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79、用 systemd-boot 替换 grub.adoc

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用 systemd-boot 替换 grub

systemd-boot 是 systemd 推出的仅支持 UEFI 模式启动的 boot loader，相较于 grub，systemd-boot 的配置更简单，使用也更加方便
如果你的机器支持 UEFI 启动，且你的系统也仅需 UEFI 启动，那么可以考虑使用 systemd-boot 替换 grub

Important

  1. 本文仅在 x64 架构上测试成功，其它架构（如 AArch64）请确认是否需要额外的操作步骤

  2. 下面的操作仅支持 非 Secure Boot 模式，已经开启 Secure Boot 的机器切勿尝试

操作概述

我们这里使用的系统为 Fedora 39，实际上，即便是默认使用 grub 安装的 Fedora 39，也是默认就安装了 systemd-boot 所需要的配置文件的，因此我们的操作就简化为了

  1. 用 bootctl 将 systemd-boot 的 .efi 文件注入 EFI 分区中

  2. 拷贝 /boot 中相关的文件到 EFI 分区中

  3. 让机器的 UEFI 加载 systemd-boot，并引导至操作系统

  4. 移除 grub 相关的程序和配置文件

需要注意的一些路径：

  1. /boot，Fedora 将启动相关的信息（比如 grub 的 .efi 文件和配置信息）保存在一个独立的磁盘分区中，该分区就会被 Fedora 挂载在 /boot 分区下，默认情况下，该分区为磁盘的第二个分区，且其文件系统为 ext4

  2. /boot/efi，该路径并非是 /boot 对应的磁盘分区的内容，而是 EFI 分区的挂载路径，它的文件系统为 EFI Filesystem（其实是 FAT32）

详细步骤

Important

实际操作前须知：
错误操作 boot loader 会导致引导失败，虽然不会直接导致数据丢失，但会导致无法正确引导至系统
强烈建议在实际操作之前，使用虚拟机完整走一遍流程，再考虑是否要实际引用在 bare metal 上

安装 systemd-boot-unsigned

该包中包含了一些我们需要的文件

dnf install systemd-boot-unsigned

将 systemd-boot 引导写入 EFI 分区中

bootctl install

该操作将会在 /boot/efi 中释放相关的文件，主要是覆盖了 EFI/BOOT/BBOTX64.efi，并新增了 EFI/systemd/systemd-boot.efi，并在 EFI 自己的 NVRAM 里写入 systemd-boot 对应的启动项配置，我们可以通过 efibootmgr 命令观察到名为 Linux Boot Manager 的启动项

之后我们就可以通过下面的命令查看可以由 systemd-boot 引导的系统

bootctl - list

不过就默认的配置来说，它应该返回 No boot loader entries found.，也就是说，没有任何一个系统可以被 systemd-boot 引导。因此我们还需执行后面的操作，让 systemd-boot 有操作系统可以引导

拷贝所需文件到 EFI 分区中

你至少需要拷贝的文件有

  • 内核文件 /boot/vmlinuz-*

  • 加载系统时使用的 ramdisk /boot/initramfs-*

  • systemd-boot 可引导系统的配置文件夹 /boot/loader （注意需要拷贝整个文件夹）

可以拷贝的文件有

  • 内核编译配置文件 /boot/config-*

  • 内核的符号表 /boot/System.map-*

无需拷贝的文件有

  • grub2 配置文件 /boot/grub2

无法拷贝的文件有

  • /boot/symvers-* ，它其实是一个符号连接，不过由于 EFI 分区的 FAT32 不支持符号链接，因此这个文件是无法拷贝的

  • /boot/efi 这个是我们的目标文件夹，因此也无需拷贝

然后我们就可以将上面提到的文件拷贝至 /boot/efi 中了

cp -r /boot/vmlinuz-* /boot/initramfs-* /boot/loader /boot/System.map-* /boot/config-* /boot/efi

之后我们再次执行 bootctl - list，就可以看到其中列出了不少可以被引导的引导项了

到此，我们就可以重启电脑，通过 systemd-boot 引导系统了

重启后的配置

在重启之后，我们再次使用 bootctl - list 命令，就可以看到其输出中有

Current Boot Loader:
    Product: systemd-boot XXX

字样，就表示本次启动是通过 systemd-boot 引导的了。

不过我们在启动过程中，应该没有看到任何的启动菜单界面，这个并不符合我们的要求，因此我们还需要再做一些配置，让启动菜单显示出来。

修改 /boot/efi/loader/loader.conf 文件，将 timeout 3 这行前的注释去掉，然后保存文件。再次重启，就能看到 systemd-boot 的启动菜单界面了。

其实到这一步，我们的系统就已经是 systemd-boot 引导的了，我们就可以着手删除 grub 相关的程序和配置了

【可选】删除 grub 引导

Important

请再次确认系统可以正确被 systemd-boot 引导，否则我们在删除 grub 之后，可能会造成引导失败
Note

在这个步骤中，我们将

  1. 删除 grub 和 shim

  2. 为 systemd-boot-unsigned 包添加保护

  3. 将 /boot 对应的分区删除，将其容量交给 EFI 分区

  4. 调整 EFI 分区的挂载目录为 /boot，方便后续系统更新

  1. 移除 dnf 中 grub2、shim 包相关的保护

    rm -f /etc/dnf/protected.d/grub2-*.conf /etc/dnf/protected.d/shim.conf

  2. 为 systemd-boot-unsigned 包添加保护
    在 /etc/dnf/protected.d/ 下添加文件 systemd-boot-unsigned.conf，并在其中写入下面的内容

    systemd-boot-unsigned

  3. 测试 systemd-boot-unsigned 是否被保护成功

    dnf remove --setop=tsflags=test systemd-boot-unsigned

    如果返回错误表示要移除的是 protected packages 则表示保护成功

  4. 移除 grub 和 shim 相关的包

    Important

    执行移除之后，切勿关机，此时系统缺失 /boot/efi/BOOT/BOOTX64.EFI 这个文件，会无法自动引导操作系统
    如果此时不幸系统掉电，则请在机器启动时，进入 UEFI Shell，然后通过 FS0: 进入第一个文件系统，然后 EFI\systend\systemd-bootx64.efi 启动系统

    		 
    dnf remove grub* shim* mactel-boot

    注：我的电脑不是 mac，因此我还移除了引导 mac 相关的 mactel-boot 包

    之后我们再次进入到 /boot/efi/BOOT/ 和 /boot/fedora/ 下，就可以发现 grub 相关的 .efi 文件已经被移除了
    然后我们就需要将 systemd-bootx64.efi 拷贝为 BOOTX64.efi，并放到到对应的目录里

    cp /boot/efi/EFI/systemd/systemd-bootx64.efi /boot/efi/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI

  5. 移除 efi 分区中 grub 残余的文件

    rm -rf /boot/efi/fedora

  6. 卸载 EFI 分区和 /boot 对应的分区

    umount /boot/efi /boot

  7. 删除 /boot 对应的分区，并将其容量扩充给 EFI 分区
    用 gdisk 删除 /boot 对应的分区和 EFI 分区，然后再重新建立 EFI 分区，在建立 EFI 分区的时候，其分区类型的编号为 EF00

  8. 用 lsblk -o+UUID 确认 EFI 分区的文件系统的 UUID；修改 /etc/fstab，移除原有的 /boot 挂载点的信息，并将 EFI 分区的挂载点从 /boot/efi 修改到 /boot，并确认 EFI 分区的 UUID 和 lsblk 返回的一致
    并尝试挂载 EFI 到 /boot

    mount /boot

    确认挂载正常，内容无误后

  9. 重启电脑

  10. 通过 fatresize 命令扩展 EFI 分区上文件系统的大小

    # 取消 EFI 分区的挂载
umount /boot

# 确认 EFI 分区的总容量
lsblk --byte /dev/<EFI 分区>

# 用 fatresize 命令扩充文件系统
# 其中容量为 lsblk 返回的容量再减去 1
fatresize -s <容量> /dev/<EFI 分区>

  11. 再次重启电脑

  12. 使用 efibootmgr 检查是否有残余的 EFI 启动项，如果有，用 efibootmgr --bootnum <要删除的启动项编号> --delete-bootnum 清除

到此，我们就完成了使用 systemd-boot 作为唯一 boot loader 的流程

其它常见的操作

systemd-boot 启动菜单的尺寸过小

这个一般出现在屏幕是高 DPI 屏的时候，直接按 r 键，就能切换显示模式，一般都有一到两个模式是能放大显示的

无法通过 loader.conf 文件设置 systemd-boot 启动菜单的 timeout

一般来说，是由于在启动菜单中设置了 timeout，或者通过 bootctl set-timeout 导致的
这两个方法会直接将 timeout 设置到 EFI 专有的 NVRAM 中，而且 NVRAM 中的值的优先度是高于 loader.conf 配置文件的
因此我们有两种方案解决这个问题

  • 直接在 systemd-boot 启动菜单中按减号键 -，直到屏幕上显示 Menu timeout defined by configuration file.

  • 删除 /sys/firmware/efi/efivars/LoaderConfigTimeout-4a67b082-0a4c-41cf-b6c7-440b29bb8c4f 这个 EFI 变量
    删除前需要用 chattr -i 移除该文件的删除保护