第二天：系统从BIOS/UEFI到GRUB/bootloader的启动过程

一、BIOS/UEFI初始化阶段

1. 硬件自检（POST）

   • BIOS/UEFI通电后首先执行硬件自检（Power-On Self Test），检查CPU、内存、硬盘等设备的运行状态，确保硬件正常。
   • UEFI相比传统BIOS更先进，支持**GPT分区表、安全性增强（如Secure Boot）**和更快的启动速度。

2. 硬件初始化与配置加载

   • BIOS/UEFI初始化系统硬件，读取CMOS（或NVRAM）中的配置参数，如启动顺序、时间设置等。
   • UEFI还会加载**内置驱动程序（如网络驱动、USB驱动）**以支持更多外设。

3. 启动设备搜索

   • 根据配置的启动顺序（如硬盘、光驱、USB），BIOS/UEFI识别可引导设备并加载其引导记录：

• BIOS模式：加载硬盘的主引导记录（MBR，512字节），其中包含引导代码（446字节）和分区表（64字节）。
• UEFI模式：直接加载EFI分区中的引导程序（如EFI/BOOT/bootx64.efi）。

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二、引导加载程序（GRUB）的启动过程

1. BIOS模式下的GRUB分阶段加载

• Stage 1：

  • BIOS将MBR中的引导代码（Stage 1）加载到内存地址0x7C00并执行。

  • Stage 1代码会跳转到MBR后的未分配空间（或分区表后的空间），加载Stage 1.5。

• Stage 1.5：

  • 处理文件系统（如ext4、NTFS），定位并加载Stage 2的GRUB核心模块。
  • 此阶段支持GRUB的高级功能，如菜单选择、内核参数编辑。

• Stage 2：

  • 加载GRUB配置文件（如/boot/grub2/grub.cfg），显示启动菜单，允许用户选择操作系统或内核版本。
  • 根据配置加载内核（如vmlinuz）和初始化内存文件系统（initramfs）到内存。

2. UEFI模式下的GRUB加载

• UEFI直接加载EFI分区中的GRUB二进制文件（如/EFI/BOOT/bootx64.efi），跳过MBR阶段。
• GRUB在UEFI环境中同样执行Stage 2的加载流程，但无需Stage 1的中继。

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三、操作系统内核加载与初始化

1. 内核加载

   • GRUB将内核镜像（如vmlinuz）和initramfs加载到内存。
   • 内核参数（如root=/dev/sda1 ro quiet splash）通过GRUB传递给内核。

2. 内核初始化

   • 内核接管系统控制权，初始化硬件（如CPU模式切换、内存管理）、挂载根文件系统（通过initramfs）。
   • 启动第一个用户空间进程（PID 1），通常是systemd（现代Linux）或init（传统系统）。

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四、关键组件与配置文件

• GRUB配置文件：/boot/grub2/grub.cfg定义了启动菜单选项及内核参数。
• initramfs：临时文件系统，用于在真实根文件系统挂载前提供驱动和工具。
• /boot目录：存放内核镜像、GRUB模块和其他引导文件。

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五、故障排查与恢复

• 引导修复：若MBR损坏，可通过grub-install命令重新安装GRUB。
• 紧急模式：通过GRUB菜单编辑参数（如init=/bin/bash）进入紧急Shell。
• 密码恢复：在GRUB菜单编辑启动参数（如rw init=/bin/bas