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學(xué)習(xí) GRUB 引導(dǎo)加載程序是如何預(yù)備你的系統(tǒng)并啟動操作系統(tǒng)內(nèi)核的。

自從上個(gè)月為我的文章《Linux 引導(dǎo)和啟動過程簡介》做研究開始，我對更深入了解 GRUB2 產(chǎn)生了興趣。這篇文章提供了配置 GRUB2 的簡要介紹。為了簡便起見，我大多數(shù)情況下會使用 GRUB 指代 GRUB2。

GRUB

GRUB 來自 GRand Unified Bootloader 的縮寫。它的功能是在啟動時(shí)從 BIOS 接管掌控、加載自身、加載 Linux 內(nèi)核到內(nèi)存，然后再把執(zhí)行權(quán)交給內(nèi)核。一旦內(nèi)核開始掌控，GRUB 就完成了它的任務(wù)，也就不再需要了。

GRUB 支持多種 Linux 內(nèi)核，并允許用戶在啟動時(shí)通過菜單在其中選擇。我發(fā)現(xiàn)這是一種非常有用的工具，因?yàn)槲矣泻芏啻斡龅揭粋€(gè)應(yīng)用程序或者系統(tǒng)服務(wù)在特定內(nèi)核版本下失敗的問題。有好幾次，引導(dǎo)到一個(gè)較舊的內(nèi)核時(shí)就可以避免類似的問題。默認(rèn)情況下，使用 yum 或 dnf 進(jìn)行更新時(shí)會保存三個(gè)內(nèi)核 - 最新的以及兩個(gè)比較舊的。在被包管理器刪除之前所保留的內(nèi)核數(shù)目可以在 /etc/dnf/dnf.conf 或 /etc/yum.conf 文件中配置。我通常把 installonly_limit 的值修改為 9 以便保留 9 個(gè)內(nèi)核。當(dāng)我不得不恢復(fù)到低幾個(gè)版本的內(nèi)核時(shí)這非常有用。

GRUB 菜單

GRUB 菜單的功能是當(dāng)默認(rèn)的內(nèi)核不是想要的時(shí)，允許用戶從已經(jīng)安裝的內(nèi)核中選擇一個(gè)進(jìn)行引導(dǎo)。通過上下箭頭鍵允許你選中想要的內(nèi)核，敲擊回車鍵會使用選中的內(nèi)核繼續(xù)引導(dǎo)進(jìn)程。

GRUB 菜單也提供了超時(shí)機(jī)制，因此如果用戶沒有做任何選擇，GRUB 就會在沒有用戶干預(yù)的情況下使用默認(rèn)內(nèi)核繼續(xù)引導(dǎo)。敲擊鍵盤上除了回車鍵之外的任何鍵會停止終端上顯示的倒數(shù)計(jì)時(shí)器。立即敲擊回車鍵會使用默認(rèn)內(nèi)核或者選中的內(nèi)核繼續(xù)引導(dǎo)進(jìn)程。

GRUB 菜單提供了一個(gè) “救援rescue” 內(nèi)核，用于故障排除或者由于某些原因?qū)е碌某Ｒ?guī)內(nèi)核不能完成啟動過程。不幸的是，這個(gè)救援內(nèi)核不會引導(dǎo)到救援模式。文章后面會更詳細(xì)介紹這方面的東西。

grub.cfg 文件

grub.cfg 文件是 GRUB 配置文件。它由 grub2-mkconfig 程序根據(jù)用戶的配置使用一組主配置文件以及 grub 默認(rèn)文件而生成。/boot/grub2/grub.cfg 文件在 Linux 安裝時(shí)會初次生成，安裝新內(nèi)核時(shí)又會重新生成。

grub.cfg 文件包括了類似 Bash 腳本的代碼以及一個(gè)按照安裝順序排序的已安裝內(nèi)核列表。例如，如果你有 4 個(gè)已安裝內(nèi)核，最新的內(nèi)核索引是 0，前一個(gè)內(nèi)核索引是 1，最舊的內(nèi)核索引是 3。如果你能訪問 grub.cfg 文件，你應(yīng)該去看看感受一下它看起來是什么樣。grub.cfg 太大也就沒有包含在這篇文章中。

GRUB 配置文件

grub.cfg 的主要配置文件都在 /etc/grub.d 目錄。該目錄中的每個(gè)文件都包含了最終會整合到 grub.cfg 文件中的 GRUB 代碼。這些配置文件的命名模式以排序方式設(shè)計(jì)，這使得最終的 grub.cfg 文件可以按正確的順序整合而成。每個(gè)文件都有注釋表明該部分的開始和結(jié)束，這些注釋也是最終的 grub.cfg 文件的一部分，從而可以看出每個(gè)部分是由哪個(gè)文件生成。分隔注釋看起來像這樣：

### BEGIN /etc/grub.d/10_linux ### 
### END /etc/grub.d/10_linux ### 

不要修改這些文件，除非你是一個(gè) GRUB 專家并明白更改會發(fā)生什么。無論如何，修改 grub.cfg 文件時(shí)你也總應(yīng)該保留一個(gè)原始文件的備份。 40_custom 和 41_custom 這兩個(gè)特別的文件用于生成用戶對 GRUB 配置的修改。你仍然要注意對這些文件的更改的后果，并保存一份原始 grub.cfg 文件的備份。

你也可以把你自己的文件添加到 /etc/grub.d 目錄。這樣做的一個(gè)可能的原因是為非 Linux 操作系統(tǒng)添加菜單行。要注意遵循命名規(guī)則，確保配置文件中額外的菜單選項(xiàng)剛好在 10_linux 條目之前或之后。

GRUB 默認(rèn)文件

老版本 GRUB 的配置非常簡單而明了，我只需要修改 /boot/grub/grub.conf 就可以了。對于新版本的 GRUB2，我雖然還可以通過更改 /boot/grub2/grub.cfg 來修改，但和老版本的 GRUB 相比，新版本相對更加復(fù)雜。另外，安裝一個(gè)新內(nèi)核時(shí) grub.cfg 可能會被重寫，因此任何修改都可能消失。當(dāng)然，GNU.org 的 GRUB 手冊確實(shí)有過直接創(chuàng)建和修改 /boot/grub2/grub.cfg 的討論。

一旦你明白了如何做，更改 GRUB2 配置就會變得非常簡單。我為之前的文章研究 GRUB2 的時(shí)候才明白這個(gè)。秘方就在 /etc/default 目錄里面，一個(gè)自然而然稱為 grub 的文件，它可以通過簡單的終端命令操作。/etc/default 目錄包括了一些類似 Google Chrome、 useradd、 和 grub 程序的配置文件。

/etc/default/grub 文件非常簡單。這個(gè) grub 默認(rèn)文件已經(jīng)列出了一些有效的鍵值對。你可以簡單地更改現(xiàn)有鍵值或者添加其它文件中還沒有的鍵。下面的列表 1 顯示了一個(gè)沒有更改過的 /etc/default/grub 文件。

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="rd.lvm.lv=fedora_fedora25vm/root  
   rd.lvm.lv=fedora_fedora25vm/swap  
   rd.lvm.lv=fedora_fedora25vm/usr rhgb quiet" 
GRUB_DISABLE_RECOVERY="true" 

列表 1：Fedora 25 一個(gè)原始 grub 默認(rèn)文件。

GRUB 手冊 5.1 章節(jié)包括了所有可以添加到該 grub 文件的鍵的信息。我只需要修改 grub 默認(rèn)文件已經(jīng)有的一些鍵值就夠了。讓我們看看這些鍵值以及一些在 grub 默認(rèn)文件中沒有出現(xiàn)的每個(gè)鍵的意義。

• GRUB_TIMEOUT 這個(gè)鍵的值決定了顯示 GRUB 選擇菜單的時(shí)間長度。GRUB 提供了同時(shí)保存多個(gè)安裝內(nèi)核并在啟動時(shí)使用 GRUB 菜單在其中選擇的功能。這個(gè)鍵的默認(rèn)值是 5 秒，但我通常修改為 10 秒使得有更多時(shí)間查看選項(xiàng)并作出選擇。
• GRUB_DISTRIBUTOR 這個(gè)鍵定義了一個(gè)從 /etc/system-release 文件中提取發(fā)行版本的 sed 表達(dá)式。這個(gè)信息用于生成出現(xiàn)在 GRUB 菜單中的每個(gè)內(nèi)核發(fā)布版的文本名稱，例如 “Fedora” 等。由于不同發(fā)行版之間 system-release 文件結(jié)構(gòu)的差異，在你的系統(tǒng)中這個(gè) sed 表達(dá)式可能有些不同。
• GRUB_DEFAULT 決定默認(rèn)引導(dǎo)哪個(gè)內(nèi)核。如果是 saved，這代表最新內(nèi)核。這里的其它選項(xiàng)如果是數(shù)字則代表了 grub.cfg 中列表的索引。使用索引號 3，就會總是加載列表中的第四個(gè)內(nèi)核，即使安裝了一個(gè)新內(nèi)核之后也是。因此使用索引數(shù)字的話，在安裝一個(gè)新內(nèi)核后會加載不同的內(nèi)核。要確保引導(dǎo)特定內(nèi)核版本的唯一方法是設(shè)置 GRUB_DEFAULT 的值為想要內(nèi)核的名稱，例如 4.8.13-300.fc25.x86_64。
• GRUB_SAVEDEFAULT 通常，grub 默認(rèn)文件中不會指定這個(gè)選項(xiàng)。當(dāng)選擇不同內(nèi)核進(jìn)行引導(dǎo)時(shí)，正常操作下該內(nèi)核只會啟動一次。默認(rèn)內(nèi)核不會改變。當(dāng)其設(shè)置為 true 并和 GRUB_DEFAULT=saved 一起使用時(shí)，這個(gè)選項(xiàng)會保存一個(gè)不同內(nèi)核作為默認(rèn)值。當(dāng)選擇不同內(nèi)核進(jìn)行引導(dǎo)時(shí)會發(fā)生這種情況。
• GRUB_DISABLE_SUBMENU 一些人可能會希望為 GRUB 菜單創(chuàng)建一個(gè)內(nèi)核的層級菜單結(jié)構(gòu)。這個(gè)鍵和 grub.cfg 中一些額外內(nèi)核配置允許創(chuàng)建這樣的層級結(jié)構(gòu)。例如，主菜單中可能有 production 和 test 子菜單，每個(gè)子菜單中包括了一些合適的內(nèi)核。設(shè)置它為 false 可以啟用子菜單。
• GRUB_TERMINAL_OUTPUT 一些環(huán)境下可能需要或者必要將輸出重定向到一個(gè)不同的顯示控制臺或者終端。默認(rèn)情況下是把輸出發(fā)送到默認(rèn)終端，通常 console 等價(jià)于 Intel 系列個(gè)人電腦的標(biāo)準(zhǔn)輸出。另一個(gè)有用的選擇是在使用串行終端或者 Integrated Lights Out (ILO) 終端連接的數(shù)據(jù)中心或者實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中指定 serial。
• GRUB_TERMINAL_INPUT 和 GRUB_TERMINAL_OUTPUT 類似，可能需要或者必要重定向輸入為串行終端或者 ILO 設(shè)備、而不是標(biāo)準(zhǔn)鍵盤輸入。
• GRUB_CMDLINE_LINUX 這個(gè)鍵包括了在啟動時(shí)會傳遞給內(nèi)核的命令行參數(shù)。注意這些參數(shù)會被添加到 grub.cfg 所有已安裝內(nèi)核的內(nèi)核行。這意味著所有已安裝的內(nèi)核在啟動時(shí)都會有相同的參數(shù)。我通常刪除 rhgb 和 quiet 參數(shù)以便我可以看到引導(dǎo)和啟動時(shí)內(nèi)核和 systemd 輸出的所有內(nèi)核信息消息。
• GRUB_DISABLE_RECOVERY 當(dāng)這個(gè)鍵的值被設(shè)置為 false，GRUB 菜單中就會為每個(gè)已安裝的內(nèi)核創(chuàng)建一個(gè)恢復(fù)條目。當(dāng)設(shè)置為 true 時(shí)就不會創(chuàng)建任何恢復(fù)條目。但不管這個(gè)設(shè)置怎樣，最后的內(nèi)核條目總是一個(gè) rescue 選項(xiàng)。不過在 rescue 選項(xiàng)中我遇到了一個(gè)問題，下面我會詳細(xì)介紹。

還有一些你可能覺得有用但我沒有在這里介紹的鍵。它們的描述可以在 GRUB 手冊 2 的 5.1 章節(jié)找到。

生成 grub.cfg

完成所需的配置之后，就需要生成 /boot/grub2/grub.cfg 文件。這通過下面的命令完成。

grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg 

這個(gè)命令按照順序使用位于 /etc/grub.d 的配置文件構(gòu)建 grub.cfg 文件，然后使用 grub 默認(rèn)文件的內(nèi)容修改輸出以便獲得最終所需的配置。grub2-mkconfig 命令會嘗試定位所有已安裝的內(nèi)核并在 grub.cfg 文件的 10_Linux 部分新建條目。它還創(chuàng)建一個(gè) rescue 條目提供一個(gè)用于從 Linux 不能啟動的嚴(yán)重問題中恢復(fù)的方法。

強(qiáng)烈建議你不要手動編輯 grub.cfg 文件，因?yàn)槿魏螌υ撐募闹苯有薷亩紩谙乱淮伟惭b新內(nèi)核或者手動運(yùn)行 grub2-mkconfig 時(shí)被重寫。

問題

我遇到一個(gè)如果沒有意識到就可能導(dǎo)致嚴(yán)重后果的 GRUB2 問題。這個(gè)救援內(nèi)核沒有啟動，反而啟動了另外一個(gè)內(nèi)核。我發(fā)現(xiàn)那是列表中索引為 1 的內(nèi)核，也就是列表中的第二個(gè)內(nèi)核。額外的測試發(fā)現(xiàn)不管使用原始的還是我生成的 grub.cfg 配置文件都會發(fā)生這個(gè)問題。我在虛擬機(jī)和真實(shí)硬件上都嘗試過而且都發(fā)生了這個(gè)問題。我只測試了 Fedora 25，因此其它 Fedora 發(fā)行版本可能沒有這個(gè)問題。

注意，從救援內(nèi)核生成的 “recovery” 內(nèi)核條目不能引導(dǎo)到維護(hù)模式。

我推薦將 grub 默認(rèn)文件中 GRUB_DISABLE_RECOVERY 的值更改為 “false”，然后生成你自己的 grub.cfg。這會在 GRUB 菜單中為每個(gè)已安裝的內(nèi)核生成可用的恢復(fù)條目。這些恢復(fù)配置能像期望那樣工作，從而從那些需要輸入密碼登錄的內(nèi)核條目中引導(dǎo)到運(yùn)行級別 1，也就是進(jìn)入(不需要密碼的)單用戶維護(hù)模式。你也可以按 Ctrl-D 繼續(xù)正常的引導(dǎo)進(jìn)入默認(rèn)運(yùn)行級別。

總結(jié)

GRUB 是引導(dǎo) Linux 計(jì)算機(jī)到可用狀態(tài)過程的一系列事件中，發(fā)生在 BIOS 之后的第一步。理解如何配置 GRUB 對于恢復(fù)或者處理多種類型的問題非常重要。

這么多年來我多次不得不引導(dǎo)到恢復(fù)或者救援模式以便解決多種類型的問題。其中的一些問題確實(shí)是類似 /etc/fstab 或其它配置文件中不恰當(dāng)條目導(dǎo)致的引導(dǎo)問題，也有一些是由于應(yīng)用程序或者系統(tǒng)軟件和最新的內(nèi)核不兼容的問題。硬件兼容性問題也可能妨礙特定的內(nèi)核啟動。

我希望這些信息能對你開啟 GRUB 配置之旅有所幫助。

( 題圖 ： Internet Archive Book Images. Opensource.com 修改。 CC BY-SA 4.0)