grub2下常见系统初始化错误的分析和解决

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grub rescue> grub> (initramfs) 是开机错误时，常见到的状况。
我将分以下几个部份说明：
一、开机出现 grub rescue 指令模式
二、开机出现grub指令模式
三、可见到grub menu，但无法开机
四、开机进入initramfs模式
五、处理grub的异常状况
第5部份，是前面四种错误处理完后，进入系统该接著处理的事情。不然下次开机仍会发生一样的问题。
我会附上我如何重现这种错误，各位可以在虚拟机上试看看。除了可以学会如何排除问题，也可以更了解Linux系统开机流程的运作。

解决方法一般是3步:
启动盘开机,
chroot 到硬盘系统.
执行update-grub.

一、开机出现 grub rescue 指令模式
假如看到grub rescue，表示mbr (master boot record)的资料，完全对应不上磁盘的状况，所以无法辨别系统的所有分区，更不用说连grub menu都无法读入。所以，处理的方法就是帮他找到grub的设置。

grub rescue>ls
(hd0), (hd0,msdos3), (hd0,msdos2), (hd0,msdos1)
ls可以列出所有的硬碟与分区，(hd0)是第一个硬碟，(hd0,msdos1)是第一颗硬碟的第一个分区。以此类推。输入指令时，可以简写成(hd0,1)表示。若是GPT分割，出现的会是(hd0,gpt0)的格式。

接下来我们必须了解各分区，到底是什麼分区？所以我们可以用ls列出文件列表判断，格式如下：
grub recue> ls (hd0,1)/
grub recue> ls (hd0,2)/
grub recue> ls (hd0,3)/
确定各个分区那个是 / ，哪个是/boot，哪个是swap后，就可以开始继续处理。现在假设 / 是(hd0,3)，/boot 是(hd0,2)。
假如是grub rescue，却只出现(hd0)，那表示你的分区表已经损坏；假如是出现initramfs，ls 应该不会出现(hd0)，而是类似根目录下的目录。
额外说明一下，(hd0,2)/grub下的i386-pc或者x86_64-efi目录，是放置grub模组所在：前者出现在以mbr开机的系统，后者出现在efi开机的系统。你可以尝试 ls 看看，会发现列出一堆.mod档，这是开机所需要的文件，稍候我们也会需要其中一个模组。

接下来是正式设置，其实只有四行指令：
grub rescue> set root=(hd0,3)
grub rescue> set prefix=(hd0,2)/grub
grub rescue> insmod normal
grub rescue> normal

第一行指令：设置根目录所在的分区
第二行指令：设置grub目录。这样他才知道哪里去找模组。此行设置错误，第三行指令执行时，就无法载入模组。假如你的 /boot 没有额外分割，那这行就要写成 set prefix=(hd0,3)/boot/grub
第三行指令：载入normal模组
第四行指令：执行normal模组
normal模组作用是什麼？他会把一些指令，文件系统模组，及其他需要的模组自动呼叫进来。
假如你的grub.cfg没有问题，应该就可以看见grub菜单了。提醒一点，这模式下，指令只要打错，只能开机重来，无法重打一次覆盖之前的命令。
进入系统后，记得处理grub的异常状况
附注：我利用fdisk的expert mode重新变更分区的顺序，产生这样的问题

二、开机出现grub指令模式
这类问题通常发生在，mbr可以找到对应的磁盘与各分区，却无法找到可用有效的grub.cfg。
这时候，相关的模组已经载入，所以比grub rescue好处理，打错可以重打一次覆盖之前的命令，也可以用上下键重复之前的命令。
同样用 ls 找出相关的分区，并检查哪个分区是根目录，哪个分区是 /boot ，方法与之前的grub rescue相同。现在假设 / 是(hd0,3)，/boot 是(hd0,2)

命令有四行：
grub> set root=(hd0,3)
grub> linux (hd0,2)/vmlinuz-3.11.0-18-generic root=/dev/sda3
grub> initrd (hd0,2)/initrd.img-3.11.0-18-generic
grub> boot
第一行：设置根目录所在的分区
第二行：设置核心所在，并设置根目录所在分区
第三行：设置虚拟系统启动核心所在。

注：如果是grub0.9.8.e即grub-legacy在开机区，那么需要把linux改成kernel
第四行：开机
我怎麼知道核心的完整名称为何？用ls去查一下就可以了。
假如你的 /boot 没有额外分割，第二行要改成 (hd0,3)/boot/vmlinuz-3.11.0-18-generic，且后面指定root=/dev/sda3可以省略；第三行要改成(hd0,3)/boot/initrd.img-3.11.0-18-generic。
假如你系统的其他部份没有问题，应该就会进入系统了。不会见到grub菜单。
进入系统后，记得处理grub的异常状况
注：我删除grub.cfg来重现这种错误。

三、可见到grub menu，但无法开机
系统可以找到grub.cfg，但是上头的资料有问题，无法找到核心。常发生在变更分割表后，因grub无法辨识uuid或者label造成

在grub menu可选择'e'，对menuentry进行修改
修改前，大约会如下：
setparams 'Ubuntu'
recordfail
load_video
insmod gzio
insmod part_msdos
insmod ext2
set root='hd1,msdos2'
if [ x$feature_platform_search_hint = xy ]; then
search --no-floppy --fs-uuid --set=root --hint-bios=hd1,msdos2 --hint-baremetal=ahci1,msdos2 1ad522f5-2d6f-4a74-b827-245e168e8b35
else
search --no-floppy --fs-uuid --set=root 1ad522f5-2d6f-4a74-b827-245e168e8b35
fi
echo'Loading Linux 3.11.0-18 ...'
linux/boot/vmlinuz-3.11.0-18-generic root=UUID=1ad522f5-2d6f-4a74-b827-245e168e8b35 ro quiet splash $vt_handoff
echo'Loading initial ramdisk ...'
initrd/boot/initrd.img-3.11.0-18-generic

可以把他修改成最基本的样式：
setparams 'Ubuntu'
set root=(hd0,3)
linux (hd0,2)/vmlinuz-3.11.0-18-generic root=/dev/sda3
initrd (hd0,2)/initrd.img-3.11.0-18-generic

输入完成后，按Ctrl-x或者F10开机。
是不是很像开机出现grub指令模式的处理方法？因为两者都是grub.cfg的异常所造成，所以必须告诉grub核心在哪里。
还有一个小技巧，其实两者的处理方式可以一模一样：按下Ctrl-c或者F2，就会进入指令模式，与开机出现grub指令模式的处理方法完全相同。若是你搞不清楚哪个分区是/boot？哪个是根目录？指令模式会比较好用。
进入系统后，记得处理grub的异常状况。
注：我修改grub.cfg来造成这样的问题。

四、开机进入initramfs模式
假如开机过程，一直到载入核心都没问题，但是其他的文件系统却无法正常挂载，导致开机失败，就会进入initramfs模式。
什麼是initramfs？就是initrd.img，他其实就是一个核心的内存版，开机过程中，直接放上内存，形成一个虚拟的系统，然后再把其他的文件系统挂载进来，换成真正的核心来控制。
所以你可以 ls 看一下，就会发现就是一个类似linux系统的文件结构。

但他真的很简陋，你可以到bin与sbin下看看，就知道这个系统有多简陋。所以我们必须把原有磁盘中的文件系统挂载进来。其实这个过程，就跟真的开机过程类似。小心，initramfs下不会显示所在的目录，小心「迷路」。
blkid可以检视有哪些磁盘与分区（没有fdisk可用...），我们可以利用mount挂载进来看。我们假设你已经确认：/ 在/dev/sda3，/boot在/dev/sda2
mkdir mnt
mount /dev/sda3 /mnt
mount /dev/sda2 /mnt/boot
这两个顺序不要颠倒，因为/boot是在根目录之下的
接著需要把一些必要设备档、系统档、与内存挂载到真实的根目录去，以提供真实的根目录使用。
mount --bind /dev /mnt/dev
mount --bind /sys /mnt/sys
mount -t proc proc /mnt/porc

假如你还有其他分区，也要一并挂载到相对应的目录。
再来就要把根目录切换到真实的根目录去了：
chroot /mnt
好了，现在你应该看到每行最前面的initramfs已经变成root@(none)，你已经开始使用真实的根目录，很多工具也回来了。如果你对系统够了解，加载模组，连上网路都是可行的。
稍微解释一下chroot。这个指令会把你的根目录切换到你指定的地方，切换过去后，你会从这里开始你的root身份，在这里你拥有所有的权限。这个技巧很重要，不仅用在修复系统。到目前为止，你所作的事，就跟真实的开机流程类似。有兴趣的人，不妨多了解一点。
不过现在首要的事情，是处理grub的异常状况（请看第五段），因为你已经进入系统了，虽然功能不全，但已经足以让你处理问题了。
这里额外提供一个技巧，blkid可以查看磁盘分区的uuid，比对 /etc/fstab 后，可能你会需要修改 /etc/fstab 里的数据。为了方便修改，你可以先把查询的结果放在 /etc/fstab 的后面：
blkid >> /etc/fstab

假如你习惯使用vi：
vi /etc/fstab
假如你实在搞不清楚vi，没关系，nano应该比较容易上手：
nano /etc/fstab

上下比对修改应该不会太难。最后记得把旧的设置，前面加上'#'，这样才不会冲突。存档。键入sync。重新开机。（因为很多模组没有挂上，你无法reboot或shutdown，只能直接电源键关机。）
假如都正常了，应该就会进入系统。大多数的状况下，不需要额外的处理。因为你已经处理完了。
注：我利用tune2fs修改分区的uuid，来造成这样的问题。

五、处理grub的异常状况
会出现grub异常状况，几乎都与挂载设置，grub设置，或磁盘开机区有关，所以请处理以下三件事：
1. 检查并修改 /etc/fstab ：
/etc/fstab 是系统挂载分区的必要文件。请确认里面的uuid是否与实际状况相符？实际的uuid可以藉由sudo blkid取得。若有不符的状况，请修改。现在ubuntu已经默认使用uuid来辨识分区，这种辨识方式，可以避免系统的混淆。当然他仍支持以往用设备名称辨识的方法。
2. 更新 /boot/grub/grub.cfg ：
sudo update-grub
3. 重新安装grub到磁盘开头的开机区
sudo grub-install /dev/sda
若有问题，可能需要强制安装
sudo grub-install /dev/sda --force
若不是/dev/sda，请自行修改。
以下三个参数要注意，必要时要特别加入
--boot-directory=[path]
--efi-directory=[path]
--uefi-secure-boot

这三件事，请依序执行详情请man grub-install

额外提醒：
这类的错误常常不是单一发生。所以以上的部份，你有可能不只要处理一种。要有点耐心。
心得：
在重现错误的过程当中，我才知道现在grub2已经改良到，很多小错误他都能自行处理。原本我以为会有问题的，结果都顺利开机，只是要稍微等待，等他扫描储存硬件。这种发展真让人叹为观止！

另外，卸载旧grub的方法：

移除旧版 sudo apt-get remove --purge grub；

重新安装新版：sudo apt-get install --reinstall grub2-common

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