grub 学习之路

　　　　现在，是grub2的天下了呀，虽然网上关于grub2的资料不少，但很多都是就一个方面讨论的，跟着这些教程配置虽然也能够成功，但总是迷迷糊糊，不知这grub2背后到底是怎么实现的。所以决定花时间深入了解一下。在学习grub2之前，我特地去看了以下grub2的前身：grub。

  所以，就有了这篇文章。作为自己的笔记，也供大家参考，因为（目前）没办法弄到grub的实践环境(缺少编译环境)，一大部分都是用grub2来试。所以只是凭着个人的理解，参考grub手册和网上各位大神的博客写出这篇博客。如果诸位前辈发现有错误的地方，希望自己能抛砖引玉，得到前辈们的指点。谢谢。

 

                一般你装完系统，grub就已经自动安装好。这就很容易造成我们不了解grub，我们平时用的grub-install，在终端的grub shell界面的setup，都只是在第一个硬盘最前端512字节（或者你所安装的系统所在的分区最前端）安装grub的boot loader主程序，而不是我们理解的安装grub这个程序。（关于安装grub这个程序，我会在下面第一点就说明）所以，实质上grub就是一个程序，而grub-install等等是这个程序的功能。甚至可以说grub是一个系统。因为它不需要其他系统提供接口就可以直接运行在计算机上。事实上，你在开机时，就是先运行grub，然后通过grub加载内核（kernel）等相关文件，到启动整个系统。注意：我们平时说的grub就是说这个stage1安装的bootloader主程序。

这个流程图是大牛M. Tim Jones在Inside Linux boot process中绘制的。其中的stage1就是在"grub>"界面用setup或者在终端直接用grub-install安装的。

 

第一点：安装grub这个程序         =>官方说是安装Grub system(grub 系统)

　　　　如前所述，grub是默认安装在linux等系统上的。一般来说，你不需要下载安装这个程序。但为了了解grub运行机制，我们假设我们电脑上还没有安装它，我门下面来看以下它如何安装。首先，像安装其他软件一样，我们需要下载安装包。地址：ftp://alpha.gnu.org/gnu/grub/grub-0.97.tar.gz（好像不灵了，得自己去找，或者在下面我给出）

 　　下载之后，先把它复制到/tmp目录下，然后解压：zcat grub-0.97.tar.gz | tar xvf -

　　 解压之后，做下面的步骤就可以完成安装了：

　　　　#cd grub-0.97

　　　　#./configure

　　　　#make install

　　那么上面到底安装了些什么呢？如下：grub shell（就是grub>），Multiboot checker ：mbchk（多重启动检查，检查内核格式用的），相关的grub image（在/usr/lib/grub/下），还有grub说明手册（通过info grub可以查看）。目前还没将grub做成bootloader，所以此时你重启是进不了系统的。当然，我们一般不会有这种情况，如前所说，我们在装系统时已经装好了grub了。还有,这里注意一下,如果你不是用grub-install安装,而是用grub shell,那么你需要将stage1和stage2复制到/boot/grub/下

第二点：安装grub（就是运行grub程序安装 grub  bootloader）

　　　　第二点的预备知识:  一 块硬盘，有一个主引导记录（即MBR）。此后硬盘最多可以分成4个主分区，也可以把其中的一个主分区变成扩展分区，进而分成若干个 逻辑分区。其中每一个分区又有自己的引导扇区，虽然名字不叫MBR，但是作用是一样的，不同的是，MBR是由BIOS自 动装载到内存中并CPU跳转过去执行的，而普通分区上的引导扇区，需要MBR中的引导程序去装载并提交控制权。grub bootloader既可以装到MBR中，也可以装到任 意分区的引导扇区上。所以一台电脑上可以装多个grub。grub1（最近grub第二代已经推出，机制改变了）由三段程序组成：stage1、stage1.5、stage2。如果你装的是grub1，可以进入/boot/grub目录看一看。
安装grub时stage1和stage2是必装的，而stage1.5是可选的。

　　　　　　　　　　　　　　　　stage1：/boot/grub中的stage1文件大小为512b，它是引导扇区中引导程序（前446字节为引导程序）的备份文件，功能是用来装载    stage1.5或stage2的。

　　　　　　　　　　　　　　　　stage1.5：因为STAGE2较大，通常都是放在一个文件系统当中的，但是STAGE1并不能识别文件系统格式，所以才需要STAGE1.5来引导位于某个文件系统当中的STAGE2

　　　　　　　　　　　　　　　　stage2：grub能让用户以选项方式将OS加载、改变参数、修改选项，这些全都是stage2程序的功能。stage2可以去获取grub.conf以及menu.lst等文件的内容。

 

　　　　　　　　　　　　             命名规则（Naming convention）。其实可以用两个例子来说明：第一个磁盘的第一个分区这样表示：（hd0，0），第二个分区则是（hd0，1）；第二个磁盘第一个 分区：（hd1，0），第二个分区则是：（hd1，1）。以此类推。也就是说磁盘和分区都是从zero开始算起的。需要注意的是，linux查找磁盘是按 照查找到的先后顺叙来排序的，而不是按照在主板上的排线顺叙来分配序号的。

　　　　注意注意注意，这个步骤安装完grub  bootloader后，还是只能从grub>命令行，用自己手写命令加载系统内核或将加载权转交给其他bootloader。我们平时进入系统时就能选择的那个系统的菜单是需要配置一个叫menu.lst的文件才行的。

 

　　     第二点正式开始: 装完grub 这个程序后，你可以选择利用grub程序制作各种启动盘；在mbr或者分区上的引导扇区上安装bootloader。

　　　　

　　 1.先说制作启动软盘（Creating a GRUB boot floppy）：

　　　　为了创建一个启动软盘，你需要在image目录下将stage1和stage2复制出来，并且将他们写在软盘的第一和第二个块上。

　　　　　　命令：# cd /usr/lib/grub/i386-pc

　　　　　　　　      # dd if=stage1 of=/dev/fd0 bs=512 count=1//写在软盘的第一个块

　　　　　　　　　　 1+0 records in

　　　　　　　　　　 1+0 records out

　　　　　　　　       # dd if=stage2 of=/dev/fd0 bs=512 seek=1//写在软盘的第二个块上

　　　　　　　　　　 153+1 records in

　　　　　　　　　　 153+1 records out

　　　　　　　　　    #

                  　　注意：设备（/dev/fd0）和镜像目录可能不一样，按照你自己的情况来做。

　　　　好了，一个启动软盘就做好了。可以用它来引导你的linux系统了（不能直接引导DOS/Windows哦）。选择从它开机就可以看到一个可爱的画面：

　　　　

 

　　　　在这个界面你可以做什么？可以引导（加载）内核启动。可以给还没有bootloader的系统（linux）安装 grub  bootloader。可以将引导权转交给其他bootloader。

 

　　　　2.接下来我们在引导扇区上安装grub（即stage1）。安装stage1也有两（多？）种方法。据官方手册介绍，用启动盘的grub shell（即grub> ）安装会比较安全。而用在终端运行的grub shell 或者 grub-install安装的话可能会由于找错硬盘或分区（mapping错误：硬盘映射错误）而导致将stage1安装在错误的扇区。

　　　　2.1  启动盘安装grub bootloader(Installing GRUB natively)  　　　　注意:用这种方法安装会擦除安装在分区上的系统的bootloader。

　　　　　这种方法安装你需要做一个启动盘（例如上面做的软盘），插入电脑，重启，并从启动盘启动，如上面插图一样，你会看到一个grub>  如下:

　　　　　　grub> root (hd0,0)    =>这个是指定你的stage1文件在哪里,一般都在/boot/grub/下。为什么指定？你要安装stage1总得告诉"grub>"stage1在哪吧?

　　　　　　如果不确定的话,可以这样找:    grub> find /boot/grub/stage1  =>会将含有stage1的磁盘分区罗列出来,一般只有一个。

　　　　　　grub> setup (hd0) =>将grub bootloader安装在第一个磁盘的Master Boot Record (MBR)上

　　　　　　嘿嘿,如果你想安装在你系统的引导扇区(boot section)上,你可以这样:

　　　　　　　　grub>setup (hd0,0)   =>第一个磁盘第一个分区的引导扇区。

　　　　　　setup完之后，下次重启你就可以不需要启动盘都可以出现grub>图标。也就是说，grub bootloader 已经装好了。下面，就可以利用这个画面booting（加载）内核，进入系统了。

　　　　2.2  上面用的是启动盘引导安装，这里说一下用grub-install安装。（这种方法是我们平时用得最多的，但它不一定每次成功，因为可能出现mapping 错误，一般它都会提示你检查device.map这个文件）,开始吧

　　　　　　# grub-install /dev/hda

　　　　　　运行这一步发生什么呢?会默认将/usr/lib/grub/下的相关配置文件image等复制到/boot/grub/目录下,然后在第一个磁盘的mbr上安装grub bootloader。这也是为什么我说如果不用grub-install安装的话，要先将/usr/lib/grub/下的stage1等东西复制到/boot/grub/目录下。

 

　　　　　　那如果你不想将/usr/lib/grub/下的配置文件装到/boot/grub/下呢？比如我想做一个启动软（或U）盘，就需要将/usr/lib/grub/下的东西复制到软（或U）盘的grub目录下。可以这样：

　　　　　　# mke2fs /dev/fd0  =>将软盘格式化

　　　　　　# mount -t ext2 /dev/fd0 /mnt    =>挂载

　　　　　　# grub-install --root-directory=/mnt fd0   =>--root-directory=/mnt 看,这个参数代表将/usr/lib/grub/下的文件复制到/mnt下

　　　　　　# umount /mnt    =>这个我也不知什么意思.嘿嘿

　　　　　　好了,这就是利用grub-install安装grub bootloader了。到这里，肯定会发现还有一个在终端输入grub,然后出现一个grub>    ;我的系统是这样的:

　　　　　　

　　　　　　可以发现并没有出现grub>图标。因为我系统的grub是目前最新版的。已经将终端调用grub shell（即grub>）功能删除了。为什么删除？前面就已经提到，终端的grub shell是不安全的。它不能保证每次都能成功。官方手册里说：Note that the grub shell is an emulator。就是说grub shell只是一个模拟器。其实grub-install就是一个脚本，它通过调用grub shell来完成工作的。官方这样说：Note that grub-installis actually just a shell script and the real task is done by the grub shellgrub(see Invoking the grub shell). Therefore, you may run grub directly to install GRUB, without using grub-install. Don't do that, however, unless you are very familiar with the internals of GRUB. Installing a boot loader on a running OS may be extremely dangerous.（不想翻译了-=-）

 

第三点：通过grub bootloader 的grub> 加载内核等相关文件来启动  (Booting)

做完上面地步骤,你开机时,就会出现一个带有grub>的画面。也就是说，现在你可以加载启动系统了。

　　　

　　　　1.grub>kernel /boot/vmlinuz(按Tab自动补齐) root=/内核所在位置/

　　　　2.grub>initrd /boot/initrd(按Tab自动补齐)   

　　　　3.grub>boot

一般是上面几个步骤,这里大致描述。更详细的话百度就有。一大堆前辈的经验。实质上很多人开机遇到grub>以为是错误,其实gurb bootloader本来就这样。

 

其实grub是用一致的方法引导多重引导兼任内核（Multiboot-compliant kernel）。什么是多重引导兼任内核？我去搜了一下它的含义，没有搜到。只能说一下我的理解了，多重引导兼任内核就是可以由grub直接引导的系统，像linux。而window这些不能由grub直接加载内核的，明显不是多重引导兼任内核，需要用（chainload） （如果有大神发现我理解错误，希望纠正一下，在此感激不尽）。

 

第四点：创建一个配置文件（Configuration）

或许你已经发现，上面的步骤下来到现在，你每次进入系统都要通过几行命令。没有谁喜欢这种方式吧？于是，grub有一个无比牛逼的方案，就是在/boot/grub/下配置一个叫menu.lst(不同系统文件名不一样)的文件,开机时就先加载这个文件，通过这个文件的配置来引导你的系统。我们平时接触的就是这个文件比较多。通过这个文件你可以配置你喜欢的东西。下面我们来简单看一下。　　　　　

　　menu.lst文件：

　　default=0     <==预设开机选项，使用第 1 个开机选单 (title)
　    timeout=5     <==若 5 秒内未动键盘，使用预设选单开机
　    splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz <==背景图示所在的档案
　    hiddenmenu    <==读秒期间是否显示出完整的选单画面(预设隐藏)
　    title CentOS (2.6.18-92.el5)    <==第一个选单的内容
         root (hd0,0)
         kernel /vmlinuz-2.6.18-92.el5 ro root=LABEL=/1 rhgb quiet
         initrd /initrd-2.6.18-92.el5.img
　　关键是对最后三句的理解：
　　　　root：代表的是内核文件放在哪个分区。如上则是放在第一个硬盘第一个分区（如果装系统是独立分配一个/boot，那么这里说的第一个分区就是/boot）。
　　　　　　　　这里要将/boot与根目录/区分。
　　　　kernel：kernel后面接的是内核的文件名，文件名后是参数、由于启动过程需要加载根目录（因为很多本来是内核里的配置被分化出来变成模块放在根目录里，
　　　　　　　　这样相当于简化内核体积）。因此root=LABEL=/1是指根目录所在分区。根分区放着各种系统模块，内核需要驱动他们才能完成启动系统rhgb为彩色
　　　　　　　　显示，quiet是安静模式。
　　　　initrd：由于模块被放在根目录的/lib/modules中，而usb，SATA等磁盘驱动程序通常以模块方式存在。问题是想要挂载根目录必须要取得磁盘驱动程序才能识别磁盘，
   　　　　　　　　但磁盘驱动却被放
　　　　　　　　在要挂载的根目录里。这样明显进退两难。于是，要通过InitialRAM Disk（虚拟文件系统）来处理：它的文件名通常是/boot/initrd,它也能够通过bootloader
　　　　　　　　加载到内存中。然后这个文件(即/initrd-2.6.18-92.el5.img)会被解压并且在内存中仿真（虚拟）成一个根目录，这个虚拟根目录会能够提供一个加载启动过程中
　　　　　　　　所需要的各种驱动（一般是USB，SATA等驱动）的一个可执行程序。

结尾：好了，关于grub我就说这么多。但是，grub的强大之处我还没有真正全部摸索透。我学习它是因为我要学习grub2.


参考：官反手册：http://www.gnu.org/software/grub/manual/legacy/grub.html#root
　　　  转载的博客：http://tianwanjun8680.blog.163.com/blog/static/49692234201291084641655/
　　　  stage1的运行详细过程：GRUB启动分析之stage1-Bean_lee-ChinaUnix博客