Linux 引导启动配置与关机

发表于 2021-09-18 更新于 2023-05-13 分类于 Linux ， 1.基本操作阅读次数：本文字数： 3.4k 阅读时长 ≈ 11 分钟

启动引导程序

目前在 Linux 下主要的引导启动程序是 Grub（Grand Unified Bootloader）或 Grub2。通常，Grub2 的主程序会将配置文件放到 /boot/grub2 目录下。而 Grub 则直接修改 /boot/grub/grub.conf，这是一个非常简单的配置文件。

Grub2 引导程序的特点有：

它能够识别和支持更多的文件系统，并且可以使用 Grub2 的主程序在文件系统中直接搜索内核文件名。
在启动时，可以自行编辑和修改启动设置项目，类似于 bash 的命令模式。
它能够动态搜索配置文件，无需在修改配置后重新安装 Grub2。

Grub2 对硬盘的代号设置与 Linux 中不同，一般用下面代号：

(hd0,1)：这是默认的语法，Grub2 会自动判断分区的格式。
(hd0,msdos1)：这表示磁盘的分区采用传统的 MBR 模式。
(hd0,gpt1)：这表示磁盘的分区采用 GPT 模式。

硬盘代号用小括号 () 括起来，并按搜索顺序对硬盘进行编号，第一个分区从 1 开始计算，与 Grub 的从 0 开始计算不同。

默认情况下，系统已经安装了 Grub2。在特殊情况下，如果需要手动安装 Grub2，可以使用 grub2-install 命令。例如，将其安装到 /dev/sdc 下：

[root@101c7 ~]$ grub2-install /dev/sdc
Installing for i386-pc platform.
Installation finished. No error reported.

Grub2 配置文件

Grub2 的配置文件路径为 /boot/grub2/grub.cfg：

[root@101c7 ~]$ cat /boot/grub2/grub.cfg
#
# DO NOT EDIT THIS FILE
#
# It is automatically generated by grub2-mkconfig using templates
# from /etc/grub.d and settings from /etc/default/grub
#

### BEGIN /etc/grub.d/00_header ###
set pager=1

if [ -s $prefix/grubenv ]; then

此文件内容繁多，开头第一句就警告应该由 grub2-mkconfig 命令来创建配置，而不是直接修改它。

第一部分以 ### BEGIN /etc/grub.d/00_header ### 开头，包含了环境设置和默认值设置等内容。其中比较重要的是 set default 默认开机选项和 set timeout 默认超时时间。

第四部分以 ### BEGIN /etc/grub.d/10_linux ### 开头，设置了各个开机选择项 menuentry。每个选项都具有不同的启动参数和模块载入。其中比较重要的内容包括：

set root：设置 Grub2 配置文件所在的分区 (hd0,msdos1)，可以使用 mount 命令查看挂载的分区。

[root@101c7 ~]$ mount | grep boot
/dev/sda1 on /boot type xfs (rw,relatime,seclabel,attr2,inode64,noquota)
[root@101c7 ~]$ fdisk -l
Disk /dev/sda: 21.5 GB, 21474836480 bytes, 41943040 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 512 bytes
Disk label type: dos

结果显示 /boot 被挂载在 /dev/sda1 下，分区格式为 MBR。

linux16 /vmlinuz：指定内核文件以及内核文件运行时的参数。由于 /boot 是独立分区，这里的内核文件路径是 (hd0,msdos1)/vmlinuz。如果 /boot 挂载在根目录下，内核文件路径将变为 (hd0,msdos1)/boot/vmlinuz，即 linux16 /boot/vmlinuz。root 后面指定的是 Linux 系统中根目录挂载的设备。
initrd16 /initramfs：指定虚拟文件系统 img 的位置。

Grub2 配置维护

可以通过修改 /etc/default/grub 文件和 /etc/grub.d/ 目录内的相关配置文件来修改 Grub2 的配置。

查看 /etc/default/grub 文件的内容：

[root@101c7 ~]$ cat /etc/default/grub 
GRUB_TIMEOUT=5
GRUB_DISTRIBUTOR="$(sed 's, release .*$,,g' /etc/system-release)"
GRUB_DEFAULT=saved
GRUB_DISABLE_SUBMENU=true
GRUB_TERMINAL_OUTPUT="console"
GRUB_CMDLINE_LINUX="crashkernel=auto rd.lvm.lv=centos/root rd.lvm.lv=centos/swap rhgb quiet"
GRUB_DISABLE_RECOVERY="true"

其中，重要选项的含义如下：

GRUB_TIMEOUT：设置选择菜单等待超时的秒数。设为 0 表示不等待，设为 -1 表示必须手动选择。
GRUB_TIMEOUT_STYLE：可以设置的值为 menu、countdown、hidden 等，默认为 menu。该参数用于确定是否显示菜单。将其设置为 countdown 或 hidden 可使用户看不到任何内容。
GRUB_DEFAULT：菜单默认选择的项目。可以设置为 saved、数字、title 名、ID 名等，具体取决于 menuentry 的设置。例如，如果配置中定义了三个 menuentry：
```
menuentry 'CentOS' --unrestricted $menuentry_id_option 'linux-1'
menuentry 'Debian' --unrestricted $menuentry_id_option 'gnulinux'
menuentry 'Windows' --unrestricted $menuentry_id_option 'win'
```
那么对应 GRUB_DEFAULT 的值：
- 值为 1 表示选择排在第二个定义的 Debian 系统，因为数字编号从 0 开始。
- 值为 win 表示选择排在第三个定义的 Windows 系统，通过 ID 选取。
- 值为 saved 表示使用 grub2-set-default 来设置默认值，通常默认为 0。
GRUB_TERMINAL_OUTPUT：信息输出的终端模式。可以设置的值有 console、serial、gfxterm、vga_text 等。
GRUB_CMDLINE_LINUX：内核的额外参数功能，用于设置内核启动时需要添加的额外参数。

例如，将菜单等待时间修改为 30 秒，然后使用 grub2-mkconfig 命令重建 grub.cfg：

[root@101c7 ~]$ sed -i 's/GRUB_TIMEOUT=5/GRUB_TIMEOUT=30/g' /etc/default/grub ; head -1 /etc/default/grub
GRUB_TIMEOUT=30
[root@101c7 ~]$ grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
Generating grub configuration file ...
Found linux image: /boot/vmlinuz-3.10.0-1160.41.1.el7.x86_64
Found initrd image: /boot/initramfs-3.10.0-1160.41.1.el7.x86_64.img
Found linux image: /boot/vmlinuz-3.10.0-862.el7.x86_64
Found initrd image: /boot/initramfs-3.10.0-862.el7.x86_64.img
Found linux image: /boot/vmlinuz-0-rescue-77a36143eb014dd5a0d6e738b1d84778
Found initrd image: /boot/initramfs-0-rescue-77a36143eb014dd5a0d6e738b1d84778.img
done
[root@101c7 ~]$ grep timeout /boot/grub2/grub.cfg
if [ x$feature_timeout_style = xy ] ; then
  set timeout_style=menu
  set timeout=30
# Fallback normal timeout code in case the timeout_style feature is
  set timeout=30

接下来看一下 /etc/grub.d 文件夹的内容：

[root@101c7 ~]$ ll /etc/grub.d
total 72
-rwxr-xr-x. 1 root root  8702 Mar 16  2021 00_header
-rwxr-xr-x. 1 root root  1043 Mar 21  2019 00_tuned
-rwxr-xr-x. 1 root root   232 Mar 16  2021 01_users
-rwxr-xr-x. 1 root root 10781 Mar 16  2021 10_linux
-rwxr-xr-x. 1 root root 10275 Mar 16  2021 20_linux_xen
-rwxr-xr-x. 1 root root  2559 Mar 16  2021 20_ppc_terminfo
-rwxr-xr-x. 1 root root 11169 Mar 16  2021 30_os-prober
-rwxr-xr-x. 1 root root   214 Mar 16  2021 40_custom
-rwxr-xr-x. 1 root root   216 Mar 16  2021 41_custom
-rw-r--r--. 1 root root   483 Mar 16  2021 README

可以看到文件名与 grub.cfg 中的段头对应。其中主要的文件包括：

00_header：用于创建初始的显示项目，包括需要加载的模块分析、屏幕终端格式、倒数秒数、菜单是否隐藏等。大部分设置在 /etc/default/grub 中的变量会在这个脚本中使用，用于重建 grub.cfg。
01_users：用于设置账号密码，以控制每个菜单选项的访问权限。权限分为三种：不受限（unrestricted）、用户（users）、超级用户（superusers）。只有超级用户可以使用启动项编辑模式。
10_linux：根据分析 /boot 下面的文件，尝试找到正确的 Linux 内核文件与虚拟文件系统镜像等，脚本会将找到的文件路径写入到 grub.cfg 中。因为每一个内核文件都会建立一个启动选项，所以可以适当删除旧内核文件来精简启动菜单。
30_os-prober：这个脚本用来找其他分区中可能存在的操作系统，如果找到则将其加入启动菜单中。可以在 /etc/default/grub 中加上 GRUB_DISABLE_OS_PROBER=true 参数来取消这一扫描。
40_custom：用来手动添加菜单项目。例如想新增一个 menuentry 来指定开机进入图形模式，可以在 grub.cfg 中复制一个 menuentry 段，修改对应的 title、id 与 linux16 后面的参数（增加 systemd.unit=graphical.target），然后再用 grub2-mkconfig 命令重建 grub.cfg 即可。

设置多重引导

多重引导使用开机管理程序的链接（Chain Loader）功能，将开机引导程序指向其他位置。只需要设置另一个开机引导程序所在分区代号和所在扇区就可以了。

假设系统有一块硬盘两个分区，分别装了 Linux（sdb1）和 Windows（sdb2），我们需要增加两个开机选项，一个指向 Windows 开机菜单，一个回到 MBR 的默认环境。40_custom 文件内容大致如下：

[root@101c7 ~]$ vi /etc/grub.d/40_custom 
#!/bin/sh
exec tail -n +3 $0
# This file provides an easy way to add custom menu entries.  Simply type the
# menu entries you want to add after this comment.  Be careful not to change
# the 'exec tail' line above.
menuentry 'Windows' --id 'win' {
        insmod chain
        insmod ntfs
        set root=(hd0,msdos2)
        chainloader +1
menuentry 'MBR' --id 'mbr' {
        insmod chain
        set root=(hd0)
        chainloader +1
"/etc/grub.d/40_custom" 14L, 469C written

其中最重要的是载入 chain 和 ntfs 模块，由此 Grub2 才能正确读取文件系统执行 Chain Loader 功能。

启动项编辑模式

在启动菜单出现后，可以按下 e 进入启动项编辑模式。也就是直接编辑 grub.cfg 文件内容。

例如，可以在 systemd.unit 中指定为 rescue.target，这样就能直接进入救援模式，而不需要先进入系统。修改完毕后，使用快捷键 [Ctrl]+x 来执行。

启动异常处理

通常因为某些不正常的设置或不正常关机导致无法顺利开机时,可以进入 rescue 模式去处理.

忘记 root 密码

在使用 grub 做引导的系统可以这样处理：

启动系统，在选择启动项的界面下，按 e 进入默认启动项 grub 编辑模式。
移动到有 kernel 那行，再按一次 e 进入编辑界面，在最后方输入 single。
按下回车，再按下 b 就可以进入单用户维护模式。
这一模式下可以直接用 passwd 命令修改 root 密码。

CentOS 7 中 rescue 模式也需要 root 密码才能登录，因此可以进入 emergency 救援模式：

按 e 进入编辑默认启动项 grub，找到 linux16 那行，在最末尾输入 init=/bin/sh，按 [Ctrl]+x 执行；
进入 emergency 模式后，输入 mount -o remount,rw / 命令将根目录挂载为可读写模式；
然后使用 passwd 命令设置新的 root 密码；
最后输入 touch /.autorelabel 更新系统信息，让 SELinux 生效；
执行 exec /sbin/init 或 reboot 即可退出救援模式。

通过 rd.break（Ram Disk 里面的操作系统）内核启动参数也可以处理：

同样在编辑默认启动项 grub，在 linux16 那行末尾加入 rd.break 参数，按 [Ctrl]+x 执行；
此时进入的是 Ram Disk 环境，系统被挂载到 /sysroot 目录下，用 mount -o remount,rw /sysroot 重新挂载；
用命令 chroot /sysroot 来切换根目录，并使用 passwd 命令修改密码；
同样用 touch /.autorelabel 来变回 SELinux 的安全标签。重启即可。

touch /.autorelabel 命令的作用：

在救援模式下系统没有 SELinux，所以用 passwd 命令修改了 /etc/shadow 文件后，它的 SELinux 安全标签会被取消，在 SELinux 为 Enforcing 模式下会无法登录系统。
创建 /.autorelabel 文件就是要让系统在开机时自动使用默认 SELinux 类型重写入 SELinux 安全标签到每个文件。
如果不想让每个文件都更新标签，可以改完密码后，将 SELinux 运行模式改为 permissive（修改 /etc/selinux/config 文件）。再重新开机后运行 restorecon -Rv /etc 仅恢复 /etc 目录下的默认安全上下文类型。最后将 SELinux 配置文件的运行模式改回 enforcing，用 setenforce 1 来生效。

文件系统错误

断电或不正常关机会导致文件系统错误，通常是软件数据问题。如果根目录没有损坏，可以进入维护模式下使用fsck命令修复ext4格式的分区。修复完毕后以reboot重启即可：

[root@101c7 ~]$ fsck /dev/sda2
fsck from util-linux 2.23.2

如果是xfs格式分区则使用xfs_repair命令：

[root@101c7 ~]$ xfs_repair /dev/sda2
xfs_repair: cannot open /dev/sda2: Device or resource busy

如果整个硬盘只有一个大区，那文件系统错误一定是根目录的问题。这时候需要将硬盘拔下来，接到另外一台 Linux 系统的机器上，并且不要挂载，以root身份执行fsck或xfs_repair命令修复。

还有一种方法是使用 U 盘刻成 Live CD，在 U 盘启动的系统中执行修复命令。

关机重启

切换运行级别和模式并不会重启.

查看用户在线状态

如果有其他用户在线，强制关机可能会导致用户文件丢失，可以先使用who命令查看当前已登录的用户信息：

[user1@101c7 root]$ who -Hu
NAME     LINE         TIME             IDLE          PID COMMENT
root     tty1         2021-09-11 09:35  old          897
root     pts/0        2021-09-15 12:12   .          5334 (192.168.2.101)
root     pts/1        2021-09-14 08:40  old        55207 (192.168.2.101)

数据写回

默认情况下，某些加载到内存中的数据不会直接被写回硬盘，而是暂存在内存中。可以手动同步将数据写入硬盘：

[user1@101c7 root]$ sync

使用重启或关机命令前也会自动调用sync命令。

当非管理员使用sync命令时，只会更新该用户的操作数据。

关机操作

通常使用 shutdown 命令来进行关机操作。

立即关机：

[user1@101c7 root]$ shutdown -h now

预定在 21:00 关机。如果当前时间超过 21:00 则会在隔天 21:00 才关机：

[user1@101c7 root]$ shutdown -h 21:00

预定 2 分钟后关机，并发送消息：

[root@101c7 ~]$ shutdown -P 120 "will  poweroff"
Shutdown scheduled for Wed 2021-09-15 16:01:48 EDT, use 'shutdown -c' to cancel.

取消即将进行的关机操作：

[root@101c7 ~]$ shutdown -c
[root@101c7 ~]$ 
Broadcast message from root@101c7 (Wed 2021-09-15 14:01:54 EDT):

The system shutdown has been cancelled at Wed 2021-09-15 14:02:54 EDT!

重启操作

重启命令可用 reboot 或 halt，选择其一即可。

立即强制关机：

[root@101c7 ~]$ halt -P -f

同步后重启系统：

[root@101c7 ~]$ sync; sync; sync; reboot

切换执行等级

可以通过 init 命令来切换运行级别，例如进入单用户维护模式：

[root@localhost ~]$ init 1
Broadcast message from root@localhost.localdomain on pts/1 (Fri 2019-07-05 15:40:59 CST):

The system is going down to rescue mode NOW!

在 CentOS 7 中则是由 systemctl 来管理模式之间的切换，例如切换到救援模式：

[root@101c7 ~]$ systemctl isolate rescue.target