一、系统引导流程与 GRUB2

引导链路

BIOS → MBR（启动代码）→ GRUB/GRUB2（bootloader）→ 内核 vmlinuz + initramfs → init/systemd

MBR 中的启动程序加载 GRUB，GRUB 负责加载内核（并向内核传递参数），内核挂载临时根文件系统 initramfs，最后交给 systemd 启动各类服务。

MBR 结构

硬盘的第一个逻辑块（扇区）用于存储 MBR 信息，共 512 字节：

MBR(512) = 启动代码(446) + 分区表(64) + 结束标志(2)

各发行版使用的引导程序

GRUB 配置文件位置

• CentOS 7（BIOS）：/boot/grub2/grub.cfg
• CentOS 7（UEFI）：/boot/efi/EFI/centos/grub.cfg
• Ubuntu：/boot/grub/grub.cfg

GRUB 设备命名

示例：第一块硬盘第三个分区中 /boot/vmlinuz 的 GRUB 路径为：

(hd0,msdos3)/boot/vmlinuz

常用 GRUB 命令

# 设置菜单显示风格
set timeout_style=menu

# 设置等待时间（秒）
set timeout=30

# 设置 GRUB 根分区
set root='hd0,msdos1'

# 设置默认启动项
set default=2

# 创建菜单项
menuentry 'My Menu Options' {
    ...
}

启动 Linux 的菜单项示例

menuentry 'Ubuntu 16.04.4' {
    set root='hd0,msdos1'
    linux /boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic root=/dev/sda1
    initrd /boot/initrd.img-4.4.0-116-generic
}

等价写法（把设备写在路径里）：

menuentry 'Ubuntu16.04.4' {
    linux (hd0,msdos1)/boot/vmlinuz-4.4.0-116-generic root=/dev/sda1
    initrd (hd0,msdos1)/boot/initrd.img-4.4.0-116-generic
}

/boot 分区与关键文件

• /boot 目录建议放在独立分区中；
• 该分区必须是主分区，并且建议使用 ext2 文件系统。

二、grub.cfg 与 grub2-mkconfig

自动生成配置

# Ubuntu：自动生成 grub.cfg
sudo update-grub

# CentOS 7（BIOS）：自动生成 grub.cfg
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

自定义菜单的持久化（关键注意事项）

直接编辑 /boot/grub2/grub.cfg 虽然立即可用，但运行 grub2-mkconfig（或内核升级触发的自动重建）会重新生成该文件，覆盖所有手动添加的 menuentry 块。

自定义菜单项应写入 /etc/grub.d/40_custom：

# 编辑自定义菜单文件
sudo vim /etc/grub.d/40_custom

在该文件中添加自定义 menuentry 块，每行格式与 grub.cfg 完全一致，例如：

menuentry "Windows 7" {
    insmod ntfs
    set root=(hd0,1)
    chainloader +1
}

• 文件必须保持可执行权限（-rwxr-xr-x），否则 grub2-mkconfig 会忽略它；
• 修改后执行 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 重新生成即可保留自定义菜单。

默认启动项

# 将默认启动项设为菜单中的某个条目（按名称匹配）
grub2-set-default "Windows 7"

# 查看当前保存的默认项
grub2-editenv list

# 查看 GRUB 环境变量文件
cat /boot/grub2/grubenv

需要在 /etc/default/grub 中设置 GRUB_DEFAULT=saved，使系统记住并使用 grub2-set-default 设定的值：

# 编辑 /etc/default/grub，确保包含以下行
GRUB_DEFAULT=saved

/boot/grub2/grubenv 中记录了 saved_entry 等下次启动相关的变量，一般通过 grub2-set-default、grub2-reboot 等命令维护，不建议直接手工编辑：

vim /boot/grub2/grubenv

BIOS 与 UEFI 的路径差异

执行 grub2-mkconfig 时务必指定正确的输出路径，UEFI 系统下若误写入 /boot/grub2/grub.cfg，配置不会生效。

三、CentOS 7 下添加 Windows 7 双系统引导

CentOS 7 使用 GRUB2 作为引导程序。当先安装 Windows 7、再安装 CentOS 7 时，GRUB2 通常会自动识别 Windows；若未识别，可手工添加引导菜单。适用于 CentOS 7 + GRUB2 + Windows 7 双系统环境。

1. 编辑 GRUB2 配置文件

vim /boot/grub2/grub.cfg

在合适位置添加如下菜单项：

menuentry "Windows 7" {
    insmod ntfs
    set root=(hd0,1)
    chainloader +1
}

参数说明：

• insmod ntfs：加载 NTFS 模块，使 GRUB 能识别 Windows 分区；
• hd0 代表第一块硬盘；
• 1 代表 Windows 7 所在的分区号，根据实际情况修改，例如 Windows 装在第二分区则为 (hd0,2)；
• chainloader +1 表示将引导权链式转交给该分区的引导扇区（第一个扇区）。

保存退出。

注意：在较新的 GRUB2 实践中，更推荐将自定义菜单写到 /etc/grub.d/40_custom 后执行 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg，避免内核升级或重新生成配置时 grub.cfg 被覆盖。原教程是直接修改 grub.cfg，此处保留作记录。

2. 将 Windows 7 设为默认启动项

grub2-set-default "Windows 7"

3. 检验默认项是否设置成功

grub2-editenv list

输出中 saved_entry 应显示为 Windows 7。

4. 查看/编辑 GRUB2 环境文件

vim /boot/grub2/grubenv

5. 在 GRUB 命令行临时引导 Windows

在 GRUB 菜单界面按 c 进入命令行，手工链式引导 Windows（假设 Windows 在 /dev/sda2）：

set root=(hd0,2)
chainloader +1
boot

6. 多系统菜单完整示例

将 Ubuntu/Mint/CentOS 的启动文件统一放在 boot 分区（如 /dev/sda3），通过 GRUB 配置多系统菜单：

• Ubuntu/Mint 使用 GRUB，配置在 (hd0,3)/grub/grub.cfg；
• CentOS 7 使用 GRUB2，配置在 (hd0,3)/grub2/grub.cfg。

在 GRUB 命令行分别启动各系统：

# Ubuntu
linux (hd0,3)/vmlinuz-4.4.0-116-generic root=/dev/sda1 quiet splash
initrd (hd0,3)/initrd.img-4.4.0-116-generic
boot

# Mint
linux (hd0,3)/vmlinuz-4.15.0-20-generic root=/dev/mapper/up-mint quiet splash
initrd (hd0,3)/initrd.img-4.15.0-20-generic
boot

# CentOS 7
linux (hd0,3)/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86_64 root=/dev/mapper/up-centos quiet splash
initrd (hd0,3)/initramfs-3.10.0-862.el7.x86_64.img
boot

完整的多系统 grub.cfg 示例：

insmod all_video
insmod gfxterm
insmod gettext
insmod lvm
insmod part_msdos
insmod ext2
insmod exfat
insmod iso9660
insmod loopback
insmod jpeg
insmod png
insmod cryptodisk

set gfxmode=auto
set locale_dir=$prefix/locale
set lang=zh_CN
set timeout_style=menu
set timeout=5
set default=0

background_image /boot/grub/bg.jpg

menuentry 'Ubuntu 16.04' {
    linux (hd0,3)/vmlinuz-4.4.0-116-generic root=/dev/sda1 quiet splash
    initrd (hd0,3)/initrd.img-4.4.0-116-generic
}

menuentry 'Mint 19' {
    linux (hd0,3)/vmlinuz-4.15.0-20-generic root=/dev/mapper/up-mint quiet splash
    initrd (hd0,3)/initrd.img-4.15.0-20-generic
}

menuentry 'CentOS 7' {
    linux (hd0,3)/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86_64 root=/dev/mapper/up-centos quiet splash
    initrd (hd0,3)/initramfs-3.10.0-862.el7.x86_64.img
}

menuentry 'Windows 7' {
    set root=(hd0,2)
    chainloader +1
}

menuentry 'CentOS 7 Install' {
    set root=(hd0,6)
    linux /vmlinuz linux repo=hd:/dev/sda6:/
    initrd /initrd.img
}

menuentry 'Mint 19 Install' {
    set root=(hd0,6)
    loopback loop /mint19.iso
    set root=(loop)
    linux /casper/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=/mint19.iso quiet splash --
    initrd /initrd.img
}

menuentry 'Ghost' {
    set root=(hd0,6)
    linux16 /memdisk c=2000 h=4 s=36 floppy
    initrd /ghost.img
}

menuentry '重启' {
    reboot
}

menuentry '关机' {
    halt --no-apm
}

四、单用户模式、救援模式与 root 密码重置

运行级别与目标

CentOS 7 已用 systemd target 取代运行级别，与单用户/救援相关的目标是：

在 GRUB 菜单中按 e 编辑目标菜单项，在 linux16/linux 内核行末尾追加参数即可临时进入：

systemd.unit=rescue.target
# 或
systemd.unit=emergency.target

编辑完成后按 Ctrl + x 启动。

忘记 root 密码的处理思路

思路一（推荐，CentOS 7 通用）：在 GRUB 菜单按 e 编辑启动项，在内核行末尾追加 rd.break，按 Ctrl + x 启动，进入 initramfs 的紧急 shell 后：

# 此时真实根文件系统以只读方式挂载在 /sysroot
mount -o remount,rw /sysroot
chroot /sysroot

# 修改 root 密码
passwd root

# 若启用了 SELinux，必须创建自动重新打标记的标志文件
touch /.autorelabel

exit
exit        # 系统继续启动并自动重新打标记（耗时较长），完成后自动重启

思路二：在内核行末尾追加 init=/bin/bash（或 CentOS 6 及更早的 single）进入 shell，再 mount -o remount,rw / 后执行 passwd root。

思路三：使用光盘/U 盘启动进入救援模式（安装介质菜单中的 Rescue installed system），挂载并 chroot 到原系统后改密码（步骤见下一节的 chroot 修复流程）。

安全提示：可以给 GRUB 加密码，防止他人在启动时修改 GRUB 参数进入单用户模式修改 root 密码。但 GRUB 密码并不绝对安全，攻击者仍可通过外部介质的 rescue 模式进入系统，物理访问控制才是根本。

五、MBR 与引导故障修复

1. MBR 与分区表的备份与恢复

以下两种备份方式任选其一：

# 1. 连同启动加载程序（MBR 全部 512 字节）一起备份
head -c 512 /dev/sda > /some/where/boot_sector.bin

# 2. 仅备份分区表（MBR 中偏移 446 开始的 64 字节）
head -c 510 /dev/sda | tail -c 64 > /some/where/partition_table.bin

恢复（慎用，会覆盖目标盘的 MBR）：

dd if=./mbr.txt of=/dev/sda bs=1 count=512

只恢复分区表时应写回 64 字节到偏移 446 处（dd ... bs=1 seek=446 count=64），不要整体覆盖 512 字节，避免破坏正常的启动代码。

2. 情况一：进入 grub> 命令行

当 grub.cfg 配置文件错误或丢失，开机会进入 grub> 命令行，此时可手工引导系统：

set root=(hd0,1)
linux /boot/vmlinuz-4.4.0-130-generic root=/dev/sda1
    # 输入 linux /boot/vmlinuz- 后可按 Tab 补全内核文件名
initrd /boot/initrd.img-4.4.0-130-generic
boot

进入系统后重新生成配置文件（update-grub 或 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg）即可恢复菜单。

3. 情况二：进入 grub-rescue> 命令行

当 GRUB 模块目录（i386-pc）丢失时，会进入 grub-rescue> 命令行。前提是已知 GRUB 目录所在分区（例如第一块硬盘的第一个分区）：

set prefix=(hd0,1)/grub       # 设置 grub 程序（模块）根目录
set root=(hd0,1)              # 设置默认根分区
insmod normal                 # 导入 normal 核心模块
normal                        # 运行 normal 模块，进入 grub 菜单

4. 直接重装 GRUB 引导程序（BIOS + MBR）

# 将 GRUB 引导程序写入 MBR，并生成 /boot 下相关文件
sudo grub-install /dev/sda

# Ubuntu 自动生成 grub.cfg
sudo update-grub

grub-install /dev/sda 会自动将 GRUB 引导程序写入 MBR，并在 /boot 下生成 GRUB 相关文件。CentOS 7 下对应的配置生成命令是 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg（注意该命令会重新生成并覆盖 grub.cfg，手工添加的 menuentry 会丢失，自定义菜单请写入 /etc/grub.d/40_custom）。

5. 借助第三方 Linux 系统修复（chroot 流程）

适用于根分区完整、只是引导程序或相关文件丢失导致无法启动的情况。可借助 U 盘、光盘或网络启动的 Linux 系统修复：

# 1. 挂载待修复系统的根分区
sudo mount /dev/sda1 /mnt

# 2. 挂载 boot 分区到 /mnt/boot
sudo mount /dev/sda3 /mnt/boot/

# 3. 绑定挂载内核相关目录（proc、sys、dev、tmp）
sudo mount -o bind /proc /mnt/proc/
sudo mount -o bind /sys  /mnt/sys/
sudo mount -o bind /dev  /mnt/dev/
sudo mount -o bind /tmp  /mnt/tmp/

# 4. 切换到待修复系统
sudo chroot /mnt

# 5. 重装 GRUB
sudo grub-install /dev/sda

在 chroot 环境中同样可以执行 passwd root 重置密码、修正 /etc/fstab 等操作，完成后 exit 退出并重启。

练习

练习 1：分区方案（含 Swap）

按照以下方案使用 fdisk 完成分区，并通过 t 修改分区类型：

注意：第一个/第二个分区已存在时不要动；分区结束后用 partprobe 刷新设备文件，再按需格式化、挂载。

练习 4：添加 Windows 引导项

1. 在 /etc/grub.d/40_custom 中添加 Windows 7 的 menuentry，确认文件具有可执行权限；
2. 执行 grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg 重新生成配置；
3. 用 grub2-set-default "Windows 7" 设为默认项，grub2-editenv list 验证 saved_entry；
4. 确认 /etc/default/grub 中 GRUB_DEFAULT=saved。

练习 5：引导故障修复演练

1. 备份 MBR（512 字节）和分区表（64 字节）到安全位置；
2. 重命名 /boot/grub2/grub.cfg，重启观察进入 grub> 命令行；
3. 在 grub> 下用 set root、linux、initrd、boot 手工引导进入系统；
4. 用 grub2-mkconfig 恢复配置文件；
5. 演练在 GRUB 菜单追加 rd.break，通过 chroot /sysroot 重置 root 密码（记得 touch /.autorelabel）。