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：

1. 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）
2. 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）。
3. 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）
4. 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
5. 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
6. 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
7. 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）
8. 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：

1. 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
   

2. 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：

1. 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）

2. 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
      

3. 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