📚 课程目录第3章引导加载程序(Grub2)

3. 引导加载程序(Grub2)：Grub2配置文件解析、菜单选择、内核与initramfs加载

Grub2（GRand Unified Bootloader version 2）是现代Linux发行版的标准引导加载程序。它负责在BIOS/UEFI完成硬件自检后，接管系统控制权，加载内核与initramfs到内存，并将控制权移交给内核。理解Grub2的配置文件结构、菜单选择逻辑以及内核加载过程，是排查启动故障的核心能力。

3.1 Grub2配置文件层次与解析

Grub2的配置体系采用“主配置+动态生成”的架构，主要涉及以下关键文件：

文件路径	作用	是否手动编辑
`/boot/grub2/grub.cfg`	最终生成的引导菜单配置文件，包含所有菜单项和启动参数	禁止手动编辑（由`grub2-mkconfig`生成）
`/etc/default/grub`	主配置文件，定义全局默认参数（超时时间、默认菜单项、内核命令行参数等）	是
`/etc/grub.d/`	脚本目录，包含`00_header`、`10_linux`、`30_os-prober`等片段脚本	通常不直接编辑，可添加自定义脚本

    核心原则： 永远不要直接编辑 /boot/grub2/grub.cfg。正确的做法是修改 /etc/default/grub 或 /etc/grub.d/ 下的脚本，然后运行 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 重新生成。

3.1.1 `/etc/default/grub` 关键参数

该文件是Grub2行为的“控制面板”，以下是最常调整的参数：

# /etc/default/grub 典型内容
GRUB_TIMEOUT=5                  # 菜单等待秒数，设为0则直接启动默认项
GRUB_DEFAULT=saved              # 默认启动项，可以是数字索引或菜单项名称
GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"    # 是否禁用恢复模式菜单项
GRUB_CMDLINE_LINUX="rhgb quiet" # 传递给所有Linux内核的通用命令行参数
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT=""   # 仅传递给默认内核的参数
GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"  # 输出终端类型
GRUB_DISABLE_OS_PROBER="false"  # 是否禁用探测其他操作系统

故障排查要点： 如果系统无法启动，可以在Grub菜单界面按 e 键编辑当前启动项，临时修改 GRUB_CMDLINE_LINUX 行。例如，移除 rhgb quiet 可以查看详细启动日志；添加 single 或 1 可以进入单用户模式进行修复。

3.2 Grub2菜单选择与交互流程

Grub2的菜单选择过程是一个典型的“倒计时+用户干预”模型。理解其内部状态转换对排查“无法进入系统”或“自动进入救援模式”等问题至关重要。

3.3 内核与initramfs加载机制

当用户选择（或倒计时默认选中）一个菜单项后，Grub2会执行以下关键步骤：

解析菜单项配置： 从 grub.cfg 中提取 linux 和 initrd 指令对应的文件路径及参数。
加载内核（vmlinuz）： 将压缩后的内核映像从磁盘（/boot 分区）读取到内存中。Grub2支持从 ext2/3/4、xfs、btrfs、lvm 等文件系统读取。
加载initramfs： 将初始内存文件系统（initramfs）加载到内存中。initramfs是一个压缩的cpio归档，包含必要的内核模块和启动脚本。
传递控制权： Grub2设置好内核启动参数（通过 linux 行传递），然后执行 boot 指令，将CPU控制权交给内核入口点。

3.3.1 典型的菜单项配置

以下是从 /boot/grub2/grub.cfg 中截取的一个典型菜单项：

menuentry 'CentOS Linux (5.14.0-427.el9.x86_64) 9 (Stream)' --class centos --class gnu-linux --class gnu --class os {
    load_video
    set gfxpayload=keep
    insmod gzio
    insmod part_gpt
    insmod ext2
    set root='hd0,gpt2'
    if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
      search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd0,gpt2 --hint-efi=hd0,gpt2 --hint-baremetal=ahci0,gpt2  12345678-1234-1234-1234-123456789abc
    else
      search --no-floppy --fs-uuid --set=root 12345678-1234-1234-1234-123456789abc
    fi
    linux   /vmlinuz-5.14.0-427.el9.x86_64 root=/dev/mapper/rl-root ro crashkernel=auto resume=/dev/mapper/rl-swap rd.lvm.lv=rl/root rd.lvm.lv=rl/swap rhgb quiet
    initrd  /initramfs-5.14.0-427.el9.x86_64.img
}

关键字段解读：

set root='hd0,gpt2'：指定包含 /boot 目录的设备为第一块硬盘的第二个GPT分区。
linux 行：指定内核映像路径，以及传递给内核的命令行参数（如 root= 指定根文件系统设备）。
initrd 行：指定initramfs映像路径。Grub2会将其加载到内存中，内核启动后会解压并挂载它作为临时根文件系统。

3.4 常见故障与排查方法

故障现象	可能原因	排查与修复
Grub菜单不显示，直接进入救援模式	`GRUB_TIMEOUT=0` 或 `grub.cfg` 损坏	启动时按住 `Shift`（BIOS）或 `Esc`（UEFI）强制显示菜单；使用Live CD修复
选择内核后黑屏或卡住	内核参数错误（如 `root=` 指向错误设备）	按 `e` 编辑启动项，检查 `linux` 行参数；移除 `rhgb quiet` 查看详细错误
提示 `File not found`	`grub.cfg` 中指定的内核或initramfs路径错误，或 `/boot` 分区损坏	进入Grub命令行，使用 `ls` 命令探测分区，手动指定正确的文件路径
升级内核后旧内核无法启动	新内核模块与initramfs不匹配	在Grub菜单选择旧内核启动；重新生成initramfs：`dracut -f`

3.4.1 Grub2命令行救援示例

当 grub.cfg 完全损坏时，可以手动引导系统：

# 1. 在Grub提示符下，列出所有分区
grub> ls
(hd0) (hd0,gpt1) (hd0,gpt2) (hd0,gpt3)

# 2. 找到包含 /boot 的分区（通常为 ext4 或 xfs 格式）
grub> ls (hd0,gpt2)/
lost+found/  vmlinuz-5.14.0-427.el9.x86_64  initramfs-5.14.0-427.el9.x86_64.img  grub2/

# 3. 设置根分区
grub> set root=(hd0,gpt2)

# 4. 加载内核（注意：路径相对于 root 分区）
grub> linux /vmlinuz-5.14.0-427.el9.x86_64 root=/dev/mapper/rl-root ro

# 5. 加载 initramfs
grub> initrd /initramfs-5.14.0-427.el9.x86_64.img

# 6. 启动
grub> boot

重要提示： 手动引导成功后，务必立即运行 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 重新生成配置文件，否则下次重启仍会进入Grub命令行。