Linux启动过程与（我的）分区方案

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本文写得很简单

这里主讲UEFI模式和GPT（分区类型），就不说传统BIOS模式和MBR（主引导记录，也是分区类型）了，毕竟它俩是旧的技术，而我喜欢新的技术

先说启动过程。可能需要先明白一些概念，如果不懂就…查啊

术语

firmware：固件（也就是固化在硬件里的软件

BIOS：Basic Input/Output System，基本输入输出系统

UEFI：Unified Extensible Firmware Interface，统一可扩展固件接口

GUID：globally unique identifier，全局唯一标识符

GPT：GUID Partition Table，GUID分区表

EFI：Extensible Firmware Interface，可扩展固件接口

ESP：EFI system partition，EFI系统分区

Linux启动过程

UEFI用于替代传统BIOS启动模式，因为比传统的模式少了BIOS自检这一步骤，所以能提高机器启动速度

Linux终端下面使用systemd-analyze plot > plot.svg可以生成一张SVG，里面显示了开机时间的详情。可以看见，UEFI的启动过程是这样的：

plot.svg的截图，系统启动时间一目了然

firmware → loader → kernel → systemd

其中，这里的firmware是UEFI，loader是GRUB，kernel是Linux内核，而systemd是在内核准备完毕后启动的第一个进程，它管理着Linux的所有服务（上图中systemd下方），包括CLI和GUI。systemd在被内核启动后启动其他的服务，直至系统准备完毕

注意，kernel和systemd同属于操作系统

如果是传统的BIOS模式，那在BIOS初始化之后，在启动loader之前还要多一步——BIOS自检

分区方案

首先要知道ESP分区（文件系统类型为EFI System）是个什么东西。ESP通俗地讲就是一个系统引导分区，里面包含已安装系统的引导程序或内核，硬件的驱动等

在讲我的分区方案之前，先来看看女儿Manjaro的一般分区方案

Manjaro一般分区方案中的ESP

安装时选择的自动分区就是一般的分区方案（这里请注意！硬盘已存在另一个系统是不要选择自动分区

输入lsblk命令查看，结果如下

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NAME                                          MAJ:MIN RM  SIZE RO TYPE  MOUNTPOINT
sda                                             8:0    0   32G  0 disk  
├─sda1                                          8:1    0  300M  0 part  /boot/efi
├─sda2                                          8:2    0 25.3G  0 part  
│ └─luks-4408d84f-c229-46ad-b2dc-10e3fd7cdeb4 254:0    0 25.3G  0 crypt /
└─sda3                                          8:3    0  6.5G  0 part  
  └─luks-27ba88d7-4ab9-4899-83a1-e526a59b8156 254:1    0  6.5G  0 crypt [SWAP]
sr0                                            11:0    1 1024M  0 rom

可以看见，sda1分区就是ESP分区，而sda2是根分区

P.S. ESP分区要作为第一个分区

由此可得，Manjaro把ESP分区挂载到/boot/efi目录了。我们都知道/boot是操作系统的内核目录，ls -al /boot命令查看，结果如下

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total 45812
drwxr-xr-x  5 root root     4096 9月  12 23:24 .
drwxr-xr-x 17 root root     4096 9月  12 23:23 ..
drwxr-xr-x  3 root root     4096 1月   1 1970 efi
drwxr-xr-x  5 root root     4096 9月  12 23:25 grub
-rw-r--r--  1 root root 29679415 9月  12 23:24 initramfs-4.14-x86_64-fallback.img
-rw-r--r--  1 root root 10607618 9月  12 23:23 initramfs-4.14-x86_64.img
-rw-r--r--  1 root root  1747456 8月   8 15:47 intel-ucode.img
-rw-r--r--  1 root root       22 8月  18 21:17 linux414-x86_64.kver
drwxr-xr-x  2 root root     4096 8月  18 23:04 memtest86+
-rw-r--r--  1 root root  4843280 8月  18 21:17 vmlinuz-4.14-x86_64

ls -al /boot/efi/EFI/结果如下

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total 16
drwxr-xr-x 4 root root 4096 9月  13 07:25 .
drwxr-xr-x 3 root root 4096 1月   1 1970 ..
drwxr-xr-x 2 root root 4096 9月  13 07:25 boot
drwxr-xr-x 2 root root 4096 9月  13 07:25 Manjaro

常见的分区方案中的ESP

在很多教程中，ESP都被直接挂载到/boot了，内核也放在这里，这样在命令行下安装Linux时比较方便，操作也简单

但是，作为一个有洁癖的人（还是强迫症？），这样不符合我的原则

我的分区方案

起初装Arch的时候，我用引导程序的并不是以GRUB为主，而是rEFInd（虽然现在只用GRUB…），在网上搜教程的时候找到了这个帖子，来看图

ESP结构最紧要整整齐齐

看到没，这才是更完美的分区方案，ESP分区的位置这样最合适不过了

具体结构看终端运行命令的结果。先说明，目前本子里有，256G固态+1T机械双硬盘，Arch Linux+Windows 10双系统，Arch里有默认和LTS双内核，其中ESP分区和双系统在固态硬盘（Arch占空间略多），/home分区（500G）和Windows的D盘和E盘在机械硬盘

P.S. 没有分配swap，因为服务器才需要，而我用作桌面

lsblk命令：

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NAME        MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINT
sda           8:0    0 931.5G  0 disk 
├─sda1        8:1    0   500G  0 part /home
├─sda2        8:2    0   200G  0 part 
└─sda3        8:3    0 231.5G  0 part 
nvme0n1     259:0    0 238.5G  0 disk 
├─nvme0n1p1 259:1    0   512M  0 part /esp
├─nvme0n1p2 259:2    0   137G  0 part /
├─nvme0n1p3 259:3    0    16M  0 part 
├─nvme0n1p4 259:4    0 100.1G  0 part 
└─nvme0n1p5 259:5    0   912M  0 part

ls -al /boot命令：

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total 85564
drwxr-xr-x  3 root root     4096 Jan 24 17:01 .
drwxr-xr-x 18 root root     4096 Dec 31 23:27 ..
drwxr-xr-x  6 root root     4096 Dec 23 08:53 grub
-rwxr-xr-x  1 root root 29097639 Jan 24 17:05 initramfs-linux-fallback.img
-rwxr-xr-x  1 root root  7757765 Jan 24 17:05 initramfs-linux.img
-rwxr-xr-x  1 root root 29517204 Jan 24 17:05 initramfs-linux-lts-fallback.img
-rwxr-xr-x  1 root root  7810297 Jan 24 17:05 initramfs-linux-lts.img
-rwxr-xr-x  1 root root  1747456 Aug 25 16:35 intel-ucode.img
-rwxr-xr-x  1 root root  5851008 Jan 17 06:38 vmlinuz-linux
-rwxr-xr-x  1 root root  5814144 Jan 17 14:35 vmlinuz-linux-lts

ls -al /esp/EFI/命令：

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total 28
drwxr-xr-x 7 root root 4096 Sep  1 06:44 .
drwxr-xr-x 3 root root 4096 Jan  1  1970 ..
drwxr-xr-x 3 root root 4096 Jan 24 17:01 Arch
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Aug 31 20:11 Boot
drwxr-xr-x 2 root root 4096 Sep  1 06:44 GRUB
drwxr-xr-x 5 root root 4096 Sep  1 06:15 HP
drwxr-xr-x 4 root root 4096 Aug 31 19:26 Microsoft

df -h命令：

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Filesystem      Size  Used Avail Use% Mounted on
dev             3.9G     0  3.9G   0% /dev
run             3.9G  1.4M  3.9G   1% /run
/dev/nvme0n1p2  134G   38G   90G  30% /
tmpfs           3.9G   30M  3.9G   1% /dev/shm
tmpfs           3.9G     0  3.9G   0% /sys/fs/cgroup
tmpfs           3.9G   26M  3.9G   1% /tmp
/dev/nvme0n1p1  511M  140M  372M  28% /esp
/dev/sda1       492G  172G  296G  37% /home
tmpfs           787M   32K  787M   1% /run/user/1000

这种结构在WiKi里也有详细介绍，现在总结一下我的分区方案挂载与安装grub时的操作

挂载：

如果固态硬盘不支持nvme协议，请把nvme0n1p1换成sda1，依次推类

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mount /dev/nvme0n1p2 /mnt
mkdir /mnt/esp
mount /dev/nvme0n1p1 /mnt/esp
mkdir -p /mnt/esp/EFI/Arch
mkdir /mnt/boot
mount -B /mnt/esp/EFI/Arch /mnt/boot
mkdir /mnt/home
mount /dev/sda1 /mnt/home

文字描述就是

  1. 挂载nvme0n1p2根分区到临时根目录/mnt
  2. 在根目录下创建esp目录
  3. 把nvme0n1p1即ESP分区挂载到esp目录
  4. 递归创建Arch目录（在ESP分区，或esp目录下
  5. 创建boot目录
  6. 挂载子目录Arch到boot目录（所以加了-B选项
  7. 创建home目录
  8. 挂载sda1即home分区到home目录

安装grub：

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grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/esp --bootloader-id=GRUB
grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg

注意上面--efi-directory的参数，和所生成配置文件的目录

至于ESP分区的大小，上面可以看见，我是分了512M的，要知道我可是装了双系统且Linux装了双内核并有两个grub主题，再看看已用的空间占比，仅28%，而已

目录树形结构

最后分别是Arch和Manjaro的相关目录树形结构，空行表示中间删掉了大部分不关紧要的，不删会很长很长

Arch的

tree /esp

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/esp
└── EFI
    ├── Arch
    │   ├── grub
    │   │   ├── fonts
    │   │   │   └── unicode.pf2
    │   │   ├── grub.cfg
    │   │   ├── grubenv
    │   │   ├── locale
    │   │   │   ├── ast.mo
    │   │   │   ├── ca.mo

    │   │   │   ├── vi.mo
    │   │   │   ├── zh_CN.mo
    │   │   │   └── zh_TW.mo
    │   │   ├── themes
    │   │   │   ├── arch-leap
    │   │   │   │   ├── archlogo.png

    │   │   │   │   ├── theme.txt
    │   │   │   │   └── TRADEMARKS
    │   │   │   └── starfield
    │   │   │       ├── blob_w.png

    │   │   │       ├── terminal_box_w.png
    │   │   │       └── theme.txt
    │   │   ├── unicode.pf2
    │   │   └── x86_64-efi
    │   │       ├── acpi.mod

    │   │       └── zfs.mod
    │   ├── initramfs-linux-fallback.img
    │   ├── initramfs-linux.img
    │   ├── initramfs-linux-lts-fallback.img
    │   ├── initramfs-linux-lts.img
    │   ├── intel-ucode.img
    │   ├── vmlinuz-linux
    │   └── vmlinuz-linux-lts
    ├── Boot
    │   └── bootx64.efi
    ├── GRUB
    │   └── grubx64.efi
    ├── HP
    │   ├── BIOS
    │   │   ├── Current
    │   │   │   ├── 0820D.bin
    │   │   │   └── 0820D.sig
    │   │   ├── New
    │   │   │   └── 0820D.s12
    │   │   └── Previous
    │   ├── BIOSUpdate
    │   │   ├── BiosMgmt32.efi

    │   │   └── HpBiosUpdate.sig
    │   └── DEVFW
    │       ├── Current
    │       ├── New
    │       └── Previous
    └── Microsoft
        ├── Boot
        │   ├── BCD

        │   │   └── memtest.efi.mui
        │   └── zh-TW
        │       ├── bootmgfw.efi.mui
        │       ├── bootmgr.efi.mui
        │       └── memtest.efi.mui
        └── Recovery
            ├── BCD
            ├── BCD.LOG
            ├── BCD.LOG1
            └── BCD.LOG2

63 directories, 539 files

Manjaro的

tree /boot

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32
/boot/
├── efi
│   └── EFI
│       ├── boot
│       │   └── bootx64.efi
│       └── Manjaro
│           └── grubx64.efi
├── grub
│   ├── fonts
│   │   └── unicode.pf2
│   ├── grub.cfg
│   ├── grubenv
│   ├── themes
│   │   └── starfield
│   │       ├── blob_w.png
│   │       ├── boot_menu_c.png

│   │       ├── terminal_box_w.png
│   │       └── theme.txt
│   └── x86_64-efi
│       ├── acpi.mod

│       └── zfs.mod
├── initramfs-4.14-x86_64-fallback.img
├── initramfs-4.14-x86_64.img
├── intel-ucode.img
├── linux414-x86_64.kver
├── memtest86+
│   └── memtest.bin
└── vmlinuz-4.14-x86_64

10 directories, 313 files

参见

  1. 【图片】KISS: Arch EFISTUB ( 不使用GRUB，直接用主板作为引导器 )【archlinux吧】_百度贴吧
  2. EFI system partition - ArchWiki