Linux gurb2简介

文章目录

前言
一、GRUB 2简介
二、GRUB 2相关文件/文件夹
- 2.1 /etc/default/grub文件
- 2.2 /etc/grub.d/文件夹
- 2.3 /boot/grub/grub.cfg文件
三、grubx64.efi
参考资料

前言

简单来说，引导加载程序（boot loader）是计算机启动时运行的第一个软件程序。它负责加载并将控制权转移到操作系统内核软件（如Linux或GNU Mach）。而内核则负责初始化整个操作系统（例如GNU系统）。

GNU GRUB是一个非常强大的引导加载程序，它可以加载各种自由操作系统，以及通过链式加载（chain-loading）加载专有操作系统。GRUB的设计目标是解决个人计算机引导过程的复杂性；该程序与计算机平台紧密相关，尽管未来可能会考虑移植到其他平台。

GRUB的一个重要特性是灵活性；GRUB理解文件系统和内核可执行格式，因此您可以以您喜欢的方式加载任意操作系统，而无需记录内核在磁盘上的物理位置。因此，您只需指定内核的文件名、驱动器和分区即可加载内核所在的位置。

在使用GRUB引导时，您可以使用命令行界面（参见命令行界面）或菜单界面（参见菜单界面）。使用命令行界面，您需要手动输入内核的驱动器规范和文件名。而在菜单界面中，您只需使用箭头键选择一个操作系统。菜单是基于事先准备好的配置文件的（参见配置）。在菜单中，您可以在使用之前切换到命令行模式，反之亦然。甚至可以在使用前编辑菜单条目。

GRUB 2取代了之前被称为GRUB的版本（即0.9x），后者又成为了GRUB Legacy。

一、GRUB 2简介

GRUB 2（GRand Unified Bootloader 2）是一个广泛使用的引导加载程序，用于在多操作系统环境下引导计算机。它是GNU项目的一部分，是GRUB引导加载程序的第二个主要版本。在大部分Linux发行版中，比如Ubuntu、CentOS ，默认的 bootloader 就是 GRUB 2。
在这里插入图片描述

GRUB 2 具有以下特点和功能（GRUB的主要要求是符合Multiboot规范，该规范在Multiboot规范的动机部分进行了描述。）：

多操作系统支持：GRUB 2 支持引导多个操作系统，包括各种版本的Linux发行版、Windows、BSD等。
向后兼容引导FreeBSD、NetBSD、OpenBSD和Linux。通过链式加载功能，支持加载专有内核（如DOS、Windows NT和OS/2）。
除了特定的兼容模式（链式加载和Linux piggyback格式）外，所有内核将在Multiboot规范中的相同状态下启动。目前只支持加载到1兆字节或更高位置的内核。任何试图加载低于此边界的尝试将立即失败，并给出报告问题的错误消息。

除了上述要求，GRUB还具有以下特性（请注意，Multiboot规范不要求GRUB支持所有这些特性）：

识别多种可执行文件格式
支持多种a.out变种以及ELF。还加载符号表。

支持非Multiboot内核
支持许多不符合Multiboot规范的各种自由的32位内核（主要包括FreeBSD、NetBSD、OpenBSD和Linux）。还支持链式加载其他引导加载程序。

加载多个模块
完全支持Multiboot功能，可以加载多个模块。GRUB 2 的设计采用模块化结构，允许加载和卸载各种功能模块，包括文件系统驱动程序、图形界面支持、加密模块等。这使得 GRUB 2 在不同硬件和配置环境下都具有良好的灵活性和扩展性。

加载配置文件
支持人类可读的文本配置文件，其中包含预设的引导命令。您还可以动态加载另一个配置文件，并将预设配置文件嵌入到GRUB映像文件中。命令列表（请参阅命令）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采用了完全重新设计的目录和文件层次结构。主要的GRUB 2文件夹包括/etc/grub.d，其中包含主要的GRUB 2脚本，以及/boot/grub，其中包含GRUB 2的模块和菜单文件（grub.cfg）。用户通常会对/etc/default/grub文件进行自定义设置。
以centos 7 为例：GRUB使用配置文件确定引导菜单的外观和行为。主配置文件位于/boot/grub2/grub.cfg，它根据/etc/default/grub和/etc/grub.d/目录中的配置脚本和文件自动生成的。它允许用户自定义引导选项、默认引导条目、超时值等。
通常，配置更改是在/etc/default/grub文件和位于/etc/grub.d中的自定义脚本中进行的。在运行update-grub命令以root用户身份之前，不会对GRUB 2菜单进行任何更改。此命令会运行GRUB 2配置脚本并更新/boot/grub/grub.cfg文件。

命令列表是对配置文件支持的命令的子集。编辑命令与Bash命令行非常相似，根据上下文，可以通过TAB键补全命令、设备、分区和目录中的文件。

提供菜单界面
提供列出预设引导命令的菜单界面，并具有可编程的超时设置。引导条目的数量没有固定限制，当前的实现可以容纳几百个。
GRUB 2 提供了一个可定制的菜单界面，以便用户选择要引导的操作系统或内核。菜单界面可以通过配置文件进行自定义，可以添加新的菜单项，设置默认引导项等。

支持图形界面：GRUB 2 可以在支持的硬件上提供图形界面，使用户可以使用鼠标来选择操作系统和菜单项。

具有灵活的命令行界面
提供相当灵活的命令行界面，可从菜单访问，用于编辑任何预设命令或从头开始编写新的引导命令集。如果没有配置文件存在，GRUB将进入命令行界面。
GRUB 2 提供了一个强大的命令行界面，允许用户直接在引导过程中执行各种命令，如加载内核、修改配置等。这对于调试和故障排除非常有用。

引导参数设置：GRUB 2 允许用户在引导时设置各种参数，如内核参数、启动级别等。GRUB 2提供了高级引导选项，可以在引导过程中指定这些选项。这些选项允许您修改内核参数，指定备用的initramfs文件，进入单用户模式以及执行其他操作。

支持多种文件系统类型
透明地支持多种文件系统类型，还提供有用的显式块列表表示。当前支持的文件系统类型包括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变体）、Linux ext2/ext3/ext4、DOS FAT12/FAT16/FAT32、exFAT、F2FS、HFS、HFS+、ISO9660（包括Joliet、Rock-ridge和多个chunk文件）、JFS、Minix fs（版本1、2和3）、nilfs2、NTFS（包括压缩）、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）。有关更多信息，请参阅文件系统。

支持自动解压缩
可以解压缩由gzip或xz压缩的文件。此功能对用户来说是自动的和透明的（即所有功能都在解压缩后的文件内容上操作）。这大大减小了文件大小和加载时间，对于软盘来说尤为重要。
可以想象某些内核模块应以压缩状态加载，因此可以指定不同的模块加载命令以避免解压缩模块。

访问任何已安装设备上的数据
支持从BIOS识别的任何软盘或硬盘读取数据，与根设备的设置无关。

不依赖于驱动器几何转换
与许多其他引导加载程序不同，GRUB不受特定驱动器转换的影响。可以将已安装和运行的驱动器从一种转换转换为另一种转换，而不会产生任何不良影响或更改GRUB的配置。

检测所有已安装的RAM
GRUB通常可以找到PC兼容机器上安装的所有RAM。它使用先进的BIOS查询技术来查找所有内存区域。如Multiboot规范中所述（请参阅Multiboot规范的动机部分），并非所有内核都使用此信息，但GRUB为那些使用的内核提供了该信息。

支持逻辑块地址模式
在传统的磁盘调用中（称为CHS模式），存在几何转换问题，即BIOS无法访问超过1024个柱面，因此可访问的空间限制在至少508 MB至最多8GB之间。GRUB无法普遍解决此问题，因为没有在所有机器上使用的标准接口。然而，一些较新的机器具有新的接口，称为逻辑块地址（LBA）模式。GRUB会自动检测是否可用LBA模式，并在可用时使用它。在LBA模式下，GRUB可以访问整个磁盘。

支持网络引导
GRUB基本上是一个基于磁盘的引导加载程序，但也具有网络支持。您可以使用TFTP协议从网络加载操作系统映像。

支持远程终端
为了支持没有控制台的计算机，GRUB提供了远程终端支持，这样您就可以从远程主机控制GRUB。目前只实现了串行终端支持。

二、GRUB 2相关文件/文件夹

有几个文件/文件夹这里介绍一下：
（1）/etc/default/grub文件
（2）/etc/grub.d/文件夹
（3）/boot/grub2/grub.cfg

下面以Centos 7为例。

2.1 /etc/default/grub文件

/etc/default/grub文件是用于配置GRUB 2引导加载程序的主要配置文件之一。它包含了一些全局的设置和变量，用于控制GRUB的行为和外观。

# 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：将引导菜单等待用户输入的时间设置为5秒。如果没有用户输入，将自动启动默认菜单条目。
（2）GRUB_DISTRIBUTOR=“ $(se d^{'} s, re l e a se . *$ ,g’ /etc/system-release)”：通过命令替换的方式，从/etc/system-release文件获取发行版信息，并将其赋值给GRUB_DISTRIBUTOR变量。这样可以动态地获取发行版信息并在引导菜单中显示。
（3）GRUB_DEFAULT=saved：设置默认启动的菜单条目为上一次选择的条目。这意味着，如果用户在上次引导时选择了特定的菜单条目，那么下一次引导时将自动选择该条目作为默认启动项。
（4）GRUB_DISABLE_SUBMENU=true：禁用子菜单功能，将所有菜单条目显示在一个平面列表中，而不是进行分组。
（5）GRUB_TERMINAL_OUTPUT=“console”：将GRUB的终端输出设置为文本终端（console），而不是图形终端（gfxterm）。
（6）GRUB_CMDLINE_LINUX=“crashkernel=auto spectre_v2=retpoline rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet”：在Linux内核启动时传递的命令行参数。这些参数包括crashkernel=auto（用于自动配置系统崩溃内核转储）、spectre_v2=retpoline（用于针对Spectre漏洞的保护）、rd.lvm.lv=centos/root和rd.lvm.lv=centos/swap（用于指定LVM逻辑卷的根和交换分区）、rhgb（用于显示图形启动进度）和quiet（用于减少启动时的冗余输出）。
（7）GRUB_DISABLE_RECOVERY=“true”：禁用恢复模式菜单，在引导菜单中不显示恢复模式选项。

在对/etc/default/grub文件进行任何更改后，需要通过运行 grub-mkconfig 命令使更改生效。该命令会重新生成/boot/grub2/grub.cfg文件，其中包含实际引导菜单的配置。

2.2 /etc/grub.d/文件夹

/etc/grub.d/文件夹是用于存放GRUB 2配置脚本的目录。在这个文件夹中，每个脚本文件都负责生成GRUB 2菜单的一部分。这些脚本文件以数字开头，用于确定它们在菜单中的顺序。

通常，这些脚本用于自动检测并添加可引导的操作系统和内核选项到GRUB 2菜单中。它们还可以包含其他自定义配置，例如设置菜单默认选项、添加自定义菜单项或启用特定功能等。

当运行update-grub命令时，GRUB 2会扫描/etc/grub.d/文件夹中的脚本，并根据脚本生成菜单配置文件（grub.cfg）。因此，如果需要对GRUB 2菜单进行自定义配置，可以编辑/etc/grub.d/文件夹中的相应脚本，并在更新配置后运行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引导加载程序的配置文件，它包含了引导菜单的详细配置信息。该文件由GRUB 2根据/etc/default/grub文件和其他相关文件自动生成。

grub.cfg文件是由一系列脚本生成的，通常不应直接编辑。当系统中的内核或引导配置发生更改时，可以使用grub2-mkconfig命令（如grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg）重新生成该文件。

grub.cfg文件的结构比旧版本的GRUB（如GRUB Legacy）的配置文件要复杂得多。它包含多个菜单节（menuentry），每个菜单节定义了一个可供选择的操作系统或内核。

每个菜单节包含了一系列的配置指令，用于定义菜单项的标题、内核文件、内核参数、初始化内存盘（initrd）文件等。这些配置指令提供了引导操作系统所需的详细信息。

在grub.cfg文件中，还可以找到一些自动生成的部分，例如用于检测其他操作系统（如Windows）并将其添加到引导菜单中的代码。

由于grub.cfg文件是自动生成的，因此在对引导菜单进行更改时，不应直接编辑该文件。而是应该修改/etc/default/grub文件或/etc/grub.d/目录中的相关脚本文件，并使用grub2-mkconfig命令重新生成grub.cfg文件，以确保更改正确应用。

NAME
       grub-mkconfig — Generate a GRUB configuration file.

SYNOPSIS
       grub-mkconfig [-o | --output=FILE]

DESCRIPTION
       grub-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 $menuentry_id_option 'gnulinux-3.10.0-1160.el7.x86_64-advanced-1855e442-e30a-4135-9389-0fcdbdc7551d' {
        load_video
        set gfxpayload=keep
        insmod gzio
        insmod part_gpt
        insmod xfs
        set root='hd0,gpt2'
        if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
          search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,gpt2 --hint-efi=hd0,gpt2 --hint-baremetal=ahci0,gpt2  3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cf
        else
          search --no-floppy --fs-uuid --set=root 3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cf
        fi
        linuxefi /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 quiet
        initrdefi /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 $menuentry_id_option 'gnulinux-3.10.0-693.el7.x86_64-advanced-1855e442-e30a-4135-9389-0fcdbdc7551d' {
        load_video
        set gfxpayload=keep
        insmod gzio
        insmod part_gpt
        insmod xfs
        set root='hd0,gpt2'
        if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
          search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,gpt2 --hint-efi=hd0,gpt2 --hint-baremetal=ahci0,gpt2  3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cf
        else
          search --no-floppy --fs-uuid --set=root 3a286201-19dc-4036-bf40-d4a8bfdc30cf
        fi
        linuxefi /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 quiet
        initrdefi /initramfs-3.10.0-693.el7.x86_64.img
}
......

三、grubx64.efi

grubx64.efi是GNU GRUB（GRand Unified Bootloader）引导管理器的UEFI版本，它是一种常用的引导程序，被广泛应用于Linux系统中。当计算机使用UEFI启动时，UEFI固件会查找EFI目录下的grubx64.efi文件，并将其加载到内存中。然后，grubx64.efi将会显示一个菜单，列出可用的操作系统和内核，允许用户选择要启动的操作系统或内核。在Linux ISO image中，grubx64.efi文件通常被用作引导管理器，用于启动Linux操作系统的安装程序。

对于Linux发行版，grubx64.efi是GRUB2在UEFI环境下的引导加载程序。虽然Grub是开源软件，理论上可以编译和定制，但通常情况下，个人用户不是通过直接编辑.efi文件来配置GRUB，而是通过编辑其配置文件（如/boot/grub/grub.cfg）来更改引导菜单、内核选项等。如果确实需要修改源代码，那也是先修改源代码然后重新编译生成新的.efi文件。

grubx64.efi文件是怎么找到grub.cfg文件的:

在UEFI系统中，grubx64.efi引导管理器启动后，它会搜索EFI系统分区中的特定目录和文件，以找到grub.cfg配置文件。具体来说，grubx64.efi通常会按照以下顺序搜索grub.cfg文件：

（1）首先，grubx64.efi会在EFI目录下搜索grub.cfg文件。如果在EFI目录下找到了grub.cfg文件，它会直接加载并执行该文件。

（2）如果在EFI目录下没有找到grub.cfg文件，grubx64.efi会继续搜索EFI目录下的/boot/grub目录。在该目录下，它会尝试查找grub.cfg文件，并加载执行该文件。

（3）如果在/boot/grub目录下也没有找到grub.cfg文件，grubx64.efi会继续搜索EFI系统分区中的其他目录，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，它就会将文件加载到内存中，并根据文件中的配置信息启动相应的操作系统或内核。注意，grub.cfg文件的位置和名称可能因Linux发行版和安装方式而有所不同，但通常情况下，它们会遵循上述搜索规则。

uefi + grub2引导方式如下：

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

以centos7为例，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 引导加载程序的一个文件，用于在 UEFI 系统中启动操作系统。它是 GRUB 的 UEFI 版本，专门设计用于 x86-64 架构的计算机。

在 UEFI 系统中，grubx64.efi 被用作主引导加载程序，负责加载操作系统内核和初始化 RAM 文件系统（initramfs）。它是由 GRUB 提供的一个可信的引导加载程序，通常与 shimx64.efi 结合使用，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/ 目录中。在配置文件中，可以定义引导菜单，包括可供选择的操作系统、启动参数和其他设置。

GRUB 具有强大的功能和灵活性，可以处理多个操作系统的引导和配置。它支持多个文件系统，可以通过配置文件进行自定义和扩展。通过编辑和配置 grubx64.efi 的配置文件，可以修改引导菜单、添加新的启动选项、设置默认启动项等。

详细说明：
（1）GRUB（Grand Unified Bootloader）：GRUB 是 Linux 系统中常用的引导加载程序。它提供了一个灵活且可自定义的引导菜单，让用户能够在计算机启动时选择和启动不同的操作系统或内核选项。grubx64.efi 是 GRUB 的 UEFI 版本，专门设计用于 x86-64 架构的计算机。
（2）UEFI 兼容性：UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）是许多计算机中使用的现代固件接口。grubx64.efi 的设计目标是与 UEFI 固件兼容，使其可以作为系统启动时的主要引导加载程序。
（3）引导菜单配置：grubx64.efi 依赖于其配置文件，通常位于 /boot/grub/grub.cfg 或 /etc/grub.d/ 目录中，用于定义引导菜单选项。在配置文件中，可以指定可用的操作系统、内核参数、启动选项和其他设置。这使用户能够根据自己的偏好自定义引导过程。
（4）多操作系统支持：GRUB 的一个主要优点是可以处理多个操作系统。通过 grubx64.efi，可以配置引导菜单以显示计算机上安装的多个操作系统的列表，方便用户在启动时选择所需的操作系统。这对于双启动或多启动设置非常方便。
（5）高级功能：GRUB 提供了各种高级功能，例如链式加载其他引导加载程序、配置启动时参数、设置默认引导选项，甚至提供命令行界面用于故障排除和系统维护。
（6）主题和图形界面支持：GRUB 还可以通过主题和图形用户界面（GUI）进行自定义，以增强引导菜单的视觉外观和用户体验。

参考资料

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