【Linux】使用GRUB和EFI：深入理解GRUB和EFI引导过程，配置和调试引导程序

GRUB（GRand Unified Bootloader）和EFI（Extensible Firmware Interface）是现代计算机系统中常用的引导程序。GRUB是一个多功能的引导程序，支持多种操作系统。EFI是一个标准的固件接口，用于在操作系统和平台固件之间提供交互。本文将深入探讨GRUB和EFI的引导过程，并介绍如何配置和调试引导程序。

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【Linux】使用GRUB和EFI：深入理解GRUB和EFI引导过程，配置和调试引导程序

📚 1. 基本概念

🧩 1.1 什么是GRUB

GRUB是一个强大的引导加载程序，广泛用于Linux系统。它支持多种文件系统和操作系统，可以在启动时显示一个菜单，让用户选择要启动的操作系统。

🔧 1.2 什么是EFI

EFI是一个标准的固件接口，取代了传统的BIOS。UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）是EFI的改进版本，广泛应用于现代计算机系统。UEFI提供了更好的硬件初始化和引导能力，支持更大的硬盘和更复杂的系统配置。

🛠️ 2. GRUB引导过程

📝 2.1 GRUB引导阶段

GRUB引导过程分为以下几个阶段：

1. Stage 1：GRUB的第一阶段引导程序通常位于MBR（Master Boot Record）或EFI系统分区中，负责加载Stage 1.5或Stage 2。
2. Stage 1.5（可选）：位于MBR之后的空闲扇区中，负责加载文件系统支持模块。
3. Stage 2：位于文件系统中，负责加载GRUB配置文件和操作系统内核。

🔍 2.2 GRUB配置文件

GRUB的主要配置文件是

/boot/grub/grub.cfg

。这个文件通常由

grub-mkconfig

命令自动生成，但也可以手动编辑。

示例grub.cfg

setdefault=0settimeout=5

menuentry 'Ubuntu'{setroot=(hd0,1)
    linux /vmlinuz root=/dev/sda1 ro quiet splash
    initrd /initrd.img
}

menuentry 'Windows'{setroot=(hd0,2)
    chainloader +1
}

🌐 3. EFI引导过程

📝 3.1 EFI引导阶段

EFI引导过程分为以下几个阶段：

1. Pre-EFI Initialization（PEI）：固件初始化基本硬件和内存。
2. Driver Execution Environment（DXE）：加载和执行EFI驱动程序。
3. Boot Device Selection（BDS）：选择引导设备并加载引导程序。
4. Transitional Boot Loader（TBL）：执行引导程序（如GRUB）。

🔍 3.2 EFI系统分区

EFI系统分区（ESP）是一个特殊的分区，存储EFI引导程序和应用程序。通常格式化为FAT32文件系统。

示例ESP结构

/boot/efi/
├── EFI/
│   ├── BOOT/
│   │   └── BOOTX64.EFI
│   └── ubuntu/
│       └── grubx64.efi

🧠 4. 安装和配置GRUB

📝 4.1 安装GRUB

在BIOS模式下安装GRUB

sudo grub-install /dev/sda
sudoupdate-grub

在UEFI模式下安装GRUB

sudo grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot/efi --bootloader-id=ubuntu
sudoupdate-grub

🔧 4.2 配置GRUB

编辑

/etc/default/grub

文件，修改GRUB配置：

GRUB_DEFAULT=0GRUB_TIMEOUT=5GRUB_DISTRIBUTOR=`lsb_release -i-s2> /dev/null ||echo Debian`GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash"GRUB_CMDLINE_LINUX=""# 启用图形终端GRUB_TERMINAL=console

应用配置更改：

sudoupdate-grub

🌐 5. 调试GRUB

📝 5.1 启用GRUB调试

编辑

/etc/default/grub

文件，启用GRUB调试：

GRUB_TERMINAL=console
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet splash"GRUB_CMDLINE_LINUX=""# 启用GRUB调试信息GRUB_DEBUG="all"

应用配置更改：

sudoupdate-grub

🔧 5.2 进入GRUB命令行

在启动时按下

Esc

键或

Shift

键进入GRUB菜单，然后按下

c

键进入GRUB命令行模式。在命令行模式下，可以使用GRUB命令进行调试和引导操作系统。

常用GRUB命令

• ls：列出设备和分区。
• set：查看和设置GRUB环境变量。
• linux：加载Linux内核。
• initrd：加载initrd镜像。
• boot：启动操作系统。

📝 5.3 修复GRUB

如果GRUB损坏，无法引导系统，可以使用Live CD或USB进行修复。

使用chroot修复GRUB

1. 启动Live CD或USB，打开终端。
2. 挂载根文件系统和EFI系统分区：

sudomount /dev/sda1 /mnt  # 挂载根文件系统sudomount /dev/sda2 /mnt/boot/efi  # 挂载EFI系统分区

1. 进入chroot环境：

sudochroot /mnt

1. 安装和更新GRUB：

sudo grub-install /dev/sda
sudoupdate-grub

1. 退出chroot环境并重启系统：

exitsudoreboot

📈 6. 总结

通过深入理解GRUB和EFI引导过程，可以更好地配置和调试引导程序，确保系统的稳定性和可用性。希望本文能对读者有所帮助，提升引导程序配置和调试的技能。

通过合理地使用这些工具和方法，可以大大简化引导程序的配置和调试过程，提高调试效率，确保系统的稳定性和可靠性。无论是新手还是有经验的系统管理员和开发者，都能从中受益。