GRUB——系统的引导程序简单介绍

这几天对于操作系统是如何引导启动的特征的感兴趣，已经到了不能自拔的状态了，所以索性好好了解一下；

前面已经说过了，MBR对于系统启动的重要性，这是不多啰嗦；  现在介绍一个 grub ，启动管理器，它可以用于引导不同的系统；

 

grub 是一个怎么样的引导原理？

通过我的实验，我得到的结论就是： 整个grub启动管理器其实也算是有点大的，引导扇区里是放不开的；  所以，grub会往引导扇区（可以是MBR, 也可以是每一个分区里面的引导扇区）里面写入部分内容，对于剩余的部分，它会写入到我们的硬盘分区里面的；在启动时，首先运行引导扇区里的程序， 然后在运行硬盘分区里的程序，最后引导操作系统；

对于引导扇区里的程序是如何找到硬盘分区里的程序与配置的，这个就是细节方面的问题了，我们可以忽略；不过我也是一个好学习的人，我也查了查相关的资料，有的解释如下：

来自：作者：js li
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来源：知乎
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grub的话，肯定是要在mbr里写东西的，但446字节的机器码也干不了太多东西，只是负责把后续的内容加载到内存在执行而已。这个写到mbr的是stage1，它加载的是写在mbr之后62个扇区中的stage1.5（因为过去磁盘是按磁道还划分分区的，一个碰道63个扇区，因为mbr占据了第一个磁道的第一个扇区，所以第一个分区只能从第二个磁道开始，这样在mbr和第一个分区之间就留下了62个扇区的空间，62*512byte＝31KB）。

mbr之前说了容量太小没法放下识别文件系统的代码，只能以计算扇区绝对偏移的方法加载stage1.5，但31KB的stage1.5就足够了（但基本也只够一种类型的文件系统，所以stage1.5是有好几个，分别对应ext4，xfs等等，在grub安装时根据需要写入，随便一提，正是因为GPT分区表占用了后62个扇区的相当一部分位置，导致空间不够写下stage1.5，所以需要额外分出一个非常小的分区来存放）。 （我的备注：我在写grub时，没有设置是ext4,还是xfs, 应该是它自动识别的吧）

stage1.5可以识别文件系统，然后根据安装时硬写到里面的系统路径（hexdump可以看到）找到stage2，然后这个stage2才是真正负责干活的，它会读取grub.cfg并生成启动菜单，然后根据你的选择加载内核并把执行权限转过去，完成启动。

 

实验部分：

先跟着实验走一遍，然后就会更容易明白grub是如何引导的，来，先折腾起来：

我使用的grub版本分别为 grub-0.97 和 grub-2.02；

 

grub-0.97 的使用：

第一步：我们下载 grub-0.97这个工具，并安装到 linux系统上      

（注意：这里说的安装是指的 把这个 grub-0.97 工具安装到 linux 上，而不是把 grub-0.97的启动管理器安装到 硬盘分区上；我们需要使用grub-0.97 这个工具来安装 grub-0.97 启动管理器）

方法1：在 linux 上 使用 apt-get install grub 下载下来的为就是 grub-0.97版本的，所以直接 apt-get install grub 就下载下来了；

方法2：当然也可以下载源码，自己编译（下载地址：ftp://alpha.gnu.org/gnu/grub/）：别忘了给 root 权限：

// 假设应该下载完毕,,位置目录 grub 下：

tar xzvf grub-0.97.tar,gz
./configure --prefix=/usr                 // prefix 指定了安装的位置，当然也可以放在其它地方，不过需要添加一下环境变量，
                                                 // 如果不过添加环境变量，就到安装的目录下去运行也可以；
make
make install

 

第二步：安装grub 引导管理器到硬盘分区：

方法1：是通过命令一步步的安装，输入 grub 会出来 grub的交互窗口如下图，这时可以输入命令进行安装; 至于命令吧，我没有研究啊，用第二个方法方便；

方法2： 用自带的 grub-install 脚本安装: 这个脚本其实也是调用 grub 的命令进行安装的：

首先 使用help 来看看grub的用法，输入 grub-install –help：

所以，我们知道了 grub-install 的用法啦.我们仅仅使用下面的命令格式就可以了，其它的就不用管了： 

sudo grub-install --root-directory=DIR install_device 

// DIR指的是grub的安装到硬盘的那一部分的目录位置；其实这个不重要，写到哪里都可以，反正 grub 的第一部分都可以找到的；只要你记住就可以了，因为可以在里面加入配置文件的；

                                                                  // 不过有一点要求：那就是把交叉硬盘，即不能把grub的第一部分与第二部分写在不同的硬盘上，我试过，会报错的；

// install_device 表示了安装到引导扇区的那一部分的到底的安装到哪一个引导扇区；
　　　　　　　　　　// 例如：一块硬盘为sda， 如果 install_device 为 /dev/sda，则表示安装到了这个硬盘的MBR上;
                 //                     如果 install_device 为 /dev/sda1，则表示安装到了这个硬盘的第一个主分区的引导扇区上;
                 // 当然如果安装到第MBR上， grub启动管理器可以正常运行，如果安装到分区的引导扇区上，则需要使用到 chainloader(下面会说到）

安装完成以后，我们在 sdb1的分区下面应有了一个 /boot/grub/ 目录了；里面有相关的内容；

 

举个两个例子：

我给虚拟机加了一块硬盘sdb，并且已经分区、格式化完成了，如下：

例子1：把 grub的 引导程序的第一部分写到硬盘的MBR上， 至于grub的剩余部分安装到哪，都行，我就安装到第一个分区里吧，过程如下：（我要先创建一个空目录 sdb1，然后把硬盘的第一个分区挂载到上面）

这时，开机把启动项选择从硬盘 sdb启动， 就会出现  grub> 窗口了，如下：（由于sdb硬盘上 grub，并没有配置信息： menu.lst，所以它自己找不到sda硬盘上的系统上，所以需要进行手动引导，见下面）

 

例子2：把 grub的 引导程序的第一部分写到硬盘第一分区的引导扇区上， 至于grub的剩余部分同样的安装到哪，都行，我就安装到第一个分区里吧，过程如下：（我要先创建一个空目录 sdb1，然后把硬盘的第一个分区挂载到上面）

方法与上面相同：只需要把sdb 改为 sdb1就可以了；

 

补充：（这一小段来自：http://blog.csdn.net/zzqhost/article/details/5935317）

    grub-install 是一个脚本，它完成以下任务：                     
    * 调用 grub-mkdevicemap 创建设备映像文件 /boot/grub/device.map
    * 复制 *.mod *.lst *.img 文件到 /boot/grub/
    * 调用 grub-probe 自动侦测文件系统类型
    * 调用 grub-mkimage 生成grub2内核文件 /boot/grub/core.img
    * 调用 grub-setup 安装引导记录到mbr或分区-

 

第三步：grub> 命令窗口下如何手动启动 linux 系统：

由于sdb硬盘上 grub，并没有配置信息： menu.lst，所以它自己找不到sda硬盘上的系统上，所以进行手动引导：

说明： 1.在 grub-0.97中，会把硬盘识别为 hd0,hd1,hd2， ……； 分区也是从0标志开始的，如第一分区（hd0,0), 第二分区（hd0,1)，……； 

        2. grub 会把启动盘作为 hd0盘，其它盘为hd1, hd2等；

        3. 记得用 tab 补全；

命令如下：

解释： 1. 第一行 root (hd1,0),  表示设置一个 linux 系统的 /boot 目录的分区，在这个 /boot 目录下有 内核文件与启动的镜像文件；又由于 这个分区是 grub 看到的，所以用grub的格式表示，那为什么为（dh1,0）呢？？因为现在的启动盘为 sdb,而linux的系统在sda的第一个分区上，所以为（dh1,0）；  如果省略这个 root (hd1,0) 也可以，后面找内核与镜像文件时再指明也行，只是会麻烦一些；

       2.  第二行的命令是加核 linux 的内核文件，  对于后面的 root=/dev/sda1是什么？？ 它指明了 linux 系统的  /  目录所在的分区，因为需要把很多东西mount到  / 目录下的目录名字下； 这个分区的路径是 linux 系统看到的，所以为 /dev/sda1;

      3. 加载映像文件；（什么是initrd.img，百度或google）

      4. 启动；

第四步： 配置 grub-0.97的配置文件，让它自动引导：

在 grub-0.97的 配置文件名字为：menu.lst 文件；至于配置文件的内容的书写方式，不多说，网上有很多，再说 现在都用grub2了，它的配置文件变了，所以研究也没有用了；我怎么做的呢？我先用 linux 上的grub-0.97 来自动自成一下 配置文件（命令：udpdate-grub)，然后把它复制到 sdb1下的 /boot/grub/ 目录下（这个是我们上面生成的）， 然后修改一下：  添加了一行命令： root  (hd1,0)  ：

修改前：

修改后：

此时，我们重新从 硬盘 sdb里启动电脑，就可以启动了：

完成；

 

grub-2.02 的使用：

整个过程与grub-0.97 是相同的，说说不一样的地方 ：

1. grub-2.02 可以在这里下载：ftp://ftp.gnu.org/gnu/grub/ 或 ftp://alpha.gnu.org/gnu/grub/；

    或者： ap-get install grub2-common;

2. grub-2.02支持更多的命令；

3. grub-2.02的 grub-install 的参数不一样了，同样可以通过 grub-install –help查看，部分如下：

在使用时，这么用：

sudo grub-install --boot-directory=DIR install_device 

// 例如： sudo grub-install --boot-directory=/sdb1/ /dev/sdb
 // 它指的是 boot的目录 ， 而不是root的目录了；

4.  在 grub-2.02中，会把硬盘识别为 hd0,hd1,hd2， ……； 而分区也是从msdos1标志开始的，如第一分区（hd0,msdos1), 第二分区（hd0,msdos2)，……； 

5. 在grub-2.02中的配置文件变成了 grub.cfg;

6. 当我把 grub-2.02安装到 sdb的MBR时， 把 linux系统下的 grub.cfg 文件复制到 sdb1分区上的 /grub/ 目录下时， 修改如下：

把 grub.cfg 里面的 hd0 全部替换为 hd1;  最后，在sdb硬盘启动时， sda上的 linux 系统启动成功；

7. 我发现使用在grub-2.02里，使用grub-install 写入到分区的引导记录时，会出问题，而使用grub-0.97则不会再现问题；

8.grub-2.02的命令有所不同：

set root=(hd1,msdos1)
linux /boot/ vm**** boot=/dev/sda1
initrd /boot/initrd.img***
boot

 

当把grub 没有安装到硬盘的 MBR里面，而是安装到了 第一分区，或第二分区时，怎么办？

使用 chainloader 命令（ 它属于 grub的命令）,它可以调用另一个启动器，如：在grub中，输入命令例如：

root (hd0, 0)             // 为安装grub 的分区，这是为第一分区；

chainloader +1          // 将指定的文件作为一个链式装载程序载入。为了获取在一个指定分区第一 扇区内的文件，使用+1作为文件名。

boot

这时，就会从硬盘的第一分区进行启动了；

 

完；

另外：可以看看相关的：GRUB（简体中文）；