开机流程与 GRUB¶

本文你会学到：

• 从按下电源到登录提示的完整开机流程
• BIOS 与 UEFI 的区别与判断方法
• MBR 与 GPT 分区表的原理与兼容性
• GRUB2 的两级引导机制与配置文件
• initramfs 的作用与核心驱动加载
• Linux 内核启动参数与 GRUB 编辑入口
• systemd 与运行级别（target）的对应关系
• Root 密码遗忘时的救援启动方法
• 常见启动问题的诊断与恢复策略

完整开机流程¶

graph TD
    A[按下电源] --> B[BIOS / UEFI\nPOST 硬件自检]
    B --> C[读取第一个可开机设备的 MBR / GPT]
    C --> D[Boot Loader\nGRUB2 Stage 1]
    D --> E[GRUB2 Stage 2\n读取 grub.cfg 显示菜单]
    E --> F[加载内核文件\n/boot/vmlinuz-x.x.x]
    F --> G[解压并挂载 initramfs\n临时根文件系统]
    G --> H[内核侦测硬件\n加载驱动模块]
    H --> I[释放 initramfs\n挂载真实根文件系统]
    I --> J[启动第一个进程\n/sbin/init → systemd PID=1]
    J --> K[执行 default.target\n通常为 multi-user 或 graphical]
    K --> L[登录提示]

    classDef firmware fill:transparent,stroke:#0288d1,color:#adbac7,stroke-width:2px
    classDef boot fill:transparent,stroke:#f57c00,color:#adbac7,stroke-width:2px
    classDef kernel fill:transparent,stroke:#388e3c,color:#adbac7,stroke-width:2px
    classDef init fill:transparent,stroke:#7b1fa2,color:#adbac7,stroke-width:2px

    class A,B firmware
    class C,D,E boot
    class F,G,H,I kernel
    class J,K,L init

BIOS 与 UEFI 的区别¶

当你的系统无法启动时，首先需要确认自己的固件类型——不同固件的排错路径完全不同。

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# 快速判断当前系统是 BIOS 还是 UEFI
ls /sys/firmware/efi 2>/dev/null && echo "UEFI 系统" || echo "传统 BIOS 系统"

Boot Loader 与多重引导¶

Boot Loader 安装在磁盘最前面的 MBR（仅 446 字节），它做三件事：

• 提供菜单：让你选择要启动哪个操作系统或内核版本
• 加载内核：将内核文件读入内存并执行
• 转交控制权：将引导交给另一个 Boot Loader（用于多重引导）

GRUB2 引导加载器¶

目录结构¶

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/boot/grub2/         # RHEL / CentOS / AlmaLinux（命令含 grub2 前缀）
/boot/grub/          # Debian / Ubuntu（命令不含 grub2 前缀）
├── grub.cfg         # 主配置文件（由脚本自动生成，禁止手动编辑）
├── grubenv          # 存储环境变量（如上次选择的启动项）
├── fonts/           # 启动画面字体
├── themes/          # 启动主题
└── i386-pc/         # BIOS 模式所需模块（ext2.mod、xfs.mod 等）
/etc/grub.d/         # 生成 grub.cfg 所用的脚本（按数字顺序执行）
/etc/default/grub    # 用户修改此处，再重新生成 grub.cfg

/etc/default/grub 常用参数¶

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# 引导菜单等待秒数（0=立即启动，-1=永久等待）
GRUB_TIMEOUT=5

# 默认启动条目（0 为第一项，或填 "saved" 记住上次选择）
GRUB_DEFAULT=0

# 配合 DEFAULT=saved，记住上次手动选择的条目
GRUB_SAVEDEFAULT=true

# 追加到所有内核启动参数（影响全部条目）
GRUB_CMDLINE_LINUX="quiet splash"

# 仅追加到默认条目（recovery 条目不受影响）
GRUB_CMDLINE_LINUX_DEFAULT="quiet"

# 隐藏恢复模式条目
GRUB_DISABLE_RECOVERY=true

# 指定输出终端（console / serial）
GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"

生成 grub.cfg¶

修改 /etc/default/grub 后，**必须**重新生成 grub.cfg 才能生效：

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# BIOS 系统
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

# UEFI 系统（路径因发行版略有不同）
grub2-mkconfig -o /boot/efi/EFI/redhat/grub.cfg

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# 推荐：update-grub 是封装脚本，等同于下面那条
update-grub

# 等价写法
grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg

安装与修复 GRUB¶

GRUB 损毁（常见于重装 Windows 后）时，需要从 Live CD 进入 chroot 环境后重新安装：

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# /dev/sda 是磁盘设备，不是分区
grub2-install /dev/sda
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

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grub-install /dev/sda
update-grub

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# Debian / Ubuntu
apt install --reinstall grub-efi-amd64

# RHEL / CentOS
dnf reinstall grub2-efi grub2-efi-modules
grub2-mkconfig -o /boot/efi/EFI/redhat/grub.cfg

常用内核启动参数¶

在 GRUB 菜单中按 e 进入编辑，找到以 linux 开头的行，在行末追加参数：

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quiet                        # 减少启动输出
splash                       # 显示 Plymouth 启动画面
ro                           # 以只读方式挂载根文件系统（initramfs 阶段默认）
rw                           # 以读写方式挂载根文件系统
init=/bin/bash               # 跳过 init，直接进 bash（紧急恢复用）
systemd.unit=rescue.target   # 进入救援模式（挂载文件系统，最小服务集）
systemd.unit=emergency.target # 进入紧急模式（根文件系统只读）
rd.break                     # 在 initramfs 结束前中断（用于修改 root 密码）

initramfs —— 内核的临时根文件系统¶

为什么需要 initramfs¶

这里有个先有鸡还是先有蛋的问题：

• 内核要读取 SATA 磁盘上的驱动程序，才能挂载根文件系统
• 而 SATA 驱动程序就存放在根文件系统的 /lib/modules/ 里

为了打破这个死循环，Boot Loader 在加载内核的同时，还会加载一个**临时的内存文件系统**（initramfs）。它包含最必要的驱动模块（SATA、SCSI、RAID、LVM 等），让内核能够顺利挂载真正的根文件系统，之后再释放这块内存。

常用操作¶

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# 查看 initramfs 内容
lsinitrd /boot/initramfs-$(uname -r).img          # RHEL（lsinitrd 命令）
lsinitramfs /boot/initrd.img-$(uname -r)           # Debian/Ubuntu

# 重建 initramfs（更新驱动或内核后需要执行）
dracut -f /boot/initramfs-$(uname -r).img $(uname -r)   # RHEL
update-initramfs -u -k $(uname -r)                       # Debian/Ubuntu

systemd 启动流程¶

内核完成硬件初始化后，启动的第一个进程是 systemd（PID = 1）。它读取 /etc/systemd/system/default.target 来决定启动目标：

graph LR
    A[内核交权给 systemd] --> B[sysinit.target\n挂载文件系统\n启动 udev]
    B --> C[basic.target\n防火墙 / 音效 / SELinux]
    C --> D[multi-user.target\n网络 / SSH / 数据库等服务]
    D --> E{default.target\n是哪个？}
    E -->|multi-user| F[getty.target\n文字登录提示]
    E -->|graphical| G[gdm.service\n图形登录界面]

    classDef stage fill:transparent,stroke:#0288d1,color:#adbac7,stroke-width:1px
    classDef choice fill:transparent,stroke:#f57c00,color:#adbac7,stroke-width:2px
    classDef end_ fill:transparent,stroke:#388e3c,color:#adbac7,stroke-width:1px

    class A,B,C,D stage
    class E choice
    class F,G end_

systemd 与传统 SysV runlevel 的对应关系：

恢复 root 密码¶

RHEL 8 / 9 方法（rd.break）¶

1. 重启，GRUB 菜单出现时按 e 进入编辑
2. 找到以 linux 开头的行，在行末追加 rd.break（删除 rhgb quiet）
3. 按 Ctrl+X 启动，进入 switch_root 环境
4. 执行以下命令：

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# 以读写方式重新挂载真实系统
mount -o remount,rw /sysroot

# chroot 进入真实系统
chroot /sysroot

# 修改 root 密码
passwd root

# 强制 SELinux 重新标记（跳过此步会导致无法登录！）
touch /.autorelabel

# 两次 exit 退出并重启
exit
exit

Debian / Ubuntu 方法（recovery mode）¶

1. GRUB 菜单选择 Advanced options → recovery mode
2. 在恢复菜单中选择 root — Drop to root shell prompt
3. 执行：

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mount -o remount,rw /
passwd root
reboot

内核模块管理¶

查看与检查¶

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# 列出当前已加载的所有模块
lsmod

# 查看特定模块详细信息（版本、依赖、参数等）
modinfo ext4

# 只显示模块依赖关系
modinfo -F depends ext4

加载与卸载¶

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# 推荐：modprobe 自动处理依赖关系
modprobe nfs            # 加载
modprobe -r nfs         # 卸载

# 不推荐：insmod/rmmod 需要完整路径且不处理依赖
insmod /lib/modules/$(uname -r)/kernel/fs/nfs/nfs.ko
rmmod nfs

持久化配置¶

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# 开机自动加载模块（systemd 方式，两种发行版通用）
echo "nfs" > /etc/modules-load.d/nfs.conf

# Debian/Ubuntu 旧方式（追加到 /etc/modules）
echo "nfs" >> /etc/modules

# 为模块传递参数
echo "options usb_storage delay_use=1" > /etc/modprobe.d/usb.conf

# 更新模块依赖关系数据库（安装新模块后执行）
depmod

黑名单（禁止加载）¶

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# 禁止加载 nouveau 开源显卡驱动（安装 NVIDIA 驱动前必须操作）
echo "blacklist nouveau" > /etc/modprobe.d/blacklist-nouveau.conf

# Debian/Ubuntu 还需要重建 initramfs
update-initramfs -u

系统救援¶

救援模式 vs 紧急模式¶

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# 方法一：通过 GRUB 内核参数（适合系统无法正常启动时）
systemd.unit=rescue.target    # 救援模式：挂载所有文件系统，启动最小服务集
systemd.unit=emergency.target # 紧急模式：根文件系统只读，无网络，仅 root shell

# 方法二：系统运行时切换（需要 root 权限）
systemctl rescue
systemctl emergency

使用 Live CD 修复¶

当系统完全无法启动时，从 Live CD 进行 chroot 修复：

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# 挂载系统根分区（根据实际分区调整设备名）
mount /dev/sda2 /mnt

# 挂载必要的虚拟文件系统
mount --bind /dev  /mnt/dev
mount --bind /proc /mnt/proc
mount --bind /sys  /mnt/sys

# 如果是 UEFI 系统，还需挂载 EFI 分区
mount /dev/sda1 /mnt/boot/efi

# 进入 chroot 环境
chroot /mnt

# 在此执行修复操作（重装 GRUB、修改密码、修复 fstab 等）
grub2-install /dev/sda
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

# 退出并重启
exit
reboot

发行版差异¶