引导加载程序grub详解
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。
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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
titleTILTE 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.conf generated by anaconda
#
# Note that you do not have to rerun grub after making changes to this file
# NOTICE: You have a /boot partition. This means that
# all kernel and initrd paths are relative to /boot/, eg.
# root (hd0,0)
# kernel /vmlinuz-version ro root=/dev/sda2
# initrd /initrd-[generic-]version.img
#boot=/dev/sda
default=0
timeout=5
splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64)
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img
[root@node2 ~]# ll /etc/grub/conf
ls: cannot access /etc/grub/conf: No such file or directory
[root@node2 ~]# ll /etc/grub.conf
lrwxrwxrwx. 1 root root 22 Aug 6 04:44 /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 /
bin dev home lib lost+found misc net proc sbin srv tmp var
boot etc initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img lib64 media mnt opt root selinux sys usr vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64
[root@node2 ~]# vim /etc/grub.conf
...
default=0
timeout=5
splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz
hiddenmenu
title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64)
root (hd0,0)
kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet
initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img
#添加如下几行，构成一个新的启动项
title testCentos #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_64 ro root=/dev/sda2
initrd /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: Retype password: $1$oWUbV$Sb/PsrhmkE5bUJPMJGn871 [root@node2 ~]# vim /etc/grub.conf ... default=0 timeout=5 splashp_w_picpath=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz hiddenmenu password --md5 $1$oWUbV$Sb/PsrhmkE5bUJPMJGn871 #添加于title之外可保护所有内核 title CentOS (2.6.32-431.el6.x86_64) root (hd0,0) kernel /vmlinuz-2.6.32-431.el6.x86_64 ro root=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686 rd_NO_LUKS rd_NO_LVM LANG=en_US.UTF-8 rd_NO_MD SYSFONT=latarcyrheb-sun16 crashkernel=auto KEYBOARDTYPE=pc KEYTABLE=us rd_NO_DM rhgb quiet initrd /initramfs-2.6.32-431.el6.x86_64.img title testCentos password --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_64 ro root=UUID=aa0330af-3681-428c-98e2-ccf2e6f0f686 initrd /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 ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=400 count=1 #将MBR中的引导加载程序冲刷掉，注意不能殃及分区表 1+0 records in 1+0 records out 400 bytes (400 B) copied, 0.000324129 s, 1.2 MB/s [root@node2 ~]# rm -f /boot/grub/stage2 #将"stage 2"也删除 [root@node2 ~]# grub-install /dev/sda #使用grub-install的方式安装grub Installation finished. No error reported. This is the contents of the device map /boot/grub/device.map. Check if this is correct or not. If any of the lines is incorrect, fix it and re-run the script `grub-install'. # this device map was generated by anaconda (hd0) /dev/sda [root@node2 ~]# ll /boot/grub/stage2 #已重新生成"stage 2" -rw-r--r-- 1 root root 126100 Oct 28 22:19 /boot/grub/stage2 [root@node2 ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=400 count=1 1+0 records in 1+0 records out 400 bytes (400 B) copied, 0.000368562 s, 1.1 MB/s [root@node2 ~]# grub Probing devices to guess BIOS drives. This may take a long time. GNU GRUB version 0.97 (640K lower / 3072K upper memory) [ Minimal BASH-like line editing is supported. For the first word, TAB lists possible command completions. Anywhere else TAB lists the possible completions of a device/filename.] grub> root (hd0,0) root (hd0,0) Filesystem type is ext2fs, partition type 0x83 grub> setup (hd0) #使用方法二安装grub setup (hd0) Checking if "/boot/grub/stage1" exists... no Checking if "/grub/stage1" exists... yes Checking if "/grub/stage2" exists... yes Checking if "/grub/e2fs_stage1_5" exists... yes Running "embed /grub/e2fs_stage1_5 (hd0)"... 27 sectors are embedded. succeeded Running "install /grub/stage1 (hd0) (hd0)1+27 p (hd0,0)/grub/stage2 /grub/grub.conf"... succeeded Done. grub> quit quit
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 ~]# dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=400 count=1 1+0 records in 1+0 records out 400 bytes (400 B) copied, 0.000164892 s, 2.4 MB/s [root@node1 ~]# shutdown -h now
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 ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 30G 0 disk ├─sda1 8:1 0 200M 0 part /boot ├─sda2 8:2 0 10G 0 part / └─sda3 8:3 0 2G 0 part [SWAP] sdb 8:16 0 30G 0 disk #node1的硬盘在node2上被识别为sdb ├─sdb1 8:17 0 200M 0 part ├─sdb2 8:18 0 10G 0 part └─sdb3 8:19 0 2G 0 part sr0 11:0 1 4.2G 0 rom [root@node2 ~]# mkdir /mnt/boot [root@node2 ~]# mount /dev/sdb1 /mnt/boot [root@node2 ~]# grub-install --root-directory=/mnt /dev/sdb /dev/sdb does not have any corresponding BIOS drive. # 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/sdb Probing devices to guess BIOS drives. This may take a long time. Installation finished. No error reported. This is the contents of the device map /mnt/boot/grub/device.map. Check if this is correct or not. If any of the lines is incorrect, fix it and re-run the script `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 ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 30G 0 disk ├─sda1 8:1 0 200M 0 part /boot ├─sda2 8:2 0 10G 0 part / └─sda3 8:3 0 2G 0 part [SWAP] sr0 11:0 1 4.2G 0 rom [root@node2 ~]# cat /proc/scsi/scsi Attached devices: Host: scsi0 Channel: 00 Id: 00 Lun: 00 Vendor: VMware, Model: VMware Virtual S Rev: 1.0 Type: Direct-Access ANSI SCSI revision: 02 Host: scsi2 Channel: 00 Id: 00 Lun: 00 Vendor: NECVMWar Model: VMware IDE CDR10 Rev: 1.00 Type: CD-ROM ANSI SCSI revision: 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 "scsi add-single-device 0 0 1 0" > /proc/scsi/scsi [root@node2 ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 30G 0 disk ├─sda1 8:1 0 200M 0 part /boot ├─sda2 8:2 0 10G 0 part / └─sda3 8:3 0 2G 0 part [SWAP] sdb 8:16 0 30G 0 disk #新增硬盘已被识别出来 ├─sdb1 8:17 0 200M 0 part ├─sdb2 8:18 0 10G 0 part └─sdb3 8:19 0 2G 0 part sr0 11:0 1 4.2G 0 rom [root@node2 ~]# echo "scsi remove-single-device 0 0 1 0" > /proc/scsi/scsi #移去该硬盘 [root@node2 ~]# lsblk NAME MAJ:MIN RM SIZE RO TYPE MOUNTPOINT sda 8:0 0 30G 0 disk ├─sda1 8:1 0 200M 0 part /boot ├─sda2 8:2 0 10G 0 part / └─sda3 8:3 0 2G 0 part [SWAP] sr0 11:0 1 4.2G 0 rom
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