引导加载程序grub详解

2024-12-19 技术教程

上一章讲到，常见的boot loader（引导加载程序）有LILO和grub，LILO有一大缺点，它只能识别0-1023范围内的柱面构成的分区的内核文件，故已逐渐被grub取代。

Grub(GRand Unified Bootloader)是一个来自GNU项目的多操作系统引导程序，它负责加载内核并移交控制权

1、Grub版本：

CentOS 5、6 Grub 0.97

CentOS 7 Grub2 1.96

2、grub程序由三段组成：

stage1: MBR(0柱面 0磁道 1扇区)中

stage1_5: MBR随后的扇区

stage2: 读取grub.conf配置文件，并实现引导功能的扩展

MBR所给予的空间毕竟太小，容不下较大的引导程序，因此grub程序被分为三段："stage 1" 被装入磁盘的MBR中；特殊的"stage 1.5"被装入MBR随后的扇区，它能够识别内核和"stage 2"所在分区的文件系统格式并帮助引导"stage 2"，它是"stage 1"和"stage 2"之间的纽带；"stage 2"位于文件系统上。stage 2程序和grub.conf可以与内核文件处于不同的分区上（但必须位于同一磁盘），只要"stage 1.5"能够驱动它们各自所在的分区。

在linux中，与启动相关的文件（grub、vmlinuz、initramfs)均位于boot目录下

3、grub的功能

①提供菜单，并提供交互式接口

e: 进入编辑模式

②选择要启动的内核或系统

允许传递引导参数给内核

选择界面可隐藏

③为编辑功能提供保护机制

启用内核文件：

选择运行指定的内核得先输入密码

传递参数：

使用e命令得先输入密码

开机后有三秒种的过渡页面，按任意键可进入菜单页面。在菜单页面可用上下键选择所要启动的内核或内核，按e键进入内核编辑模式，按c键进入grub命令行模式

4、grub命令行接口：

help：查看帮助，即列出命令列表

root (DEVICE)：指定哪个分区为接下来要启动的系统或内核文件所在的分区，例如root (hd0,0)

所有硬盘都被识别为hd，

不同的硬盘基于数字标识，从0开始：如hd0, hd1等

同一个硬盘上的不同分区，也使用数字标识，从0开始：如hd0,0 hd1,5

find (DEVICE)/path/to/file：查找文件。当我们不确定内核文件位于哪个分区上时，可使用该命令；提示：grub支持tab补全

kernel /path/to/kernel_file：指定要运行的内核文件，如kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64。

【注】：这里的文件路径是相对于内核文件所在分区而言，其开头的“/”不是指操作系统的根，而是指内核所在的分区，因为grub是直接以该分区为入口找寻内核的。若有单独的boot分区，则不能写成kernel /boot/vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64；在指定的内核位置后通常还指明要挂载的根分区

initrd /path/to/kernel_file：为要运行的内核指定其可用的ramdisk文件，其版本必须与内核版本保持一致

【注】：grub无法识别逻辑卷，因此kernel与initramfs一定不能放于逻辑卷上

boot: 启动此前配置好的内核或系统

5、grub.conf

通过grub命令行接口接入系统比较麻烦，为此，grub提供了一个配置文件/boot/grub/grub.conf（它有一个软链接/etc/grub.conf），grub会读取这个配置文件并按配置参数引导系统

参数：

default=：默认选择第几个title配置的内核或系统，各title从0开始编号

timeout=#：过渡页面显示的超时时长；

splashp_w_picpath=/path/to/some_p_w_picpath_file：指定菜单的背景图片；此图片只能为14bits色，xpm格式，gzip压缩；

hiddenmenu：隐藏菜单

title TILTE STRING：显示于菜单中的标题

root

kernel

initrd

■若由于grub.conf文件错误或丢失而无法自动进入系统，可通过grub命令行引导系统后再手动更改或创建这个文件

[root@node2~]#cat/boot/grub/grub.conf#grub.confgeneratedbyanaconda##Notethatyoudonothavetorerungrubaftermakingchangestothisfile#NOTICE:Youhavea/bootpartition.Thismeansthat#allkernelandinitrdpathsarerelativeto/boot/,eg.#root(hd0,0)#kernel/vmlinuz-versionroroot=/dev/sda2#initrd/initrd-[generic-]version.img#boot=/dev/sdadefault=0timeout=5splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gzhiddenmenutitleCentOS(2.6.32-431.el6.x86_64)root(hd0,0)kernel/vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64roroot=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686rd_NO_LUKSrd_NO_LVMLANG=en_US.UTF-8rd_NO_MDSYSFONT=latarcyrheb-sun16crashkernel=autoKEYBOARDTYPE=pcKEYTABLE=usrd_NO_DMrhgbquietinitrd/initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img[root@node2~]#ll/etc/grub/confls:cannotaccess/etc/grub/conf:Nosuchfileordirectory[root@node2~]#ll/etc/grub.conflrwxrwxrwx.1rootroot22Aug604:44/etc/grub.conf->../boot/grub/grub.conf[root@node2~]#cp/boot/{vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64,initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img}/#将boot目录下的内核和临时根文件复制一份到根分区下[root@node2~]#ls/bindevhomeliblost+foundmiscnetprocsbinsrvtmpvarbootetcinitramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.imglib64mediamntoptrootselinuxsysusrvmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64[root@node2~]#vim/etc/grub.conf...default=0timeout=5splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gzhiddenmenutitleCentOS(2.6.32-431.el6.x86_64)root(hd0,0)kernel/vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64roroot=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686rd_NO_LUKSrd_NO_LVMLANG=en_US.UTF-8rd_NO_MDSYSFONT=latarcyrheb-sun16crashkernel=autoKEYBOARDTYPE=pcKEYTABLE=usrd_NO_DMrhgbquietinitrd/initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img#添加如下几行，构成一个新的启动项titletestCentos#新的标题root(hd0,1)#现在根分区下也有内核和临时根文件，根分区为sda2，故写成(hd0,1)kernel/vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64roroot=/dev/sda2initrd/initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img

6、grub保护机制：可防止恶意用户随意进入单用户模式修改root密码

①生成密码：

grub-md5-crypt

②保护所有内核，需要在title之外添加

password --md5 密码串

③保护使用某内核，则需要在内核对应的title之下添加

password --md5 密码串

[root@node2~]#grub-md5-crypt#生成密码Password:Retypepassword:$1$oWUbV$Sb/PsrhmkE5bUJPMJGn871[root@node2~]#vim/etc/grub.conf...default=0timeout=5splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gzhiddenmenupassword--md5$1$oWUbV$Sb/PsrhmkE5bUJPMJGn871#添加于title之外可保护所有内核titleCentOS(2.6.32-431.el6.x86_64)root(hd0,0)kernel/vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64roroot=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686rd_NO_LUKSrd_NO_LVMLANG=en_US.UTF-8rd_NO_MDSYSFONT=latarcyrheb-sun16crashkernel=autoKEYBOARDTYPE=pcKEYTABLE=usrd_NO_DMrhgbquietinitrd/initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.imgtitletestCentospassword--md5$1$oWUbV$Sb/PsrhmkE5bUJPMJGn871#可保护使用指定内核root(hd0,1)kernel/vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64roroot=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686initrd/initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img

7、安装grub的方式：

方法1：使用grub-install命令

grub-install [--root-directory=DIR] DEVICE

DEVICE：针对哪个磁盘安装

--root-directory=DIR：指定grub映像文件（主要是“stage 2”）的存放位置，默认为当前系统根目录。grub-install会在指定的目录下创建boot/grub/的层级目录，并将生成的“stage 2”置于DIR/boot/grub/下。因为内核与initramfs文件通常位于boot目录下，故一般将DIR指定为boot目录的父目录；当然，我们也可以指定为其它目录，但要手动编辑grub.conf文件重新指明内核文件的位置。

例如 mount /dev/sdb1 /mnt/boot

grub-install --root-directory=/mnt/ /dev/sdb

方法2：输入grub命令进入grub命令行

root (hd0,0)：相当于上面的--root-directory=DIR

setup (hd0)：为哪个磁盘安装

quit：退出

情景1：grub损坏但系统还未关闭或重启，此时可直接使用上面的两种方法修复

[root@node2~]#ddif=/dev/zeroof=/dev/sdabs=400count=1#将MBR中的引导加载程序冲刷掉，注意不能殃及分区表1+0recordsin1+0recordsout400bytes(400B)copied,0.000324129s,1.2MB/s[root@node2~]#rm-f/boot/grub/stage2#将"stage2"也删除[root@node2~]#grub-install/dev/sda#使用grub-install的方式安装grubInstallationfinished.Noerrorreported.Thisisthecontentsofthedevicemap/boot/grub/device.map.Checkifthisiscorrectornot.Ifanyofthelinesisincorrect,fixitandre-runthescript`grub-install'.#thisdevicemapwasgeneratedbyanaconda(hd0)/dev/sda[root@node2~]#ll/boot/grub/stage2#已重新生成"stage2"-rw-r--r--1rootroot126100Oct2822:19/boot/grub/stage2[root@node2~]#ddif=/dev/zeroof=/dev/sdabs=400count=11+0recordsin1+0recordsout400bytes(400B)copied,0.000368562s,1.1MB/s[root@node2~]#grubProbingdevicestoguessBIOSdrives.Thismaytakealongtime.GNUGRUBversion0.97(640Klower/3072Kuppermemory)[MinimalBASH-likelineeditingissupported.Forthefirstword,TABlistspossiblecommandcompletions.AnywhereelseTABliststhepossiblecompletionsofadevice/filename.]grub>root(hd0,0)root(hd0,0)Filesystemtypeisext2fs,partitiontype0x83grub>setup(hd0)#使用方法二安装grubsetup(hd0)Checkingif"/boot/grub/stage1"exists...noCheckingif"/grub/stage1"exists...yesCheckingif"/grub/stage2"exists...yesCheckingif"/grub/e2fs_stage1_5"exists...yesRunning"embed/grub/e2fs_stage1_5(hd0)"...27sectorsareembedded.succeededRunning"install/grub/stage1(hd0)(hd0)1+27p(hd0,0)/grub/stage2/grub/grub.conf"...succeededDone.grub>quitquit

情景2：grub损坏且系统已关闭，这时候可用如下两种方式修复：

方式一：将故障磁盘挂载于其它正常主机上重装grub

①手动将node1的磁盘的grub损毁并关机

[root@node1~]#ddif=/dev/zeroof=/dev/sdabs=400count=11+0recordsin1+0recordsout400bytes(400B)copied,0.000164892s,2.4MB/s[root@node1~]#shutdown-hnow

②将node1的磁盘移除并添加到node2上（关于如何在不重启的情况下识别新增硬盘见末尾补充部分）

③挂载node1的分区并安装grub，安装完后卸载

[root@node2~]#lsblkNAMEMAJ:MINRMSIZEROTYPEMOUNTPOINTsda8:0030G0disk├─sda18:10200M0part/boot├─sda28:2010G0part/└─sda38:302G0part[SWAP]sdb8:16030G0disk#node1的硬盘在node2上被识别为sdb├─sdb18:170200M0part├─sdb28:18010G0part└─sdb38:1902G0partsr011:014.2G0rom[root@node2~]#mkdir/mnt/boot[root@node2~]#mount/dev/sdb1/mnt/boot[root@node2~]#grub-install--root-directory=/mnt/dev/sdb/dev/sdbdoesnothaveanycorrespondingBIOSdrive.#注意：若这里提示找不到相应的BIOS驱动，可使用选项--recheck重新检查磁盘，如下：[root@node2~]#grub-install--root-directory=/mnt--recheck/dev/sdbProbingdevicestoguessBIOSdrives.Thismaytakealongtime.Installationfinished.Noerrorreported.Thisisthecontentsofthedevicemap/mnt/boot/grub/device.map.Checkifthisiscorrectornot.Ifanyofthelinesisincorrect,fixitandre-runthescript`grub-install'.(fd0)/dev/fd0(hd0)/dev/sda(hd1)/dev/sdb[root@node2~]#umount/mnt/boot

④从node2上移除node1的硬盘后再装回node1启动即可

方式二：插入系统光盘进入救援模式修复

①将Linux安装光盘放入光驱。硬盘的MBR损坏后，BIOS会自动从光盘引导，进入菜单页面后，选择进入“救援模式”

②系统会检测硬件，引导光盘上的Linux环境，依次提示选择救援模式下使用的语言、键盘以及是否需要设置网络，可按需选择

③接下来系统会查找根分区，出现挂载提示，硬盘的根分区将被挂载到光盘Linux环境的/mnt/sysp_w_picpath目录下；默认选项“continue”表示挂载权限为读写，“Read-only”为只读，如。此处，因为要对系统进行修复，故需要有读写权限，选择“continue”。

④按提示执行“chroot /mnt/sysp_w_picpath”切换根环境并安装grub，然后退出shell并重启即可

chroot：切换根环境，即以指定的目录作为根

用法：chroot /path/to/directory [SHELL]

例如 chroot /mnt/sysp_w_picpath /bin/tcsh #将sysp_w_picpath作为根目录，并运行其中的tcsh

补充：如何实现不重启linux而识别新增硬盘？

新增硬盘后，使用如下命令识别：

echo "scsi add-single-device w x y z" > /proc/scsi/scsi

其中：

w 是主机适配器标识，第一个适配器为零(0)
x 是主机适配器上的SCSI通道，第一个通道为零(0)
y 是设备的SCSI标识
z 是LUN号，第一个LUN为零(0)

执行上述命令前，要先查看/proc/scsi/scsi，确定新增硬盘的ID

相反，在不重启系统的情况下将硬盘从系统中移除的命令为：

echo "scsi remove-single-device w x y z" > /proc/scsi/scsi

使用该命令前需确保该硬盘已卸载

[root@node2~]#lsblkNAMEMAJ:MINRMSIZEROTYPEMOUNTPOINTsda8:0030G0disk├─sda18:10200M0part/boot├─sda28:2010G0part/└─sda38:302G0part[SWAP]sr011:014.2G0rom[root@node2~]#cat/proc/scsi/scsiAttacheddevices:Host:scsi0Channel:00Id:00Lun:00Vendor:VMware,Model:VMwareVirtualSRev:1.0Type:Direct-AccessANSISCSIrevision:02Host:scsi2Channel:00Id:00Lun:00Vendor:NECVMWarModel:VMwareIDECDR10Rev:1.00Type:CD-ROMANSISCSIrevision:05#可以看到，当前最大ID号为00，因此新增硬盘的ID号应为01[root@node2~]#echo"scsiadd-single-device0010">/proc/scsi/scsi[root@node2~]#lsblkNAMEMAJ:MINRMSIZEROTYPEMOUNTPOINTsda8:0030G0disk├─sda18:10200M0part/boot├─sda28:2010G0part/└─sda38:302G0part[SWAP]sdb8:16030G0disk#新增硬盘已被识别出来├─sdb18:170200M0part├─sdb28:18010G0part└─sdb38:1902G0partsr011:014.2G0rom[root@node2~]#echo"scsiremove-single-device0010">/proc/scsi/scsi#移去该硬盘[root@node2~]#lsblkNAMEMAJ:MINRMSIZEROTYPEMOUNTPOINTsda8:0030G0disk├─sda18:10200M0part/boot├─sda28:2010G0part/└─sda38:302G0part[SWAP]sr011:014.2G0rom