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本系列講座詳細解析了Linux系統從按下電源到出現登入畫面的完整開機流程，並深入探討了啟動載入器GRUB (Grand Unified Bootloader) 的運作原理、歷史與設定方式。講座將開機過程劃分為啟動載入器 (Boot Loader)、核心 (Kernel) 載入與初始化，以及作業系統初始化等三個主要階段，闡述了每個階段的任務、可能的故障點及其對應的螢幕現象，幫助聽眾根據顯示訊息診斷問題。<br><br>
講座重點講解了目前主流使用的GRUB2，內容涵蓋其歷史背景、模組化設計、多階段啟動機制（Stage 1與Stage 2）、目錄結構、設定檔的產生方式，並比較了GRUB2與舊版GRUB Legacy在硬碟命名、設定檔管理等方面的差異。講師強調GRUB2的設定檔應透過update-grub等指令自動產生，不建議手動編輯。此外，講座也實際操作示範了如何修改設定檔以客製化開機選單（如顯示隱藏選單、設定倒數計時），旨在讓聽眾全面理解電腦開機的複雜性以及GRUB在其中扮演的關鍵角色。
知識點
=== Linux開機啟動過程 ===
* 開機過程概述
** 講座範圍：從按下電源開關，到可以輸入密碼之前的過程。
** 目的：讓聽眾瞭解開機啟動過程與細節，以便在電腦無法正常開機時，能根據過程中的資訊判斷問題點。
** 開機過程是分層啟動與分層轉交的：硬體自檢(BIOS/UEFI) -&gt; 轉交給硬碟的開機磁區(MBR/GPT) -&gt; 啟動載入器(Boot Loader) -&gt; 載入並執行核心(Kernel) -&gt; 核心初始化並轉交給作業系統 -&gt; 作業系統初始化。
* 開機的三個主要階段
** 第一階段：啟動載入器 (Boot Loader)：對應開機選單。如果連開機選單都看不到，問題就出在第一階段。
** 第二階段：核心 (Kernel) 載入：在開機選單選擇後，會有一段時間螢幕上跳動黑白字元，這就是核心在載入與初始化。
** 第三階段：作業系統初始化 (System Initialization)：當看到彩色的字元開始跳動時，代表進入了作業系統初始化階段。
* 開機失敗的診斷方法
** 看不到開機選單：問題在第一階段，與啟動載入器有關。
** 看到開機選單，但選擇後停在黑白字元畫面：問題在第二階段，可能是核心(Kernel)出錯，或核心找不到作業系統無法讀取。
** 看到彩色字元，但無法進入登入畫面：問題在第三階段，作業系統初始化失敗。畫面最後留下的訊息通常是錯誤提示。
* 各階段的權責轉交
** BIOS/UEFI：完成硬體檢測後，根據設定的開機順序，尋找硬碟的 MBR 或 GPT，並將主控權轉交給它。
** 啟動載入器 (Boot Loader)：從 MBR 啟動後，顯示開機選單。使用者選擇後，它會找到對應的核心檔案，載入到記憶體中，然後將主控權轉交給核心。
** 核心 (Kernel)：接管主控權後開始啟動，主要任務是識別電腦的所有硬體（CPU、記憶體等）並載入相應的驅動程式。識別完成後，將主控權轉交給作業系統的初始化程序。
** 作業系統 (System)：接管主控權後，開始啟動大量系統服務（如電源管理、安全服務等），螢幕上會顯示一連串的 "OK"。服務啟動完畢後，顯示登入畫面。
=== 啟動載入器 (Boot Loader) 概論 ===
* 啟動載入器的作用與限制
** MBR 結構：包含Bootloader (446 bytes)、分割區表 (64 bytes) 和結束標記 (55 AA)。
** 主要任務：位於MBR中的第一階段啟動載入器(Stage 1)，其目標是尋找並啟動第二階段的啟動載入器(Stage 2)。
** 空間限制：由於 MBR 中的 Bootloader 區域只有 446 bytes，空間極小，難以塞入現代開機所需的所有複雜功能。
* 現代啟動載入器所需具備的功能
** 管理指令、模組化功能、版本更新、擴充功能（支援新檔案系統/解析度）。
** 能識別不同類型的儲存設備（IDE, SATA, NVMe M.2, USB）、正確定址設備容量、辨識各種檔案系統（NTFS, FAT32, EXT4, XFS）。
* 常見的啟動載入器類型
** LILO (Linux Loader)：早期啟動載入器，已不再使用。
** Syslinux：輕量級啟動介面，常用於製作可開機隨身碟（如 Rufus）。
** Loadlin：用於在同一分割區實現 DOS 與 Linux 雙系統啟動。
** U-Boot (Das U-Boot)：常見於嵌入式系統。
** GRUB (GRand Unified Bootloader)：目前PC上最主流的啟動載入器。
** GRUB Legacy：舊版本，現在只修正安全性問題。
** GRUB2：目前所有新安裝系統使用的版本，是課程講解的重點。
=== GRUB (Grand Unified Bootloader) 詳解 ===
* 簡介與歷史
** 角色：在 BIOS 完成啟動程序後，負責載入並啟動作業系統核心。
** 歷史淵源：最初為啟動 GNU Hurd 核心而開發，後來被 Minix 和 Linux 等作業系統採用，具備多重開機能力。
* GRUB 的介面與特性
** 開機選單：某些發行版（如 Ubuntu）預設隱藏，可透過修改設定或開機時按住 Shift 鍵使其顯示。
** 圖形化支援：支援彩色介面、圖形化背景（如PNG）、甚至簡單動畫。
** 設備識別能力：能識別多種檔案系統、設備（含USB）及其UUID。
* GRUB 2 與 GRUB 1 的比較
** 硬碟分割區命名：
** GRUB 2: hd0,1 表示第一顆硬碟的第一個分割區，較直觀。
** GRUB 1: hd0,0 表示第一顆硬碟的第一個分割區，易混淆。
** 設定檔 (Configuration File)：
** GRUB 2: 主要設定檔位於 /boot/grub/grub.cfg，應由程式（如 grub2-mkconfig）自動產生，不建議手動修改。
** GRUB 1: 設定檔 (menu.lst) 需使用者手動編輯。
** 功能與指令：GRUB 2 支援腳本功能，但取消了在作業系統內執行 grub-shell 的功能，相關指令需在開機選單的指令模式下執行。
* GRUB 啟動概念與流程
** 兩種引導模式：
** 直接引導 (Direct Guidance)：直接啟動本機作業系統。
** 鏈接引導 (Chained Guidance)：從一個硬碟的選單轉接到另一顆硬碟的選單，適用於多系統環境。
** 兩階段啟動 (Two-Stage Boot)：
** 第一階段 (Stage 1)：位於 MBR (446 bytes)，唯一功能是尋找並載入 Stage 2。
** 第二階段 (Stage 2)：通常位於 MBR 之後、第一個分割區之前的空間，是 core.img 的實體。它包含GRUB所有核心功能，負責載入模組、讀取設定檔、顯示選單，並最終將主控權交給作業系統核心。
** 開機失敗情境分析：
** 畫面全黑，僅游標閃爍：Stage 1 找不到 Stage 2。
** 成功顯示選單，但選擇後無反應：Stage 2 載入成功，但選單設定錯誤，找不到開機目標。
* GRUB 的檔案結構與設定
** 主要目錄與設定檔：
** /etc/default/grub：控制 GRUB 選單的顯示行為（如逾時、樣式）。
** /etc/grub.d/：存放產生開機選單內容的腳本，檔名數字決定執行順序。
** /usr/lib/grub/：存放 GRUB 的所有原始檔案，包含各種模組 .mod 和映像檔 .img。
** /boot/grub/ (或 /boot/grub2/)：存放開機時真正會用到的檔案，是從原始檔目錄複製而來的子集。
** 核心映像檔與模組：
** core.img：Stage 2 的備份檔，內含讀取檔案系統所需的基本模組。
** .mod 檔案：讓 GRUB 能夠識別不同檔案系統（如 ext2.mod）、硬體（如 vga.mod）的模組。
** boot.img：一個混合檔案，前半部是可用於修復 MBR 的 Stage 1 程式碼。
** 更新 GRUB 設定：
** 修改 /etc/default/grub 或 /etc/grub.d/ 後，必須執行指令重新產生主態檔 /boot/grub/grub.cfg。
** 常用指令：update-grub (推薦) 或 grub-mkconfig > /boot/grub/grub.cfg。
** 在開機選單中按 e 可臨時編輯當次開機指令，按 F10 或 Ctrl+X 繼續開機。
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