查看“GRUB”的源代码

{{TutorialTone}}
'''GRUB''' 是GNU项目的bootloader。（译者注：以后计划不再翻译Bootloader，英文来看是一个很明确的名词，但是翻译成“引导加载程序”以后像一个动词开头，译者的脑子经常要额外反应一下。） 当前版本2系列具有比 [[GRUB Legacy|GRUB 0.97]] (通常称为 “GRUB Legacy”) 更完整的功能集。 

== 历史 ==

GRUB版本2以 [http://www.nongnu.org/pupa/ PUPA] (PUPA也有蛹的意思) 研究项目开始了它的生命，并从头开始重写。 从那时起，GRUB 2 (实际上在更新1.97时) 已经变得更加稳定，甚至是业余操作系统更多使用新的bootloader而不是GRUB Legacy。

== 特性 ==

* 基本脚本支持
* 图形用户界面 (更好的bootsplash支持，自定义颜色，自定义主题，...)
* 内存管理
* 更清洁的设计
* 更好的便携性
* 国际化
* 救援模式

完整的功能列表可以在GNU邮件列表中找到 [https://lists.gnu.org/archive/html/grub-devel/2012-06/msg00093.html]

== 使用GRUB引导你的操作系统 ==

使用GRUB引导操作系统的完整示例代码可以在 [[Bare_Bones#Booting_the_Operating_System|Bare Bones tutorial]]中找到。 一般的想法是，你要创建一个具有multiboot标头的文件，GRUB可以将该文件程序标识为内核并引导它。

== 从GRUB Legacy升级 ==
''警告: 这些步骤还没有经过很好的测试。 使用风险自负!''

由于现代GRUB 2与GRUB Legacy非常不同，因此启动和运行内核的方式不同。 现代GRUB与GRUB Legacy的不同之处在于，要实现除最基本功能外的所有功能，用户必须加载所谓的 “模块（modules）”: 通过少量代码添加组件(例如，不同的文件系统或VGA字体)。 本节概述了要让GRUB 2加载内核时需要经历的过程。 创建一个GRUB 2映像 (假设你已经构建或安装了GRUB 2) 实际上相当简单:

=== ISO 指导 ===
已经有很多尝试想要使GRUB2与ISO配合良好，但大多数都失败了。 唯一似乎有效的命令组合如下。

首先创建一个名为 “iso” 的目录树，在那里你把你的内核 (以及任何其他需要的文件) 放在这里。 然后在boot/grub子目录中创建grub.cfg文件，这是你的配置。

现在运行:
 grub-mkrescue -o bootable.iso iso

确保你的grub.cfg在语法上是正确的。 一个常见的错误是将menuentry括号放在换行符上。 它'''必须'''像这样:
 menuentry "Place your os name here" {
 }

grub-mkrescue 依赖版本为 “0.5.6或更高” 的 “xorriso” 程序。

如果你无法将其作为二进制文件获取 (可能来自名为 “libisoburn” 的软件包)
可以从 [http://www.gnu.org/software/xorriso/#download GNU xorriso主页] 获取all-in-one源tar包。
GNU xorriso可以在原构建位置使用，无需进一步安装：
  grub-mkrescue --xorriso=/...full.path.../xorriso/xorriso -o bootable.iso iso

=== 软盘指导 ===
<source lang="bash">
mkdir tmp
grub-mkimage -p /boot -o tmp/core.img multiboot sh fat # 我希望这应该行得通... :D
</source>

==== 解释 ====
让我们来看看这些 <tt>grub-mkimage</tt> 选项:

{| {{wikitable}}
|-
| '''-p'''
| 默认情况下，GRUB 2在 <tt>/boot/grub</tt> 中查找其配置文件。'''-p''' 更改此选项。
|-
| '''-o'''
| 与许多其他GNU工具一样，<tt>grub-mkimage</tt> 使用 '''-o''' 设置输出文件。默认情况下，它是 <tt>stdout</tt>。
|-
| '''multiboot'''
| 需要此模块来加载兼容多重引导（multiboot-compliant）的内核。
|-
| '''biosdisk'''
| GRUB 2需要此模块才能从LiveCD引导。
|-
| '''iso9660/fat'''
| 允许GRUB 2在映像上查找不同的文件。
|- 
|'''sh'''
| 该模块允许GRUB解析配置文件。
|}

GRUB 2和GRUB Legacy一样，需要一个配置文件来找到你的内核。 在GRUB Legacy中，它被称为 '''menu.lst' ''，但在GRUB2中，它被称为 '''grub.cfg'''。 配置文件的语法也有点不同。

这是一个示例配置文件 (注意: 此文件应放置在磁盘映像的 <tt>/boot/grub</tt> 文件夹中，并命名为 '''grub.cfg' ''):

<source lang="bash">
set timeout=15
set default=0 # 设置默认菜单项

menuentry "OS Name" {
   multiboot /boot/kernel-file   # multiboot命令取代了内核命令
   boot
}
</source>

基本上就是这样。 将这些文件复制到磁盘映像中，将其放入模拟器，你就完成了!

仔细检查是否将花括号放在 “menuentry” 的同一行上。 它不可以在新的一行上。 这不是C。

=== USB 指导 ===
如今，拥有软盘控制器的系统越来越少，但是在所有系统上都可以找到USB端口。 现代BIOS可以从USB设备启动，还通常需要在启动时按下一些特殊的键。

将GRUB 2放在可启动的USB存储设备上是在不同计算机上尝试操作系统的好方法。 下面是你如何设置 (使用Linux):

1. 创建一个不带多个分区的FAT32格式U盘:

'''警告: 以下命令使用超级用户权限 (sudo)。 仅键入错误的X字符可能会给你当前的系统带来严重的麻烦'''
<pre>sudo mkfs.vfat -F 32-n YourLabel -I /dev/sdX</pre> (其中sdX是你的USB设备)

需要 “-I” 选项，因为我们的目标是无分区设备

2. 卸下USB设备，然后重新插入。 操作系统上的自动安装程序现在应该检测到它。

3. 调用grub-install (在某些系统上，此命令被称为grub2-install，位于/usr/sbin或/usr/local/sbin下)
<pre>sudo grub-install --root-directory=/media/YourLabel --no-floppy --recheck --force /dev/sdX</pre>

重要的是要以root (或sudo) 的身份执行此操作，否则生成的device.map列出可用的引导设备可能为空。
/media/YourLabel 是Fedora 16下的挂载点，其他发行版可能有所不同。

4.为你的内核创建一个grub.cfg (请参见上文)，并将其复制到新的可启动USB磁盘中

=== 磁盘映像指导 ===
有关更详细的教程，请参见[[Bootable_Disk|可引导磁盘]]来创建。

爱好者操作系统在虚拟机上运行时不必使用真实设备 (尽管可以，而且通常速度更快)。 创建可引导的GRUB磁盘映像类似于将其安装在USB设备上，但是在这里，你可以立即使用映像本身和分区设备。 

1. 创建新的磁盘映像文件
<pre>$ dd if=/dev/zero of=disk.img bs=512 count=131072
131072+0 records in
131072+0 records out
67108864 bytes (67 MB) copied, 0.349436 s, 192 MB/s
</pre>

2. 为你的文件系统创建带有可引导项的新DOS分区表
<pre>$ fdisk disk.img</pre>
添加新分区，从1MB (第2048个扇区) 开始。 这比GRUB实际需要的空间更大。
<pre>
Command (m for help): n
Partition type:
   p   primary (0 primary, 0 extended, 4 free)
   e   extended
Select (default p): p
Partition number (1-4, default 1): 1
First sector (2048-131071, default 2048): 
Using default value 2048
Last sector, +sectors or +size{K,M,G} (2048-131071, default 131071): 
Using default value 131071
</pre>
使其可引导启动
<pre>
Command (m for help): a 
Partition number (1-4): 1
</pre>
将新的分区表写入磁盘
<pre>
Command (m for help): w
The partition table has been altered!

Syncing disks.
</pre>

3. 设置两个回环（loop）设备。 一个将用于将GRUB及其附加代码写入MBR，第二个将用于安装操作系统的文件系统。 
<pre>
$ sudo losetup /dev/loop0 disk.img
$ sudo losetup /dev/loop1 disk.img -o 1048576
</pre>
''-o'' 选项定义从文件开始的偏移量。数字 “1048576” 实际上是 “1024 ^ 2 = 1MB”，这是分区的开始。

4. 格式化分区
你可以简单地使用 [[http://www.gnu.org/software/grub/manual/grub.html#Features 任何受支持的文件系统]]，如ext2或FAT32。
<pre>$ sudo mke2fs /dev/loop1</pre>
<pre>$ sudo mkdosfs -F32 -f 2 /dev/loop1</pre>

5. 挂载你新格式化的分区
<pre>$ sudo mount /dev/loop1 /mnt</pre>
请注意，如果你试图挂载没有任何偏移设置的首个回环设备，你将被要求指定文件系统，即使你这样做了，你也不会得到预期的结果。

7. 使用 “grub-install” 安装grub
<pre>sudo grub-install --root-directory=/mnt --no-floppy --modules="normal part_msdos ext2 multiboot biosdev" /dev/loop0</pre>
如果你错误地使用了 “/dev/loop1” (指向你的分区) 而不是 “/dev/loop0” (指向你的MBR)，你将收到 “grub-install” 不能使用 'embedding' 的消息 (因为它没有空间)，并且它希望使用 'block lists'，不推荐这么做。

处理挂载磁盘映像上的文件时，不要忘记刷新文件系统缓冲区。 在类Unix的系统上，这可以简单地通过在你的shell中执行 <tt>sync</tt> 程序来完成。

== OS X用户的硬盘映像指导 ==
为HDD创建映像文件可能会很有用; 以下说明可帮助你使用MBR分区映射创建HDD。
根据#osdev上的<palk>信息，创建HDD映像比你预期的要稍微复杂一些。

此信息可能不适用于Linux用户，他们很可能更想使用loopback设备。 这是针对OS X上的开发人员的，它没有loopback设备，并且具有挑剔的映像安装程序。

1. 首先，用DD创建一个空白的原始映像，大小符合要求。 在这里，我将制作一个80MB的图像 --163840个扇区，每个大小为512字节。
<source lang="bash">
dd if=/dev/zero of=disk.img count=163840 bs=512
</source>

2. 有关从LBA/大小计算CHS值的解释，请参见 [[Floppy_Disk_Controller#CHS]]
    由于我们有一个80MB的磁盘，CHS值分别为78、32和63。

3. 启动FDISK(或你选择的工具) -- 我在这里使用的是OS X版本，所以命令可能有所不同。 概念基本上是相同的。

屏幕上显示的内容(指OSX中)在左侧，你输入的内容在右侧。
<source lang="bash">
fdisk -e disk.img


The signature for this MBR is invalid.
Would you like to initialize the partition table? [y]           Yes
fdisk:*1>                                                       disk
Disk: disk.img	geometry: 650/4/63 [16340 sectors]
Change disk geometry? [n]                                       No



fdisk:*1>                                                       edit 1
Partition id ('0' to disable)  [0 - FF]: [B] (? for help)       0B
Do you wish to edit in CHS mode? [n]                            No
Partition offset [0 - 163840]: [63]                             2047
Partition size [1 - 161793]: [161793]                           <Enter>


fdisk:*1>                                                       write
fdisk:*1>                                                       quit
</source>

4.现在已经初始化了MBR分区表，你将需要在磁盘上创建一个文件系统。但首先。
    这里，我们分离MBR位和实际的FS位。
<source lang="bash">
dd if=disk.img of=mbr.img bs=512 count=2047
dd if=disk.img of=fs.img bs=512 skip=2047
</source>

5.因为我们使用的是OS X，所以需要先附加(attach)磁盘镜像，而不是实际挂载(mounting)。
<source lang="bash">
hdiutil attach -nomount fs.img
</source>

6.使用 “diskutil list” 找出你的映像是哪个设备，请使用下面的设备。

7. 现在，在FS.img磁盘上创建一个FAT12/16/32文件系统。记住，使用FS.img——不是disk.img
<source lang="bash">
newfs_msdos -F 32 /dev/diskX
</source>

8.现在你需要卸载(unmount)它，然后重新组合两个映像，然后安装GRUB。
<source lang="bash">
hdiutil detach /dev/diskX
cat mbr.img fs.img > disk.img

hdiutil attach disk.img
# note the mount point here (/Volumes/NO NAME, probably)

grub-install --modules="part_msdos biosdisk fat multiboot configfile" --root-directory="/Volumes/NO NAME" disk.img
Installation finished. No error reported.
</source>

就到这里! 你知道我有一个disk.img，这将安装GRUB2，准备就绪。 只需双击(或使用mount命令)，就可以在OS X中挂载它。
玩的开心!

===其他有用的选项===
无论你使用的是哪种设备，你都可能希望有一个PC分区表，并在GRUB支持的文件系统之一中创建格式化的分区。如果这样做，请确保在GRUB-INSTALL参数中添加以下选项：
 --modules="part_msdos"

一般来说，如果GRUB 2恰好无法完成你想要的任务，并且你怀疑它需要一些缺少的功能，那么只需尝试在--modules参数中添加一个你认为具有所需功能的模块名。 模块文件通常位于/boot/GRUB/i386-pc/。

== 多重引导（Multiboot） ==

与GRUB-legacy将它们加载到低内存（low memory，译者注：指内存地址值大小）相比，GRUB 2的某些版本喜欢将multipot模块放在相对较高的物理内存地址中。  在让内核使用GRUB2时要小心，它没有对多多重引导模块将出现在哪里做出任何假设。

当你的内核获得控制权时，机器状态定义如下：[http://www.gnu.org/software/grub/manual/multiboot/html_node/Machine-state.html 多重引导机器状态]。 你的代码应该对该初始状态具有最小的依赖性; 例如，定义你自己的GDT，而不是依赖GRUB的GDT设置。

=== 标头 ===
正如GRUB 2手册所说：

{{quote|GRUB的主要要求是它符合 “多重引导规范（Multiboot Specification）”。}}

但是旧版本的GRUB2使用的多重引导标头(字段出现在GRUB1.99和更新版本中)'''不'''包括[http://nongnu.askapache.com/grub/phcoder/multiboot.pdf 多重引导1.6规范] 中指定的''header_length''字段。

GRUB2还支持旧的[https://www.gnu.org/software/grub/manual/multiboot/multiboot.html Multiboot0.6.96规范]。 可以同时包含两个标头。

== 在OS X上安装GRUB 2 ==
在OS X上安装GRUB 2有点棘手。 最新发布的2.00版本(截至2014年10月7日)似乎不支持任何配置。 开发人员团队在较新的修订版本中修复了此问题。

'''重要提醒：''' 要构建GRUB2，以便它可以为你的输出目标生成bootloader，你需要有一个用于该目标的编译器。 因此，例如，如果你想要i386-elf的bootloader (如在裸机中建议的那样)，则需要Binutils该目标的编译器。 这在OS X上是必需的，因为内置LLVM不知道如何生成i386-elf二进制文件。 因此，你可以针对你的目标平台[[GCC_Cross-Compiler|构建交叉编译器]]或[[OS Specific Toolchain|创建特定于操作系统的工具链]](推荐)。
'''在步骤4中，你将需要GCC，objcopy，strip，nm和ranlib的交叉版本。'''

''' 1.''' 复制开发人员版本的源代码:
 <source lang="bash">git clone git://git.savannah.gnu.org/grub.git</source>
（该测试版本为：77063f4cb672f423272db7e21ca448cf3de98dcf）

'''2.'''需要名为'''objconv'''的工具，请从以下位置获取：
 https://github.com/vertis/objconv
下载源代码，编译 (有关详细信息，请参见网站) 并在你的路径中提供。

'''3.''' 在GRUB sources文件夹中运行“autogen.sh”

'''4.''' 创建一个单独的构建目录，切换到该目录，然后运行GRUB的配置脚本 ''(insert your target-specific tools!)''：

 ../grub/configure --disable-werror TARGET_CC=i386-elf-gcc TARGET_OBJCOPY=i386-elf-objcopy \
 TARGET_STRIP=i386-elf-strip TARGET_NM=i386-elf-nm TARGET_RANLIB=i386-elf-ranlib --target=i386-elf

'''5.''' 运行 “make” 和 “make install”

现在，你已经有了一个正在工作的GRUB 2，它具有构建在i386平台上启动的映像所需的文件。

== UEFI的GRUB ==
=== 编译GRUB ===
较老的GRUB版本充满了令人讨厌的BUG。 这些版本可能还存在在你的包管理器中，因此你应该从源代码编译GRUB。 在为UEFI编译时，你应该传递适当的标志以进行配置。 示例调用可能如下所示：
<source lang="text">
../grub-2.02~rc2/configure --prefix="$HOME/opt/grub" --target=x86_64 --with-platform=efi
</source>

完成构建后，GRUB拒绝执行任何操作，因为它缺少字体文件。 要解决这个问题，请运行
<source lang="text">
bin/grub-mkfont -o share/grub/unicode.pf2 /usr/share/fonts/truetype/unifont/unifont.ttf
</source>

GRUB可能会警告你有关share/locale/丢失的信息。 解决方案是创建缺少的目录。

===构建GRUB UEFI二进制文件（BOOTX64.EFI）===
此方法构建一个独立的GRUB二进制文件，你可以将其复制到FAT分区。 然而，请注意，一些UEFI实现假定它位于 <code>/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI</code> 针对x86_64平台。

通常，所有编译的模块都包含在此二进制文件中； 如果要缩小其大小，则可以指定要包含的模块。

此方法使用两个单独的配置文件； 这是必需的，因为所有GRUB数据都位于该二进制文件中，但我们将围绕这个二进制文件工作。 二进制文件包含一个memdisk，它也用作前缀。 据我所知，没有办法直接解决这个问题。 但是，我们可以使用memdisk grub.cfg从磁盘加载配置文件。 这样，我们就不必为每次配置更改重新创建二进制文件。

从创建memdisk grub.cfg开始。 我将其保存在build/grub.cfg(我们稍后需要此路径)：
<source lang="text">
insmod part_msdos
configfile (hd0,msdos1)/boot/grub/grub.cfg
</source>
所有这些就是加载用于读取磁盘分区的模块 (第1行)，并从磁盘加载配置文件 (第2行)。 注意，它不必位于/boot/grub/grub.cfg；你可以将磁盘上的此路径更改为任何你喜欢的路径，只需记住将更改应用于memdisk grub.cfg。

第二个grub.cfg(磁盘上的那个)基本上由你决定，只是你必须加载part_msdos模块并设置根目录(默认情况下是memdisk)：
<source lang="text">
insmod part_msdos
set root=(hd0,msdos1)
</source>
在 <code>set root</code> 行下方添加常规GRUB2配置。

最后，剩下的就是创建二进制文件。 请注意，你必须指定要在Memdisk中的路径下包含哪个文件：
<source lang="text">
bin/grub-mkstandalone -O x86_64-efi -o BOOTX64.EFI "boot/grub/grub.cfg=build/grub.cfg"
</source>

=== Blessing macOS上的二进制文件 ===
Mac要求可引导的二进制文件由'blesse'工具处理：
<source lang="text">
bless --verbose --folder=/Volumes/EFI --file=/Volumes/EFI/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI --setBoot
</source>

== 另见 ==

=== 文章 ===

* [[GRUB Legacy]]
* [[Bootable El-Torito CD with GRUB Legacy]]
* [[Multiboot]]
* [[BOOTBOOT]] an alternative boot loader with exactly the opposite philosophy as GRUB's

=== 外部链接 ===

* [http://www.gnu.org/software/grub/ GRUB 2 Homepage]
* [http://grub.enbug.org/ GRUB 2 Wiki]

[[Category:Bootloaders]]
[[Category:GRUB]]
[[Category:UEFI]]

[[de:Grand_Unified_Bootloader]]