1/2/3和AES-CCM和AES-GCM的加密）。有關更多信息，請參閱文件系統。

支持自動解壓縮
可以解壓縮由gzip或xz壓縮的文件。此功能對用戶來說是自動的和透明的（即所有功能都在解壓縮后的文件內容上操作）。這大大減小了文件大小和加載時間，對于軟盤來說尤為重要。
可以想象某些內核模塊應以壓縮狀態加載，因此可以指定不同的模塊加載命令以避免解壓縮模塊。

訪問任何已安裝設備上的數據
支持從BIOS識別的任何軟盤或硬盤讀取數據，與根設備的設置無關。

不依賴于驅動器幾何轉換
與許多其他引導加載程序不同，GRUB不受特定驅動器轉換的影響。可以將已安裝和運行的驅動器從一種轉換轉換為另一種轉換，而不會產生任何不良影響或更改GRUB的配置。

檢測所有已安裝的RAM
GRUB通常可以找到PC兼容機器上安裝的所有RAM。它使用先進的BIOS查詢技術來查找所有內存區域。如Multiboot規范中所述（請參閱Multiboot規范的動機部分），并非所有內核都使用此信息，但GRUB為那些使用的內核提供了該信息。

支持邏輯塊地址模式
在傳統的磁盤調用中（稱為CHS模式），存在幾何轉換問題，即BIOS無法訪問超過1024個柱面，因此可訪問的空間限制在至少508 MB至最多8GB之間。GRUB無法普遍解決此問題，因為沒有在所有機器上使用的標準接口。然而，一些較新的機器具有新的接口，稱為邏輯塊地址（LBA）模式。GRUB會自動檢測是否可用LBA模式，并在可用時使用它。在LBA模式下，GRUB可以訪問整個磁盤。

支持網絡引導
GRUB基本上是一個基于磁盤的引導加載程序，但也具有網絡支持。您可以使用TFTP協議從網絡加載操作系統映像。

支持遠程終端
為了支持沒有控制臺的計算機，GRUB提供了遠程終端支持，這樣您就可以從遠程主機控制GRUB。目前只實現了串行終端支持。

二、GRUB 2相關文件/文件夾

有幾個文件/文件夾這里介紹一下：
（1）/etc/default/grub文件
（2）/etc/grub.d/文件夾
（3）/boot/grub2/grub.cfg

下面以Centos 7為例。

2.1 /etc/default/grub文件

/etc/default/grub文件是用于配置GRUB 2引導加載程序的主要配置文件之一。它包含了一些全局的設置和變量，用于控制GRUB的行為和外觀。

# cat /etc/default/grub
GRUB_TIMEOUT=5
GRUB_DISTRIBUTOR="$(sed 's, release .*$,,g' /etc/system-release)"
GRUB_DEFAULT=saved
GRUB_DISABLE_SUBMENU=true
GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"
GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto spectre_v2=retpoline rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet"
GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"

（1）GRUB_TIMEOUT=5：將引導菜單等待用戶輸入的時間設置為5秒。如果沒有用戶輸入，將自動啟動默認菜單條目。
（2）GRUB_DISTRIBUTOR=“ $(se d^{'} s, re l e a se . ?$ ,g’ /etc/system-release)”：通過命令替換的方式，從/etc/system-release文件獲取發行版信息，并將其賦值給GRUB_DISTRIBUTOR變量。這樣可以動態地獲取發行版信息并在引導菜單中顯示。
（3）GRUB_DEFAULT=saved：設置默認啟動的菜單條目為上一次選擇的條目。這意味著，如果用戶在上次引導時選擇了特定的菜單條目，那么下一次引導時將自動選擇該條目作為默認啟動項。
（4）GRUB_DISABLE_SUBMENU=true：禁用子菜單功能，將所有菜單條目顯示在一個平面列表中，而不是進行分組。
（5）GRUB_TERMINAL_OUTPUT=“console”：將GRUB的終端輸出設置為文本終端（console），而不是圖形終端（gfxterm）。
（6）GRUB_CMDLINE_LINUX=“crashkernel=auto spectre_v2=retpoline rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet”：在Linux內核啟動時傳遞的命令行參數。這些參數包括crashkernel=auto（用于自動配置系統崩潰內核轉儲）、spectre_v2=retpoline（用于針對Spectre漏洞的保護）、rd.lvm.lv=centos/root和rd.lvm.lv=centos/swap（用于指定LVM邏輯卷的根和交換分區）、rhgb（用于顯示圖形啟動進度）和quiet（用于減少啟動時的冗余輸出）。
（7）GRUB_DISABLE_RECOVERY=“true”：禁用恢復模式菜單，在引導菜單中不顯示恢復模式選項。

在對/etc/default/grub文件進行任何更改后，需要通過運行 grub-mkconfig 命令使更改生效。該命令會重新生成/boot/grub2/grub.cfg文件，其中包含實際引導菜單的配置。

2.2 /etc/grub.d/文件夾

/etc/grub.d/文件夾是用于存放GRUB 2配置腳本的目錄。在這個文件夾中，每個腳本文件都負責生成GRUB 2菜單的一部分。這些腳本文件以數字開頭，用于確定它們在菜單中的順序。

通常，這些腳本用于自動檢測并添加可引導的操作系統和內核選項到GRUB 2菜單中。它們還可以包含其他自定義配置，例如設置菜單默認選項、添加自定義菜單項或啟用特定功能等。

當運行update-grub命令時，GRUB 2會掃描/etc/grub.d/文件夾中的腳本，并根據腳本生成菜單配置文件（grub.cfg）。因此，如果需要對GRUB 2菜單進行自定義配置，可以編輯/etc/grub.d/文件夾中的相應腳本，并在更新配置后運行update-grub命令以使更改生效。

# ls /etc/grub.d/
00_header  00_tuned  01_users  10_linux  20_linux_xen  20_ppc_terminfo  30_os-prober  40_custom  41_custom  README

2.3 /boot/grub/grub.cfg文件

/boot/grub/grub.cfg（或者/boot/grub2/grub.cfg）文件是GRUB 2引導加載程序的配置文件，它包含了引導菜單的詳細配置信息。該文件由GRUB 2根據/etc/default/grub文件和其他相關文件自動生成。

grub.cfg文件是由一系列腳本生成的，通常不應直接編輯。當系統中的內核或引導配置發生更改時，可以使用grub2-mkconfig命令（如grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg）重新生成該文件。

grub.cfg文件的結構比舊版本的GRUB（如GRUB Legacy）的配置文件要復雜得多。它包含多個菜單節（menuentry），每個菜單節定義了一個可供選擇的操作系統或內核。

每個菜單節包含了一系列的配置指令，用于定義菜單項的標題、內核文件、內核參數、初始化內存盤（initrd）文件等。這些配置指令提供了引導操作系統所需的詳細信息。

在grub.cfg文件中，還可以找到一些自動生成的部分，例如用于檢測其他操作系統（如Windows）并將其添加到引導菜單中的代碼。

由于grub.cfg文件是自動生成的，因此在對引導菜單進行更改時，不應直接編輯該文件。而是應該修改/etc/default/grub文件或/etc/grub.d/目錄中的相關腳本文件，并使用grub2-mkconfig命令重新生成grub.cfg文件，以確保更改正確應用。

NAMEgrub-mkconfig — Generate a GRUB configuration file.SYNOPSISgrub-mkconfig [-o | --output=FILE]DESCRIPTIONgrub-mkconfig generates a configuration file for GRUB.

# cat /boot/grub2/grub.cfg
#
# DO NOT EDIT THIS FILE
#
# It is automatically generated by grub2-mkconfig using templates
# from /etc/grub.d and settings from /etc/default/grub
#
......
### BEGIN /etc/grub.d/10_linux ###
menuentry 'CentOS Linux (3.10.0-1160.el7.x86_64) 7 (Core)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux-3.10.0-1160.el7.x86_64-advanced-1855e442-e30a-4135-9389-0fcdbdc7551d' {load_videoset gfxpayload=keepinsmod gzioinsmod part_gptinsmod xfsset root='hd0,gpt2'if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; thensearch --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,gpt2 --hint-efi=hd0,gpt2 --hint-baremetal=ahci0,gpt2  3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cfelsesearch --no-floppy --fs-uuid --set=root 3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cffilinuxefi /vmlinuz-3.10.0-1160.el7.x86_64 root=/dev/mapper/centos-root ro crashkernel=auto spectre_v2=retpoline rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quietinitrdefi /initramfs-3.10.0-1160.el7.x86_64.img
}
menuentry 'CentOS Linux (3.10.0-693.el7.x86_64) 7 (Core)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux-3.10.0-693.el7.x86_64-advanced-1855e442-e30a-4135-9389-0fcdbdc7551d' {load_videoset gfxpayload=keepinsmod gzioinsmod part_gptinsmod xfsset root='hd0,gpt2'if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; thensearch --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,gpt2 --hint-efi=hd0,gpt2 --hint-baremetal=ahci0,gpt2  3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cfelsesearch --no-floppy --fs-uuid --set=root 3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cffilinuxefi /vmlinuz-3.10.0-693.el7.x86_64 root=/dev/mapper/centos-root ro crashkernel=auto spectre_v2=retpoline rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quietinitrdefi /initramfs-3.10.0-693.el7.x86_64.img
}
......

三、grubx64.efi

grubx64.efi是GNU GRUB（GRand Unified Bootloader）引導管理器的UEFI版本，它是一種常用的引導程序，被廣泛應用于Linux系統中。當計算機使用UEFI啟動時，UEFI固件會查找EFI目錄下的grubx64.efi文件，并將其加載到內存中。然后，grubx64.efi將會顯示一個菜單，列出可用的操作系統和內核，允許用戶選擇要啟動的操作系統或內核。在Linux ISO image中，grubx64.efi文件通常被用作引導管理器，用于啟動Linux操作系統的安裝程序。

對于Linux發行版，grubx64.efi是GRUB2在UEFI環境下的引導加載程序。雖然Grub是開源軟件，理論上可以編譯和定制，但通常情況下，個人用戶不是通過直接編輯.efi文件來配置GRUB，而是通過編輯其配置文件（如/boot/grub/grub.cfg）來更改引導菜單、內核選項等。如果確實需要修改源代碼，那也是先修改源代碼然后重新編譯生成新的.efi文件。

grubx64.efi文件是怎么找到grub.cfg文件的:

在UEFI系統中，grubx64.efi引導管理器啟動后，它會搜索EFI系統分區中的特定目錄和文件，以找到grub.cfg配置文件。具體來說，grubx64.efi通常會按照以下順序搜索grub.cfg文件：

（1）首先，grubx64.efi會在EFI目錄下搜索grub.cfg文件。如果在EFI目錄下找到了grub.cfg文件，它會直接加載并執行該文件。

（2）如果在EFI目錄下沒有找到grub.cfg文件，grubx64.efi會繼續搜索EFI目錄下的/boot/grub目錄。在該目錄下，它會嘗試查找grub.cfg文件，并加載執行該文件。

（3）如果在/boot/grub目錄下也沒有找到grub.cfg文件，grubx64.efi會繼續搜索EFI系統分區中的其他目錄，包括/efi/{distro}/、/efi/boot/等，以查找grub.cfg文件。

（4）一旦grubx64.efi找到了grub.cfg文件，它就會將文件加載到內存中，并根據文件中的配置信息啟動相應的操作系統或內核。注意，grub.cfg文件的位置和名稱可能因Linux發行版和安裝方式而有所不同，但通常情況下，它們會遵循上述搜索規則。

uefi + grub2引導方式如下：

x86_64: uefi ==> shimx64.efi ==> grubx64.efi ==> /boot/efi/EFI/centos/grub.cfg ==> vmlinuz & initramfs

以centos7為例，其位置：

/boot/efi/EFI/centos/grubx64.efi

# file /boot/efi/EFI/centos/grubx64.efi
/boot/efi/EFI/centos/grubx64.efi: PE32+ executable (EFI application) x86-64 (stripped to external PDB), for MS Windows

grubx64.efi 是 GRUB 引導加載程序的一個文件，用于在 UEFI 系統中啟動操作系統。它是 GRUB 的 UEFI 版本，專門設計用于 x86-64 架構的計算機。

在 UEFI 系統中，grubx64.efi 被用作主引導加載程序，負責加載操作系統內核和初始化 RAM 文件系統（initramfs）。它是由 GRUB 提供的一個可信的引導加載程序，通常與 shimx64.efi 結合使用，以支持 UEFI Secure Boot。

grubx64.efi 的配置文件通常位于 /boot/grub/grub.cfg 或 /etc/grub.d/ 目錄中。在配置文件中，可以定義引導菜單，包括可供選擇的操作系統、啟動參數和其他設置。

GRUB 具有強大的功能和靈活性，可以處理多個操作系統的引導和配置。它支持多個文件系統，可以通過配置文件進行自定義和擴展。通過編輯和配置 grubx64.efi 的配置文件，可以修改引導菜單、添加新的啟動選項、設置默認啟動項等。

詳細說明：
（1）GRUB（Grand Unified Bootloader）：GRUB 是 Linux 系統中常用的引導加載程序。它提供了一個靈活且可自定義的引導菜單，讓用戶能夠在計算機啟動時選擇和啟動不同的操作系統或內核選項。grubx64.efi 是 GRUB 的 UEFI 版本，專門設計用于 x86-64 架構的計算機。
（2）UEFI 兼容性：UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）是許多計算機中使用的現代固件接口。grubx64.efi 的設計目標是與 UEFI 固件兼容，使其可以作為系統啟動時的主要引導加載程序。
（3）引導菜單配置：grubx64.efi 依賴于其配置文件，通常位于 /boot/grub/grub.cfg 或 /etc/grub.d/ 目錄中，用于定義引導菜單選項。在配置文件中，可以指定可用的操作系統、內核參數、啟動選項和其他設置。這使用戶能夠根據自己的偏好自定義引導過程。
（4）多操作系統支持：GRUB 的一個主要優點是可以處理多個操作系統。通過 grubx64.efi，可以配置引導菜單以顯示計算機上安裝的多個操作系統的列表，方便用戶在啟動時選擇所需的操作系統。這對于雙啟動或多啟動設置非常方便。
（5）高級功能：GRUB 提供了各種高級功能，例如鏈式加載其他引導加載程序、配置啟動時參數、設置默認引導選項，甚至提供命令行界面用于故障排除和系統維護。
（6）主題和圖形界面支持：GRUB 還可以通過主題和圖形用戶界面（GUI）進行自定義，以增強引導菜單的視覺外觀和用戶體驗。

參考資料

https://www.gnu.org/software/grub/manual/grub/html_node/index.html
https://help.ubuntu.com/community/Grub2
https://www.cnblogs.com/shamoguzhou/p/17380191.html
https://blog.csdn.net/Anhui_Chen/article/details/106988113
https://mp.weixin.qq.com/s/N_lSjtorg0Ho_hSBiM5uKA