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Linux 系统启动与 GRUB2 核心操作指南

java 2025/7/30 7:22:17

Linux 系统启动与 GRUB2 核心操作指南

Linux 系统的启动过程是一个环环相扣的链条，从硬件自检到用户登录，每一步都依赖关键组件的协作。其中，GRUB2 引导器和systemd 进程是核心枢纽，而运行级别则决定了系统的启动状态。以下是系统启动流程、关键配置及故障处理的详细解析

一、Linux 系统启动全流程

系统启动从硬件通电到登录界面出现，可分为 8 个关键步骤，层层递进：

开机自检（POST）
计算机通电后，BIOS/UEFI 会对 CPU、内存、硬盘等硬件进行检测，确保硬件正常工作。检测通过后，定位启动设备（如硬盘）
MBR 引导
从启动设备的MBR（主引导记录） 中读取引导程序 GRUB2（MBR 位于硬盘第一个扇区，仅 512 字节）。
GRUB2 菜单加载
GRUB2 读取配置文件/boot/grub2/grub.cfg，解析内容并显示引导菜单（如多系统选择、内核版本选择）
加载 Linux 内核
用户选择内核后，GRUB2 将内核文件（如/boot/vmlinuz-xxx）和初始化内存盘（/boot/initramfs-xxx.img）载入内存
内核初始化
内核接管系统控制权，完成内存分配、进程调度、驱动加载等基础环境搭建，为后续进程运行铺路
启动 systemd 进程
内核初始化完成后，启动系统第一个进程systemd（进程号为 1），它是所有后续进程的父进程
设置运行级别
systemd 读取/etc/systemd/system/default.target文件，确定系统默认运行级别，并启动对应级别的服务（如网络、图形界面）
进入登录界面
所有服务启动完成后，系统弹出登录界面，等待用户输入账号密码

二、运行级别：系统状态的 “开关”

运行级别定义了系统启动后的状态，通过对应的 target 文件控制。传统的 0-6 级别与 systemd 的 target 对应关系如下：

运行级别	对应 target	描述
0	poweroff.target	关机
1	rescue.target	单用户模式（无网络，用于修复）
2	multi-user.target	多用户模式（无网络，较少使用）
3	multi-user.target	完全多用户模式（命令行界面，有网络）
4	（保留）	未定义，可自定义（保留）
5	graphical.target	图形化界面（含命令行功能）
6	reboot.target	重启

常用操作命令：

查看当前默认运行级别：systemctl get-default
设置默认运行级别（如命令行）：systemctl set-default multi-user.target
临时切换到图形界面（不改变默认）：systemctl isolate graphical.target

三、GRUB2 引导器：启动的 “总开关”

GRUB2 是系统启动的关键引导程序，负责加载内核。以下是其核心配置与维护操作：

生成 GRUB2 配置文件
当内核更新或引导菜单需要修改时，需重新生成grub.cfg：

grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg  # 推荐方式，直接写入配置文件
# 或 grub2-mkconfig > /boot/grub2/grub.cfg

GRUB2 加密：防止未授权修改
为避免他人通过 GRUB2 菜单篡改系统（如破解密码），可对 GRUB2 加密：
- 明文加密（简单但密码可见）：
  编辑/etc/grub.d/00_header，添加：
```
cat << EOF
set superusers="zhangsan"  # 定义管理员用户
password zhangsan 123456   # 用户名+密码（明文）
EOF
```
  生成配置：grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
- 密文加密（更安全）：
  先生成密文密码：
```
grub2-mkpasswd-pbkdf2  # 输入密码后，复制输出的密文（不含空格）
```
  编辑/etc/grub.d/00_header，添加：
```
cat << EOF
set superusers="tom"  # 管理员用户
password_pbkdf2 tom 复制的密文  # 密文密码
EOF
```
  生成配置：grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg

四、应急处理：破解 root 密码与修复 GRUB2

系统故障时，需掌握关键修复技巧：

破解 root 密码（忘记密码时）：
1. 重启系统，在 GRUB2 菜单按e进入编辑模式；
2. 找到内核行（以linux16或linux开头），末尾添加rd.break，按Ctrl+X启动；
3. 进入伪系统，重新挂载根目录为读写模式：
```
mount -o remount,rw /sysroot
```
4. 切换到真实系统环境：chroot /sysroot；
5. 修改 root 密码：
```
passwd root  # 手动输入新密码
# 或 echo "新密码" | passwd --stdin root  # 非交互式设置
```
6. 修复 SELinux 标签（避免权限问题）：touch /.autorelabel；
7. 退出并重启：exit（两次，第一次退出 chroot，第二次重启系统）
修复 GRUB2 引导器（误删 GRUB2 目录时）：
1. 重新安装 GRUB2 到硬盘（以/dev/sda为例）：
```
grub2-install /dev/sda
```
2. 生成配置文件恢复菜单：
```
grub2-mkconfig -o /boot/grub2/grub.cfg
```
修复 /boot 目录（内核文件丢失时）：
1. 进入救援模式（从安装盘启动，选择 “Rescue a Linux system”）；
2. 挂载系统根目录到/mnt/sysroot，并切换到该环境：chroot /mnt/sysroot；
3. 挂载安装光盘（提供内核包）：mount /dev/cdrom /mnt；
4. 重新安装内核（需替换为实际内核版本）：
```
rpm -ivh /mnt/Packages/kernel-3.10.0-xxx.rpm --force
```
5. 恢复 GRUB2（同上述 “修复 GRUB2” 步骤）；
6. 退出并重启：exit（两次）

总结：启动流程与核心操作要点

Linux 启动的核心逻辑是 “硬件自检→引导程序→内核→初始化进程→服务启动”，其中GRUB2和systemd是两大关键组件。掌握运行级别的切换、GRUB2 的配置与加密、以及应急修复（如破解密码、恢复引导器），能有效应对系统启动故障。记住：配置修改后及时生成 GRUB2 配置文件，是避免引导失败的关键习惯

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