1. GRUB 介绍
计算机在启动的时候，首先由BIOS中的程序执行自检，自检通过后，就根据CMOS的配置找到第一个可启动磁盘的MBR中的Boot Loader程序（一般在启动盘的第一个物理扇区，占416字节），并把控制权交给Boot Loader，由Boot Loader进一步完成操作系统内核的加载。当Boot Loader找到内核之后，就把控制权交给操作系统内核，由内核继续完成系统的启动。
可以看出，Boot Loader 是计算机启动中第二个要执行的程序，它是引导操作系统的关键程序。可以引导操作系统的Boot Loader主要有LiLo、GRUB以及Windows下的MBR程序。其中，GRUB是目前使用最为广泛，并且非常优秀的一款启动引导程序。
(1) GRUB特性
q 提供了图形和文本两种操作接口
q 提供文本格式可手工修改的配置文件
q 支持动态加载需要的模块
q 可以移植到不同的平台上
q 支持国际化语言，如英文，中文，日文汉文等多字节语言
q 跨平台的安装，允许从另一个平台上安装GRUB
q 支持rescue模式，可用于系统无法引导的情况
q 支持多种可执行文件格式，支持各种a.out格式和ELF格式
q 多文件系统识别。如BSD FFS，DOS FAT16，FAT32和Linux ext2fs
q 支持压缩文件的解压缩。能够解压缩被gzip压缩的文件
q 能够使用BIOS所检测到的全部RAM空间
q 支持硬盘的LBA模式，能够访问8GB以外的全部硬盘空间
q 支持网络引导，可以通过TFTP协议从网络上得到操作系统映象文件并引导
(2) GRUB对设备的命名
首先，GRUB对设备的命名必须包含在小括号( )内；其次，GRUB不区分IDE硬盘和SCSI硬盘，统一使用hdx，其中x指定BIOS中硬盘的编号，并从0开始计数，而且IDE硬盘编号小于SCSI硬盘；第三，GRUB用fdx指定软盘设备，x是软盘驱动器号。下面是一些GRUB对设备命名的举例：
q (fd0)表示第1个软盘
q (hd0,1)表示第1个硬盘的第2个分区
q (hd0,0)/boot/vmlinuz表示第1个硬盘的第一个分区下的boot/目录下的vmlinuz文件。如果没有指定某个分区，则表示使用整个设备，否则只使用指定的分区
q (hd0,2,a)专用于FreeBSD，FreeBSD有一个slice概念，把一个分区进一步分为几个slice，此处指明是第1块硬盘的第3个分区中的slice a
(3) GRUB的执行流程
GRUB的工作原理如图5.2所示。当系统加电后，固化在BIOS中的程序首先对系统硬件进行自检，自检通过后，就加载启动磁盘上的MBR，并将控制权交给MBR中的程序(stage1)，stage1执行，判断自己是否GRUB，如果是且配置了stage1_5，则加载stage1_5，否则就转去加载启动扇区，接着，stage2被加载并执行，由stage2借助stage1_5驱动文件系统，并查找grub.conf，显示启动菜单供用户选择，然后根据用户的选择或默认配置加载操作系统内核，并将控制权交给操作系统内核，由内核完成操作系统的启动。
图4-2 GRUB执行流程
从上面的叙述可以看出，GRUB涉及到几个重要的文件：
第一个就是stage1。它被安装在MBR扇区（0面0磁道的第1扇区），大小为512字节（446字节代码+64字节分区表+2字节标志55AA），它负责加载存放于0面0道第2扇区的start程序。
第二个是stage1_5。stage1_5负责识别文件系统和加载stage2，所以stage1_5往往有多个，以支持不同文件系统的读取。在安装GRUB的时候，GRUB会根据当前/boot/分区类型，加载相应的stage1_5到0面0磁道的第3扇区。stage1_5是由start加载的。
第三个是stage2。它负责显示启动菜单和提供用户交互接口，并根据用户选择或默认配置加载操作系统内核。同前两个文件不同，stage2是存放在磁盘上/boot/grub下。
第四个是menu.lst(/boot/grub/grub.conf的链接)。grub.conf是一个基于脚本的文本文件，其中包含菜单显示的配置和各个操作系统的内核加载配置。GRUB根据grub.conf显示启动菜单，提供同用户交互界面。GRUB正是根据用户选择或默认配置和grub.conf的内核配置加载相应的内核程序，并把控制权交给内核程序，使得内核程序完成真正的操作系统的启动。
其它重要文件，GRUB除了上面叙述的主要文件之外，还包括支持交互功能的一些磁盘程序。主要包括/sbin/下的grub、grub-install、grub-md5-crypt和grub-terminfo和/usr/bin/mbchk，以及/boot/grub下的设备映像文件(device.map)和菜单背景图像文件(splash.xpm.gz)。
通过上面的分析总结，可以很容易地看出，GRUB实际上包含两部分，一部分被安装在磁盘的特殊扇区，另外一部分则以文件的形式存在。要让GRUB启动操作系统，就必须首先把GRUB的stage1和stage1_5(根据文件系统自动选择是否安装)安装到磁盘的特殊扇区，另外，在磁盘的/boot/grub下存在有grub.conf、device.map等文件和支持交互的程序，而且这些程序必须在PATH环境变量指定的路径中。具备了这些知识，相信不管是安装、配置、备份或修复GRUB都不是件很难的是情。下面，就来逐个讲解这些知识。
2. 编译安装GRUB
一般情况下，当完成Linux操作系统的安装后，系统中已经安装好了LILO或GRUB引导程序。由于系统出现故障或需要更换LILO为GRUB时，需全新或重新安装GRUB。如何安装和配置GRUB就是下面要介绍的内容。而有时候，GRUB出现了故障，但并不需要重新安装，从后面的内容中，读者也可以读到如何修复GRUB的知识。
(1) 下载安装包
可以从ftp://alpha.gnu.org/gnu/grub/下载GRUB的源码。具体安装方法请参考下面的内容，这里的安装过程都是在RHEL 4中进行的。
(2) 检查是否安装GRUB
#rpm -q grub
如果显示grub-0.95-3.5或其它版本的GRUB的信息，说明系统已经安装了，则执行如下命令首先将其卸载：
#rpm -e grub
(3) 编译源码安装
a.) 编译条件
要编译GRUB的源代码，系统必须具备以下条件：
q GCC2.95或者以上版本
q 安装了GNU Make
q binutils2.9.1.0.23或者个更高版本
q Texinfo 4.0或者更高版本
q Autoconf 2.5x
q Automake 1.7 或者更高版本
b.) 编译安装
这里，假设下载的GRUB源代码为grub-0.95.tar.gz，并放在~/（当前用户的主目录）下。通过编译源代码安装GRUB的基本过程如下：
#tar -zxvf grub-0.95.tar.gz #解压源代码
#cd grub-0.95 #转入grub目录
#./configure #生成Makefile文件
#make install #编译代码并安装
(4) 安装GRUB到MBR
GRUB的工作目录是在/boot/grub下，而make install并没将其安装到/boot/grub。所以，安装完成后要执行如下一些操作：
a） 把/usr/local/share/grub/i386-pc/目录下的所有文件统统拷贝到/boot/grub/目录下
#cp /usr/local/share/grub/i386-pc/* /boot/grub/
b） 在/boot/grub下创建grub.conf文件，并建立一个到grub.conf的软链接menu.lst
#cd /boot/grub
#touch grub.conf
#ln -s grub.conf menu.lst
注意！如果已经存在grub.conf，就最好不要再次创建，需要时直接修改即可。
c） 确认/usr/local/sbin和/usr/local/bin在PATH变量的值中，执行如下命令检查
#env |grep PATH
如果发现/usr/local/sbin和/usr/local/bin不在PATH变量中，可以通过如下命令修改：
#export PATH=$PATH /usr/local/sbin:/usr/local/bin
d） 安装GRUB到MBR
GRUB在启动中，被BIOS调用，只有放在MBR中才可以被调用，所以，GRUB要让BIOS调用，就必须安装在MBR中。实际上是将stage1安装到MBR中，也可能根据文件系统选择安装了stage1_5。下面，提供几个安装GRUB的例子：
#grub-install /dev/hda //将GRUB安装到第1块IDE硬盘的MBR
#grub-install /dev/sda //将GRUB安装到第1块SCSI硬盘的MBR
#grub-install /dev/fd0 //将GRUB安装到软盘
#grub-install /dev/hda1 //将GRUB安装到第1快硬盘的0扇区，当用其它引导程序引导系统时，往往选择这种方式，以免覆盖其它引导程序。
e） 在GRUB的命令行模式下安装GRUB
关于GRUB命令行模式及其操作方法请参考3小节的内容。在系统显示启动菜单时候按下c键，或者系统启动后在命令行执行/usr/sbin/grub程序，都可以进入GRUB的命令行模式。命令行模式下安装GRUB的基本过程如下：
q 指定启动设备
grub>root (hd0,0) #除了root后必须有空格，别的位置均不能有空格！
此处（hd0，0）是指第1块硬盘的第1个分区。如果不能确定包含GRUB的stage1文件的分区，可以通过find指令查找确定：
grub> find /boot/grub/stage1 #查找stage1
GRUB将会查找文件/boot/grub/stage1并显示包含这个文件的设备名，这个设备就是上面要用到的设备。
q 安装GRUB
grub> setup (hd0) #除了setup后必须有空格，别的位置均不能有空格！
这条命令将会在第1块硬盘的MBR安装GRUB，如果不想在MBR安装GRUB，而是希望将GRUB安装在某分区的引导扇区的话，可以用下面的命令安装：
grub> setup (hd0,0) #除了setup后必须有空格，别的位置均不能有空格！
这将会在第1块硬盘的第1个分区的引导扇区安装GRUB。
q 退出GRUB
grub>quit
f） 重启机器，新安装的GRUB生效
3. GRUB的交互操作
为了方便用户交互使用GRUB，GRUB提供了交互模式，下面分别作一介绍：
(1) 命令行模式
登陆Linux系统后，在命令行中输入grub，便可以进入到命令行模式。如图4-3所示。进入命令行模式后GRUB会给出一个命令提示符“grub>”，此时就可以键入命令，按回车执行。此模式下允许类似于Bash shell的命令行编辑功能：
q <C-f>或<右箭头键> 光标右移一个字符
q <C-b>或<左箭头键> 光标左移一个字符
q <C-a><HOME> 到这一行的开头
q <C-e>或<END> 到行尾
q <C-d>或<DEL> 删除光标处的字符
q <C-h>或<BackSpace> 删除光标左边的字符
q <C-k> 删除光标右边的所有字符（包括光标处的字符）
q <C-u> 删除光标左边的所有字符（包括光标处的字符）
q <C-y> 恢复上次删除的字符串到光标位置
q <C-p>或<向上键> 历史记录中的上一条命令
q <C-n>或<向下键> 历史记录中的下一条命令
图4-2 启动时GRUB命令行模式在命令行模式下<tab>键有补全命令的功能，如果你敲入了命令的前一部分，键入<tab>系统将列出所有可能以你给出的字符串开头的命令。如果你给出了命令，在命令参数的位置按下<tab>键，系统将给出这条命令的可能的参数列表。
在计算机启动的时候，GRUB首先显示启动菜单，这是如果用户按键盘的“c”键，便进入如图4-4所示的命令行模式，它的操作和在Linux的命令行模式是一样的。
(2) 菜单模式
系统在启动时，如果找到/boot/grub/menu.lst，则grub显示grub并进入菜单模式，如图4-4所示。菜单模式下用户可以选择要启动的操作系统，或者修改配置。菜单的定义在menu.lst文件中，也可以从菜单模式按<c>键进入命令行模式，并且可以按<ESC>键从命令行模式返回菜单模式。菜单模式下按<e>键将进入菜单编辑模式。
(3) 菜单编辑模式
菜单编辑模式用来对菜单项进行编辑改变，其界面和菜单模式的界面十分类似，不同的是菜单中显示的是对应某个菜单项的命令列表。如果在编辑模式下按下<ESC>，则取消所有当前对菜单的编辑并回到菜单模式下。在编辑模式下选中一个命令行，就可以对这条指令进行修改，修改完毕后按下回车，GRUB将提示你确认并完成修改。如果你想在当前命令列表中增加一条命令，按<o>在当前命令的下面增加一条指令，按<O>在当前命令前处增加一条指令，按<d>删除一条指令。
在实际中，菜单模式用于选择要启动的操作系统，菜单编辑模式用于临时修改编辑启动菜单，这样的修改可疑通过命令写入MBR活指定的分区，但并不影响grub.conf。命令行模式也是一样，可以通过命令方式动态启动一个操作系统，同时也不影响grub.conf。所以，菜单编辑模式和命令行模式常常用来安装GRUB到MBR或动态引导一个操作系统。而GRUB的配置文件，则是系统启动时GRUB程序必须加载的配置文件，这个文件中有关于GRUB的各种配置。不需要用户每次启动都执行繁琐的命令了。
4. GRUB配置文件
grub.conf是GRUB的配置文件，其结构比较简单，可以分为两部分，第一步分是全局配置，另外一部分就是每个操作系统的启动配置。其中可以有多个操作系统的菜单配置。下面就是一个具体的例子。
#=================/boot/grub/grub.conf文件范例==================
timeout 30 # 等待用户选择菜单项的时间（以秒计），超时则引导默认的选项
default 0 # 默认选项，第一项
fallback 1 # 如果第一项出错，则启动下面的后备选项
splashimage=(hd0,0)/grub/splash.xpm.gz #GRUB启动画面
#以下是启动Linux的配置
titleRed Hat Linux Enterprise AS3 for syd168 #启动项的菜单标题
root (hd0,0) #指定根文件系统，第1块硬盘第1个扇区中的/boot。
kernel /vmlinuz-2.4.18 ro root=LABEL=/ #内核在/boot中
initrd /initrd-2.4.18-14.img #启动RAM盘在/boot下
#以下是启动Windows的配置，如果只有Linux就不需要
title Windows2003 Enterprise for syd168 #Windows启动菜单标题
root noverify(hd0,1) #该操作系统在hd0的第二分区，不mount
chainloader +1 #从第一个硬盘的第二个分区引导Windows
#=================/boot/grub/grub.conf文件范例==================
上面的例子，只是简单说明了GRUB中启动Linux和Windows的配置方法。更多的启动配置请参考下面内容。
5. 引导多系统配置
GRUB支持多操作系统引导。用GRUB引导后可以进入命令行模式或者菜单模式，可以通过灵活的命令行模式选择引导各个分区的操作系统，指定引导参数。GRUB支持三种引导方法，一种是直接引导操作系统内核，另一种是通过chainload进行间接引导，第三种就是通过网络引导操作系统。
对于GRUB能够支持的Linux，FreeBSD，OpenBSD，NetBSD，GUN Mach等可以通过直接引导完成，但是对于GRUB不支持的操作系统（如Windows），需要用第二种方法chainload来完成。下面就分别来看看这几种引导方法：
(1) 直接引导
配置过程通常如下：
a） 用root命令设置包含操作系统内核的根设备
b） 用kernel命令装载内核映象文件，如果这个内核引导的时有参数的话，可以直接将参数加在内核文件名的后面
c） 用module或modulenounzip装载内核模块
d） boot开始引导
(2) chainload引导
a） 设置GRUB的根设备，用rootnoverify (hdx，y)指定
b） 开始引导，用chainloader +1指定，此处“+1”是指示GRUB读入分区的第一个扇区的引导记录。
c） 执行boot开始引导
以上是一般的chainloader方式，对于DOS和WINDOWS，可以简单地用两条指令进行引导：chainloader (hdx，y)+1，然后boot，其中x，y用来指明所在分区号。
(3) 从网络引导：
为了使GRUB能够支持从网络引导，需要在编译时打开网络支持选项（请参考源文件中的netboot/README.netboot）。另外，要在网络中设置两个服务：动态IP服务（BOOTP、DHCP或RARP）和FTP服务。然后，分别针对不同的服务器BOOTP，DHCP或RARP运行bootp，dhcp或rarp。如果一切设置无误的话GRUB就会给出IP，IP netmask和TFTP服务器的IP和网关的IP地址。最后，从网上得到操作系统的映象文件。下面是一个例子：
grub> bootp
Probing...[NE*000]
NE2000 base ...
Address: 192.168.110.23 Netmask: 255.255.255.0
Server: 192.168.110.14 Gateway: 192.168.110.1
grub> root (nd)
grub> kernel /tftproot/gnumach.gz root=sd0s1
