GRUB配置文件解析与启动流程详解

首先，重要提示

grub.cfg 文件通常不是直接手动编辑的！

它是由 grub-mkconfig 工具根据 /etc/default/grub 配置文件和 /etc/grub.d/ 目录下的脚本自动生成的。手动修改会在下次更新 GRUB 时被覆盖。

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GRUB 配置代码详细解析

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# DO NOT EDIT THIS FILE
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# It is automatically generated by grub-mkconfig using templates
# from /etc/grub.d and settings from /etc/default/grub
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### 第一部分：全局设置 ###
set timeout=10
set default="0"
menuentry 'Ubuntu' --class ubuntu --class gnu-linux --class gnu --class os $menuentry_id_option 'gnulinux-simple-abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890' {
    recordfail
    load_video
    gfxmode $linux_gfx_mode
    insmod gzio
    insmod part_gpt
    insmod ext2
    set root='hd0,gpt2'
    if [ x$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  abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890
    else
      search --no-floppy --fs-uuid --set=root abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890
    fi
    linux /boot/vmlinuz-5.15.0-91-generic root=UUID=abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890 ro quiet splash $vt_handoff
    initrd /boot/initrd.img-5.15.0-91-generic
}

menuentry 'Ubuntu, with Linux 5.15.0-91-generic (recovery mode)' --class ubuntu --class gnu-linux --class gnu --class os $menuentry_id_option 'gnulinux-5.15.0-91-generic-recovery-abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890' {
    recordfail
    load_video
    insmod gzio
    insmod part_gpt
    insmod ext2
    set root='hd0,gpt2'
    if [ x$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  abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890
    else
      search --no-floppy --fs-uuid --set=root abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890
    fi
    echo 'Loading Linux 5.15.0-91-generic ...'
    linux /boot/vmlinuz-5.15.0-91-generic root=UUID=abcdef12-3456-7890-abcd-ef1234567890 ro recovery nomodeset
    echo 'Loading initial ramdisk ...'
    initrd /boot/initrd.img-5.15.0-91-generic
}

### 第二部分：链加载其他操作系统（例如 Windows）###
menuentry 'Windows Boot Manager (on /dev/nvme0n1p1)' --class windows --class os $menuentry_id_option 'osprober-efi-1234-5678' {
    insmod part_gpt
    insmod fat
    insmod search_fs_uuid
    insmod chain
    search --fs-uuid --set=root 1234-5678
    chainloader /EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi
}

### 第三部分：内存测试工具等 ###
menuentry 'Memory test (memtest86+.efi)' {
    insmod part_gpt
    insmod fat
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root 1234-5678
    chainloader /EFI/ubuntu/memtest86+.efi
}
menuentry 'Memory test (memtest86+.efi, serial console)' {
    insmod part_gpt
    insmod fat
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root 1234-5678
    chainloader /EFI/ubuntu/memtest86+.efi console=ttyS0
}

### 第四部分：UEFI 固件设置 ###
menuentry 'System Setup' {
    fwsetup
}

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逐行详细解析

第一部分：全局设置

• set timeout=10
  • 作用：设置 GRUB 启动菜单的等待时间（单位：秒）。如果在 10 秒内用户没有做出选择，将自动启动默认项。
• set default="0"
  • 作用 ：设置默认启动的菜单项。"0" 表示第一个菜单项（Ubuntu），"1" 表示第二个，以此类推。

第一个 menuentry：正常启动 Ubuntu

一个 menuentry 定义了一个启动选项。

• menuentry 'Ubuntu' ... { ... }

  • 作用 ：定义一个名为 "Ubuntu" 的启动菜单项。后面的 --class 用于主题的样式定义。

• recordfail

  • 作用：记录上一次启动是否失败。如果失败，下次启动时会自动停在 GRUB 菜单。

• load_video 和 gfxmode $linux_gfx_mode

  • 作用：加载视频驱动并设置图形模式，为显示更高分辨率的启动画面（如 Plymouth 的 splash 屏幕）做准备。

• insmod gzio， insmod part_gpt， insmod ext2

  • 作用 ：加载内核模块。这是 GRUB 功能扩展的方式。
  • gzio：提供对 gzip 压缩文件的解压支持（内核和 initrd 通常是压缩的）。
  • part_gpt：提供对 GPT 分区表的识别能力。
  • ext2：提供读取 ext2/3/4 文件系统的能力（因为 /boot 分区通常是 ext4）。

• set root='hd0,gpt2' 和 search ... 命令

  • 作用 ：定位根设备/根文件系统。这是最关键的一步。
  • set root='hd0,gpt2'：这是一个提示 。意思是"我猜根文件系统在第一个硬盘（hd0）的第二个 GPT 分区（gpt2）上"。
  • search --fs-uuid --set=root ...：这是一个保险/精确查找 。它会在所有存储设备上搜索具有指定 UUID（abcdef12...）的文件系统，并将 root 变量设置为找到的设备。UUID 是定位分区最可靠的方式 ，因为 hd0 这种标识可能会因硬盘插槽改变而变化。

• linux /boot/vmlinuz-... root=UUID=... ro quiet splash $vt_handoff

  • 作用 ：加载 Linux 内核。这是启动过程的实质一步。
  • /boot/vmlinuz-...：指定内核镜像文件在 root 设备上的路径。
  • root=UUID=abcdef12...：告诉内核，哪个分区是系统的根文件系统 。内核启动后会将这个分区挂载为 /。
  • ro：以只读方式挂载根文件系统。这是为了在启动初期进行文件系统检查。
  • quiet splash：控制内核的启动输出。quiet 减少输出，splash 显示图形启动画面。
  • $vt_handoff：一个与虚拟终端（VT）切换相关的参数。

• initrd /boot/initrd.img-...

  • 作用 ：加载初始化内存盘。
  • initrd 是一个临时的根文件系统，它在内核启动前被加载到内存中。它包含了内核在启动早期阶段所必需的一些驱动和工具（例如，用于解密 LUKS 加密分区的驱动，或者用于识别软 RAID 的驱动），以便内核能够最终挂载并切换到真正的根文件系统（/）。

第二个 menuentry：恢复模式

这个条目与正常模式大部分相同，关键区别在于 linux 命令的参数：

• recovery nomodeset
  • 作用 ：启动到单用户恢复模式。
  • recovery：告诉系统启动到 runlevel 1（单用户模式），不启动图形界面和大多数服务，直接以 root 权限进入一个救援 shell。
  • nomodeset：告诉内核不要在启动初期接管显卡的模式设置，这对于某些显卡驱动有问题的机器非常有用，可以保证你能进入系统进行修复。

第二部分：链加载 Windows

• insmod fat 和 insmod chain
  • 作用 ：加载 FAT 文件系统支持（因为 ESP 是 FAT32）和链加载模块。
• search --fs-uuid --set=root 1234-5678
  • 作用：找到 Windows 的 EFI 系统分区（通过其 UUID）。
• chainloader /EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi
  • 作用 ：链加载。这是启动不基于 GRUB 的操作系统（如 Windows）的标准方法。
  • GRUB 不直接加载 Windows 内核。它只是简单地找到并启动 Windows 自己的引导加载程序 bootmgfw.efi，然后将控制权完全交给它。就像接力赛跑一样，GRUB 把接力棒（控制权）传给了 Windows Boot Manager。

第三和第四部分：工具和固件设置

• 内存测试 ：链加载 memtest86+.efi 这个专门的内存测试工具。
• System Setup ：
  • fwsetup
    • 作用 ：这是一个 UEFI 特有的命令。它会直接调用 UEFI 固件的接口，重启电脑并进入 UEFI/BIOS 设置界面。非常方便。

总结

这个 grub.cfg 文件完美地展示了 GRUB 作为 "引导管理器" 和 "引导加载器" 的双重角色：

1. 引导管理器 ：通过 menuentry 提供菜单，让用户选择要启动的操作系统或工具。
2. 引导加载器 ：对于 Linux，它负责加载内核 (linux) 和 initrd (initrd)；对于其他系统，它通过 chainloader 移交控制权。

理解这个文件，你就理解了从 GRUB 菜单到 Linux 内核被加载起来的完整链条。当系统启动出现问题时（例如，内核文件丢失或 root 分区指定错误），你就可以通过 GRUB 命令行手动输入这些命令来进行紧急修复。