2018年7月21日 星期六

開始了解 GPT 並安裝 grub

早期硬碟的主要分割區最多只有 4 個,搭配老式的 BIOS(開機作業程序),基本上運作不成問題,但隨著新一代作業系統需要高容量儲存空間以及更多分割區的作業需求, 必須升級程 EFI , 甚至進階到 UEFI,硬碟分割表也必須跟著升級成GPT(GUID partition table)才能因應各種任務,因此有必要去了解 GPT 的運作常識,之前分割硬碟我常使用工具程式 fdisk, 但這回為了要製作 GPT, 在 Linux 作業系統上需要改用 gdisk, 大部份指令(使用 ? 就可以列表出來)與 fdisk雷同, GPT 為了與老式 BIOS 相容,使用 id 編號 0xEE 來識別, 因此用 fdisk 來看硬碟時只會看到 0xEE 的 GPT 分區,改用 gdisk 才能列表查 GPT 各分區磁區佔用的情形,還蠻容易操作的.底下列出 gdisk 一些常用到的指令:
      l            列出各種可用的註冊編號(list known partition types)
      n           在 GPT 內新增一個分區
      o           新建一個空的 GPT
      p           列出 GPT 內各分區資訊
      q           離開 gdisk
      t            修改 GPT 內分區的註冊編號(change a  partition's type code)
      v           驗證 GPT 內容
      w          將修改的內容寫到 GPT 內
      ?           列出所有可用指令

如果是用隨身碟製作 GPT,在劃分完後,可能需要拔插隨身碟一遍, 讓新的分割表可以被 Linux kernel 重新識別. 使用 partprobe 就可讓 kernel 重新讀取裝置的 partition table,而無需熱插拔:
      sudo partprobe /dev/sdb

為了能跑各種不同的作業系統,安裝像是 grub 2.0 的 bootloader 是一個非常實用的步驟,而要讓grub 一開機就取得主導權, 就必須先在 GPT 內新增一個編號 0xEF02 BIOS Boot partition 分區(簡稱 BBP),大小只要 1MiB 就足夠了,該分區不需要去規劃它(Format).目前我將 /dev/sdb1 保留給 grub 當作開機啟動區(BBP),大小設定成 64 MiB

但如果要啟動 EFI 相容的像是 Windows boot loader的啟動程序,就需要在 GPT 新增一個編號 0xEF00 EFI System 分區,大小約 500MiB 就夠了,該分區簡稱為 ESP (EFI System Partition),它必須規劃成(Format) FAT32,而所有用來啟動 EFI 的程序檔案就放在該分區的特定目錄底之下,底下將規劃 /dev/sdb2 成 EFI filesystem, 而 /dev/sdb3 將規劃成 ntfs:      
       sudo su      
       mkfs.fat  -F32 /dev/sdb2
       mkfs.ntfs /dev/sdb3

如果是要安裝 Linux 作業系統, 可以在 GPT 內新增一個編號 0x8300 Linux filesystem 分區,再規劃成(Format) EXT4 並將作業系統等檔案,甚至一些 grub bootloader 重要程序及驅動程式都可以放在該分區內,底下將 /dev/sdb2 規劃 EFI filesystem, 而將 /dev/sdb3 規劃成 Linux ext4 filesystem, 準備將 grub 開機程序注入 /dev/sdb 而 boot loader 的其它必要檔案將複製到 /dev/sdb3:
        sudo su
        mkfs.fat -F32 /dev/sdb2
        mkfs.ext4 /dev/sdb3

準備要安裝 grub bootloader, 先將磁碟分區 /deb/sdb3 掛到檔案系統上(例如 /mnt):
        mount  /dev/sdb3   /mnt

傳統 BIOS 則只要安裝 grub 到 BBP 就可以讓 grub 取得開機主導權, 若是安裝 32 位元的 grub:
        grub-install --root-directory=/mnt   /dev/sdb

若是安裝 64 位元的 grub:
        grub-install --root-directory=/mnt  --target=x86_64-efi   /dev/sdb

接著要製作符合 EFI 格式的 loader, 需事下載並安裝好 64 位元版的 grub-efi-amd64-bin 或是 32 位元版的 grub-efi-ia32-bin, 若是安裝 64 位元的版本,檔案會被複製到 /usr/lib/grub/x86_64-efi 目錄底下, 32 位元的版本則會被安裝到 /usr/lib/grub/i386-efi 目錄底下:
        sudo apt-get install grub-efi-amd64-bin  grub-efi-ia32-bin

準備將 /dev/sdb2 用來作為 EFI  開機區(簡稱ESP), 其實只要將 bootx64.efi 或 bootia32..efi 加上 grub.cfg 兩個檔案放到 ESP 特定目錄(通常 bootx64.efi 或 bootia32.efi 要放在 /EFI/BOOT, 而 grub.cfg 要複製到 /boot/grub 或 EFI/BOOT 目錄裏面), 就能讓 grub 取得開機主導權, 其中檔案 bootx64.efi 或 bootia32.efi 可以用 grub-mkimage 製作出符合 EFI 格式的執行檔, 64 位元的執行檔:
        umount   /mnt
        mount /dev/sdb2 /mnt
        cd /mnt
        mkdir  EFI    boot
        mkdir  EFI/BOOT   boot/grub
        grub-mkimage   -d /usr/lib/grub/x86_64-efi -o EFI/BOOT/bootx64.efi  -p /boot/grub   -O x86_64-efi  fat iso9660 part_gpt part_msdos normal boot linux linux16 configfile loopback chain efifwsetup efi_gop  efi_uga ls search search_label search_fs_uuid search_fs_file gfxterm gfxterm_background gfxterm_menu test all_video loadenv exfat ext2 ntfs btrfs hfsplus udf   cat

若是要用 32 位元的執行檔:
        grub-mkimage   -d /usr/lib/grub/i386-efi  -o EFI/BOOT/bootia32.efi  -p /boot/grub    -O i386-efi      fat iso9660 part_gpt part_msdos normal boot linux linux16 configfile loopback chain efifwsetup efi_gop efi_uga ls search search_label search_fs_uuid search_fs_file gfxterm gfxterm_background gfxterm_menu test all_video loadenv exfat ext2 ntfs btrfs hfsplus udf  cat

稍微編輯一下 /mnt/boot/grub/grub.cfg 的菜單, 將以下內容輸入存檔.
#==== begin of grub.cfg ===========
set timeout=2
set default=0
hiddenmenu

menuentry "Linux mint 173 Read Only" {
set root=(hd0,3)
set iso=/boot/linux173.iso
loopback loop $iso
linux (loop)/casper/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=$iso quiet slash locale=zh_TW.UTF-8
initrd (loop)/casper/initrd.lz
}
#==== end of grub.cfg ===========

需注意的是 grub.cfg 要放在 grub 可以抓到的地方(內定是 /boot/grub/grub.cfg).否則開機找不到時會跳進命令列模式(這時可以試試用 configfile 命令去指定檔案所在的地方讓它秀出選單). 最後將 linux 的 iso 檔複製到 linux 分區, 從上述 grub.cfg 的設定可以看出來, iso  開機檔是磁碟 0 第 3 分區(hd0,3) 的檔案 /boot/linux173.iso,

p.s. 經上述過程製作好的隨身碟, 用 usb hub 將它跟滑鼠及鍵盤連接我的 windows 10 平板電腦(型號是華碩的 vivotab 8, M80TA), 先單按電源鍵開機, 等燈亮起後放開,接著同時按住電源加上音量down鍵, 直接進入 EFI BIOS, 關閉  EFI secure boot 及  fast boot, USB controller 視需要改成 EHCI 或 XHCI, 儲存之後重新開機,按住 ESC 鍵就會跳出選單,選擇從 USB 隨身碟開機,讓 vivo tab 8 進入 linux mint 的世界, 但遺憾的是無線網路不通,觸控螢幕及觸控筆都無法運作. 但玩過一遍之後,我了解了 EFI  GPT 的運作模式,這是最大收穫的地方

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