Grub2 and UEFI

2018/06/29

Tags: grub uefi linux

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这几天搞 Linux 又学习了一些新的东西。

以前都是把 grub 装到 MBR,然后通过 grub 可以 chainloader 启动 windows。现在发现我装了之后并不能启动我的 windows 10 了,就只好研究了一下。

GPT 分区

以前都是 MBR(Master Boot Record) 形式的分区,主分区 4 个,如果想要建更多,需要建扩展分区,然后再在扩展分区里面建立逻辑分区。现在发现有了 GPT(GUID Partition Table) 分区。这个方式呢,比 MBR 方式有好处,支持更多分区,支持大于 2.2TB 容量的磁盘。

我看我的 windows 10 机器预装就是用的这个分区格式。

UEFI 系统

UEFI(Unified Extensible Firmware Interface) 是基于 BIOS 的 MBR 启动方式不同的东西,是基于单独的 EFI System Partition(ESP) 里面的数据启动的。里面的程序都需要和 UEFI firmware 的 bitness 一致,x86_64 啥的。

所以我的 windows 10 在 ESP 分区里面已经放了一个自己的起动器。Linux 启动之后,可以查看 /sys/firmware/efi 看看是不是有,有的话表示 kernel 支持 efi,且和 firmware 的 bitness 一致。

ESP 分区是 fat16/fat32 格式的,不像 mbr 在固定位置,到底是哪个分区是呢?是通过通过分区的 boot flag 这个标志来识别的。

efibootmgr

Linux 下面可以使用 efibootmgr 管理 efi 菜单,当然得 kernel 支持,主要看 /sys/firmware/efi 目录吧。具体内核参数可以看这个。我看着应该是只有通过 efi 启动的系统,才能读取 efi firmware 的信息。否则就算有内核模块也不能读取。

我还发现我这的机器上面通过 efibootmgr 删除了 windows 的行之后,启动的时候按 F12 出来的启动选项里面还有 windwos,会自动加回来,不知道是主板的保护还是哪里的问题,bios 里面没找到可以关闭这个功能的地方。

Grub

grub 支持安装到 MBR 也支持安装到 ESP 分区。不过只是把内容放到那个分区,最后给 efi 加启动的菜单,还需要 efibootmgr,就是需要相应的内核支持。

类似这样,就是通过 uefi 启动了。

# grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/mnt/sda1 --bootloader-id=GRUB --boot-directory=/mnt/sda4/boot /dev/sda

也可以装到 MBR,就是通过传统的 bios 启动。可能需要加 --force ,我遇到的情况会提示 gpt 分区的 boot flag 没有,我这直接不理他加 force 就可以。

# grub-install --boot-directory=/mnt/sda4/boot /dev/sda

grub 实际上是放到第一个分区前面的一部分空间里面的,传统的 MBR 方式分区软件一般会预留 31kb 从第 63 个扇区开始分区。对于 GPT 分区,因为会有一个 ESP 分区,grub 也可以直接利用这个,装到这个分区,ESP 分区会有一个 bootable flag,因为这等于是单独给 grub 用的分区,所以 grub 也不客气会直接覆盖里面的东西,用自己的文件系统格式,一般系统都不支持,这样也可以防止你自己或者被其他软件误操作。所以要注意,如果你打算用 efi 模式启动,那通过第一个方式用 --efi-directory 把 grub 装到这个分区,或者就还是用 mbr 方式好了。参考这个

加载 windows

我看可以通过 chainloader 加载 windows,也有 ntldr 加载,不太清楚具体区别。chainloader 是通过读取指定设备的块来的,比如 chainloader +1 读第一个块。或者 chainloader /EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi。

UEFI 模式安装的 windows 可以参考这里,传统 MBR 方式的,参考这里,这个用的是 ntldr 的方式,估计用 chainloader +1 应该也可以。

怎么通过 uefi 启动 grub

想要使用 efibootmgr 编辑 efi 的菜单,就得通过 efi 模式启动到一个 linux。那一种方式是找一个支持 efi 启动的 live cd。另外一种是使用一个 uefi shell,可以参考这里

设备名称是变的怎么办

我发现我这插了 u 盘之后,u 盘就成了 hd0 了,这样写在 grub.cfg 里面的 set root="(hd0,1)" 这样的代码就有问题了。grub2 提供了一个 search 命令来查找你想要的东西,然后把结果设置到一个变量。

文档里面写了 search.filesearch --file 的 alias,但实际上还有坑在这里。区别的地方看下面

search.file /efi/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi root
search --file /efi/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi --set root

看到区别了吧,那个 root 相当于是自己定义的变量(实际上 grub2 会隐含的用到 root 变量,所以也不能完全说是自己定义的)。我在这个坑上面花了一些时间。

参考资料

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