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systemd-boot

来自 ArchWiki

systemd-boot(7),以前称为 **gummiboot**(德语意为“橡皮艇”),有时也称为 *sd-boot*,是一个易于配置的 UEFI 引导管理器。它提供了一个文本菜单来选择引导条目,并提供一个内核命令行编辑器。

请注意,*systemd-boot* 只能从其安装的 EFI 系统分区或同一磁盘上的扩展引导加载程序分区(XBOOTLDR 分区)启动 EFI 可执行文件(例如 Linux 内核 EFI 引导存根UEFI ShellGRUBWindows 引导管理器)。

注意 在整个文章中,esp 表示 EFI 系统分区的挂载点,boot 表示可选的 XBOOTLDR 分区的挂载点。假设您已经 chroot 进入了系统的挂载点。

支持的文件系统

systemd-boot 从 固件继承了文件系统的支持(即至少 FAT12、FAT16 和 FAT32)。此外,它还会加载放置在 esp/EFI/systemd/drivers/ 中的所有 UEFI 驱动程序

安装

systemd-bootsystemd 包一起提供,该包是 base 元包的依赖项,因此无需手动安装其他包。

安装 UEFI 引导管理器

要安装 *systemd-boot*,首先请确保系统是以 UEFI 模式引导并且 UEFI 变量可访问。可以通过运行 efivar --list 来验证,或者,如果未安装 efivar,则通过运行 ls /sys/firmware/efi/efivars 来验证(如果目录存在,则表示系统正在 UEFI 模式下引导)。

使用 bootctl(1) 将 *systemd-boot* 安装到 ESP

# bootctl install

这将把 *systemd-boot* UEFI 引导管理器复制到 ESP,为其创建一个 UEFI 引导条目,并将其设置为 UEFI 引导顺序中的第一个。

  • 在 x64 UEFI 上,/usr/lib/systemd/boot/efi/systemd-bootx64.efi 将被复制到 esp/EFI/systemd/systemd-bootx64.efiesp/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI
  • 在 IA32 UEFI 上,/usr/lib/systemd/boot/efi/systemd-bootia32.efi 将被复制到 esp/EFI/systemd/systemd-bootia32.efiesp/EFI/BOOT/BOOTIA32.EFI

UEFI 引导条目将命名为“Linux Boot Manager”,并指向 ESP 上的 \EFI\systemd\systemd-bootx64.efi\EFI\systemd\systemd-bootia32.efi(取决于 UEFI 位深度)。

  • 运行时 bootctl install,*systemd-boot* 会尝试在 /efi/boot/boot/efi 查找 ESP。将 esp 设置为其他位置需要传递 --esp-path=esp 选项。(有关详细信息,请参阅 bootctl(1) § OPTIONS。)
  • 安装 *systemd-boot* 会覆盖任何现有的 esp/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI(或 IA32 UEFI 上的 esp/EFI/BOOT/BOOTIA32.EFI),例如 Microsoft 的文件版本。
  • *bootctl* 在 pid 命名空间下运行时会避免操作 UEFI 变量/引导条目,这对于 arch-chroot(8) 的非 systemd 模式是如此。要在 chroot 环境中创建引导条目,请改用 arch-chroot -S

要完成安装,请 配置 *systemd-boot*。

使用 XBOOTLDR 安装

本文或本节候选内容已移至 Partitioning#Discrete partitions

注意:所有分区信息都应移至“分区”部分,只留下与安装 systemd-boot 相关的步骤(如果您的设置是这样的)。(请在 Talk:Systemd-boot 中讨论)

可以创建一个单独的“Linux extended boot”(XBOOTLDR)类型的 /boot 分区,以便将内核和 initramfs 与 ESP 分开。这对于 与 Windows 双引导并有一个现有 ESP 但空间不足的情况特别有用。

像往常一样准备一个 ESP,并在同一物理驱动器上为 XBOOTLDR 创建另一个分区。XBOOTLDR 分区必须具有分区类型 GUID bc13c2ff-59e6-4262-a352-b275fd6f7172 [1](对于 gdiskea00 类型,对于 fdiskxbootldr 类型)。XBOOTLDR 分区的大小应足够容纳您将要安装的所有内核。

  • systemd-boot 不会像对 ESP 那样进行文件系统检查。因此,可以使用您的 UEFI 实现可以读取的任何文件系统。
  • 当启用“快速启动”模式时,UEFI 可能会跳过加载 ESP 以外的分区。这可能导致 *systemd-boot* 无法在 XBOOTLDR 分区上找到条目;在这种情况下,请禁用“快速启动”模式。
  • XBOOTLDR 分区必须与 ESP 位于同一物理磁盘上,*systemd-boot* 才能识别它。

在安装过程中,将 ESP 挂载到 /mnt/efi,并将 XBOOTLDR 分区挂载到 /mnt/boot

进入 chroot 后,使用以下命令

# bootctl --esp-path=/efi --boot-path=/boot install

要完成安装,请 配置 *systemd-boot*。

更新 UEFI 引导管理器

每当 *systemd-boot* 发布新版本时,都可以选择由用户重新安装 UEFI 引导管理器。这可以手动或自动完成;接下来的章节将介绍这两种方法。

注意 UEFI 引导管理器是一个独立的 EFI 可执行文件,任何版本都可以用于引导系统(部分更新不适用,因为 pacman 只安装 *systemd-boot* 安装程序,而不是 *systemd-boot* 本身)。但是,新版本可能会添加新功能或修复错误,因此最好更新 *systemd-boot*。
警告 如果您启用了 安全启动,则需要对引导管理器更新进行签名。请参阅 #为安全启动签名

手动更新

使用 *bootctl* 更新 *systemd-boot*

# bootctl update
注意bootctl install 一样,*systemd-boot* 会尝试在 /efi/boot/boot/efi 查找 ESP。将 esp 设置为其他位置需要传递 --esp-path=esp 选项。

自动更新

要自动更新 *systemd-boot*,请使用 systemd 服务pacman 钩子。下文将介绍这两种方法。

systemd 服务

从 250 版本开始,systemd 附带了 systemd-boot-update.service启用此服务将导致 systemd-boot 在每次启动时运行以下命令

# bootctl --no-variables --graceful update

手动更新一样,这将尝试在 /efi/boot/boot/efi 查找 ESP。如果 /usr/lib/systemd/boot/efi/ 中有更新的版本,该命令将更新 ESP 中所有已安装的 systemd-boot 版本。它会首先查找以 .efi.signed 结尾的 systemd-boot 文件,以便用户为 安全启动签名镜像。

pacman hook

systemd-boot-pacman-hookAUR 添加了一个 pacman 钩子,该钩子在每次升级 systemd 时执行。此钩子与 systemd 服务方法不同,它仅在升级 systemd 时尝试更新引导管理器,而不是在每次启动时都更新,并且它会立即执行,而不是等到下次启动。

与安装 AUR 包相比,您可能更倾向于手动将以下文件放置在 /etc/pacman.d/hooks/

/etc/pacman.d/hooks/95-systemd-boot.hook
[Trigger]
Type = Package
Operation = Upgrade
Target = systemd

[Action]
Description = Gracefully upgrading systemd-boot...
When = PostTransaction
Exec = /usr/bin/systemctl restart systemd-boot-update.service

为安全启动签名

如果您启用了 安全启动,您可能希望添加一个 pacman 钩子来在每次升级该包时自动为引导管理器签名

/etc/pacman.d/hooks/80-secureboot.hook
[Trigger]
Operation = Install
Operation = Upgrade
Type = Path
Target = usr/lib/systemd/boot/efi/systemd-boot*.efi

[Action]
Description = Signing systemd-boot EFI binary for Secure Boot
When = PostTransaction
Exec = /bin/sh -c 'while read -r f; do /usr/lib/systemd/systemd-sbsign sign --private-key /path/to/keyfile.key --certificate /path/to/certificate.crt --output "${f}.signed" "$f"; done;'
Depends = sh
NeedsTargets

/path/to/keyfile.key/path/to/certificate.crt 替换为您自己的签名密钥和证书。有关此钩子的更多信息,请参阅 systemd-sbsign(1)

创建的 /usr/lib/systemd/boot/efi/systemd-boot*.efi.signed 将被 bootctl installbootctl update 自动拾取。请参阅 bootctl(1) § SIGNED .EFI FILES

作为替代,可以使用 sbctl

配置

提示 更改配置后,运行 bootctl(不带任何参数)以确保 systemd-boot 能够正确解析它。

引导加载程序配置

引导加载程序配置存储在文件 esp/loader/loader.conf 中。有关详细信息,请参阅 loader.conf(5) § OPTIONS

下面提供了一个引导加载程序配置示例

esp/loader/loader.conf
default  arch.conf
timeout  4
console-mode max
editor   no
提示
  • defaulttimeout 可以在引导菜单本身更改,并且更改将作为 UEFI 变量 LoaderEntryDefaultLoaderConfigTimeout 存储,从而覆盖这些选项。
  • 可以使用 bootctl set-default ""bootctl set-timeout "" 来清除覆盖 defaulttimeout 选项的 UEFI 变量。
  • 如果设置了 timeout 0,可以通过按 Space 键来访问引导菜单。
  • 一个基本的引导加载程序配置文件位于 /usr/share/systemd/bootctl/loader.conf
  • 如果引导管理器——在条目选择过程中——显示失真/使用错误的解析度,您可以尝试将 console-mode 设置为 auto(使用启发式方法选择最佳解析度)、keep(保留固件提供的解析度)或 2(尝试选择第一个非 UEFI 标准的解析度)。

记住上次选择的条目

可以将 default 改为 @saved,以便在启动时记住上次选择的条目。当双引导 Windows 并且 Windows 自动更新意外地将您推入 Linux 时,这将很有用。

esp/loader/loader.conf
default @saved
...

有关更多详细信息,请参阅 loader.conf(5)

添加引导加载程序

systemd-boot 将在它启动的 EFI 系统分区上查找 /loader/entries/ 中的 *.conf 文件,此外还会查找同一磁盘上的 XBOOTLDR 分区。

  • esp/loader/entries/*.conf 中的条目只能使用 esp/ 中的文件(例如内核、initramfs、镜像等),而 boot/loader/entries/*.conf 中的条目只能使用 boot/ 中的文件。
  • 文件路径参数相对于您的 EFI 系统分区或 XBOOTLDR 分区的根目录。例如,如果您的 EFI 系统分区或 XBOOTLDR 分区挂载在 /boot,那么 /boot/vmlinuz-linux 文件必须在 linux 键中指定为 /vmlinuz-linux
  • 安全启动激活时,带有嵌入式 .cmdline统一内核镜像(UKIs)会忽略传递给它们的所有命令行选项(无论是通过带 options 的引导条目还是交互式)。当安全启动未激活时,通过命令行传递的选项将覆盖嵌入式 .cmdline

以下是一个使用其 UUID xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx 从卷引导 Arch 的引导文件示例

esp/loader/entries/arch.conf
title   Arch Linux
linux   /vmlinuz-linux
initrd  /initramfs-linux.img
options root=UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx rw
esp/loader/entries/arch-fallback.conf
title   Arch Linux (fallback initramfs)
linux   /vmlinuz-linux
initrd  /initramfs-linux-fallback.img
options root=UUID=xxxxxxxx-xxxx-xxxx-xxxx-xxxxxxxxxxxx rw

有关所有配置选项的详细信息,请参阅 Boot Loader Specification

systemd-boot 会在启动时自动检查 **Windows 引导管理器** 在 /EFI/Microsoft/Boot/Bootmgfw.efi 的位置,**Apple macOS 引导管理器** 在固件中,UEFI Shell /shellx64.efi 以及 **EFI 默认引导加载程序** /EFI/BOOT/bootx64.efi,以及在 /EFI/Linux/ 中找到的特别准备的内核文件。检测到时,将分别生成具有标题 auto-windowsauto-osxauto-efi-shellauto-efi-default 的相应条目。这些条目不需要手动引导加载程序配置。但是,它不会自动检测其他 EFI 应用程序(不像 rEFInd),因此要引导 Linux 内核,必须手动创建配置条目。

提示
  • 可以使用命令 bootctl list 列出可用的已配置引导条目。
  • 一个示例条目文件位于 /usr/share/systemd/bootctl/arch.conf
  • 有关 LVMLUKSdm-cryptBtrfs 等场景的 内核参数可以在相关页面找到。
注意 如果使用了外部微码 initramfs 镜像(例如,当使用 Booster 作为 initramfs 生成器时),必须在单独的 initrd 中指定 /boot/amd-ucode.img/boot/intel-ucode.img,并且务必将其放置在主 initramfs 镜像 **之前**。

UEFI Shell 或其他 EFI 应用程序

如果您使用 edk2-shell 包安装了 UEFI Shell,*systemd-boot* 将自动检测并创建一个新条目,前提是 EFI 文件放置在 esp/shellx64.efi。安装该包后的一个示例命令是

# cp /usr/share/edk2-shell/x64/Shell.efi /boot/shellx64.efi

否则,如果您将 其他 EFI 应用程序安装到 ESP,您可以使用以下代码片段。

注意 efi 行的文件路径参数相对于您的 EFI 系统分区的根目录。如果您的 EFI 系统分区挂载在 /boot,并且您的 EFI 二进制文件位于 /boot/EFI/xx.efi/boot/yy.efi,那么您将分别将参数指定为 efi /EFI/xx.efiefi /yy.efi
esp/loader/entries/fwupd.conf
title  Firmware updater
efi     /EFI/tools/fwupdx64.efi
esp/loader/entries/gdisk.conf
title  GPT fdisk (gdisk)
efi     /EFI/tools/gdisk_x64.efi
Memtest86+

为此,您需要安装 memtest86+-efi。在安全启动下使用时,也请对 EFI 二进制文件进行签名。

esp/loader/entries/memtest.conf
title Memtest86+
efi /memtest86+/memtest.efi
Netboot

*systemd-boot* 可以链式加载 Netboot。下载 ipxe-arch.efi EFI 二进制文件和签名,验证它,并将其放置在 esp/EFI/arch_netboot/arch_netboot.efi 推荐的位置。

esp/loader/entries/arch_netboot.conf
title Arch Linux Netboot
efi /EFI/arch_netboot/arch_netboot.efi
GRUB

*systemd-boot* 可以链式加载 GRUBgrubx64.efi 二进制文件的位置与 GRUB 安装到 ESP 时使用的 --bootloader-id= 值匹配。

esp/loader/entries/grub.conf
title GRUB
efi /EFI/GRUB/grubx64.efi

从另一块磁盘引导

*systemd-boot* 不能从它启动的 ESP 或同一磁盘上的 XBOOTLDR 分区以外的分区启动 EFI 二进制文件,但它可以指示 UEFI Shell 来这样做。

首先,按照上面描述的安装 edk2-shell。在 UEFI Shell 中,使用 map 命令记录具有相应 PARTUUID 的分区的 **FS 别名**(例如:HD0a66666a2、HD0b、FS1 或 BLK7)。

然后,使用 exit 命令引导回 Linux,在那里您可以创建一个新的引导加载程序条目,通过 UEFI Shell 运行目标 EFI 程序

esp/loader/entries/windows.conf
title   Windows
efi     /shellx64.efi
options -nointerrupt -nomap -noversion HD0b:EFI\Microsoft\Boot\Bootmgfw.efi

确保 efi 路径与 shellx64.efiesp 分区中复制的位置匹配。另外,请注意,shellx64.efi EFI 文件可以移动到其他位置,以避免 systemd-boot 的自动条目创建。

HD0b 替换为先前记录的 FS 别名

  • -nointerrupt 选项可防止使用 Ctrl+c 中断目标 EFI 程序。
  • -nomap -noversion 选项会隐藏默认的 UEFI Shell 问候语。
  • 要让 UEFI Shell 在目标 EFI 程序退出时(例如由于错误)自动返回到引导管理器,请添加 -exit 选项。
  • 如果 UEFI Shell 中仍有不必要的输出,您还可以添加 -noconsoleout 选项。

引导至 UEFI 固件设置

如果您的设备固件支持从操作系统重启到设置,systemd-boot 将自动添加一个条目来引导至 UEFI 固件设置。

带密码保护的内核参数编辑器

或者,您可以安装 systemd-boot-passwordAUR,它支持 password 基本配置选项。使用 sbpctl generate 来生成此选项的值。

使用以下命令安装 systemd-boot-password

# sbpctl install esp

启用编辑器后,在您可以编辑内核参数之前,将提示您输入密码。

技巧与提示

引导菜单中的按键

您可以在菜单中按 tT 来调整菜单超时时间,按 e 来编辑本次引导的内核参数。按 h 查看有用的热键列表。有关引导菜单中可用按键绑定的完整列表,请参阅 systemd-boot(7) § KEY BINDINGS

选择下次引导

引导管理器与 systemctl 命令集成,允许您选择重启后要引导的选项。例如,假设您构建了一个自定义内核并创建了一个条目文件 esp/loader/entries/arch-custom.conf 来引导它,您可以直接运行

$ systemctl reboot --boot-loader-entry=arch-custom.conf

您的系统将重启到该条目,而不会更改后续引导的默认选项。要查看可能的条目列表,请传递 --boot-loader-entry=help 选项。

如果您想直接引导到主板的固件,您可以使用此命令

$ systemctl reboot --firmware-setup

统一内核镜像 (UKI)

统一内核镜像(UKI)在 esp/EFI/Linux/ 中会被 systemd-boot 自动获取,并且不需要在 esp/loader/entries 中进行条目配置。(请注意,统一内核镜像必须具有 .efi 扩展名才能被 *systemd-boot* 识别。)

提示 如果 esp/loader/entries/ 中的文件在 esp/loader/loader.conf 中没有设置 default,它们将首先被引导。删除这些条目,或使用完整文件名设置默认值,即 default arch-linux.efi

ESP 上的 Grml

注意 以下说明并非 Grml 所独有。通过少量调整,可以安装其他软件(例如 SystemRescueCD)。
提示 可用 PKGBUILDgrml-systemd-bootAUR

Grml 是一个小型的 live 系统,包含一套用于系统管理和救援的软件。

为了在 ESP 上安装 Grml,我们只需要将 ISO 文件中的内核 vmlinuz、initramfs initrd.img 和 squashed 镜像 grml64-small.squashfs 复制到 ESP。要做到这一点,首先下载 grml64-small.iso 并挂载该文件(挂载点从此称为 mnt);内核和 initramfs 位于 mnt/boot/grml64small/,squashed 镜像位于 mnt/live/grml64-small/

接下来,在您的 ESP 中为 Grml 创建一个目录,

# mkdir -p esp/grml

并将上述文件复制到其中

# cp mnt/boot/grml64small/vmlinuz esp/grml
# cp mnt/boot/grml64small/initrd.img esp/grml
# cp mnt/live/grml64-small/grml64-small.squashfs esp/grml

最后一步,为 systemd-boot 创建一个引导条目:在 esp/loader/entries 中创建一个 grml.conf 文件,内容如下

esp/loader/entries/grml.conf
title   Grml Live Linux
linux   /grml/vmlinuz
initrd  /grml/initrd.img
options apm=power-off boot=live live-media-path=/grml/ nomce net.ifnames=0

有关可用引导选项的概述,请参阅 Grml 的 cheatcode

ESP 上的 Archiso

提示 可用 PKGBUILDarchiso-systemd-bootAUR

与 Grml 一样,可以使用 Arch Linux ISO。要做到这一点,我们需要将 ISO 文件中的内核 vmlinuz-linux、initramfs initramfs-linux.img 和 squashfs 镜像 airootfs.sfs 复制到 EFI 系统分区。

首先下载 archlinux-YYYY.MM.DD-x86_64.iso

接下来,在您的 ESP 中为 archiso 创建一个目录

# mkdir -p esp/EFI/archiso

arch 目录中的内容解压到其中

# bsdtar -v -x --no-same-permissions --strip-components 1 -f archlinux-YYYY.MM.DD-x86_64.iso -C esp/EFI/archiso arch

最后一步,为 systemd-boot 创建一个引导条目:在 esp/loader/entries 中创建一个 arch-rescue.conf 文件,内容如下

esp/loader/entries/arch-rescue.conf
title   Arch Linux (rescue system)
linux   /EFI/archiso/boot/x86_64/vmlinuz-linux
initrd  /EFI/archiso/boot/x86_64/initramfs-linux.img
options archisobasedir=/EFI/archiso archisosearchfilename=/EFI/archiso/boot/x86_64/vmlinuz-linux

有关可用引导选项的概述,请参阅 mkinitcpio-archiso 的 README.bootparams

ESP 上的恢复 Arch 镜像与安全启动

官方 Arch ISO 目前不支持 安全启动。因此,必须禁用安全启动才能引导 ISO 进行恢复或维护。这会削弱系统安全性,并且不是理想的方法。

另一种方法是使用 mkosi 创建一个已签名的 统一内核镜像(UKI),前提是您的系统已经配置并正常运行了安全启动。这样您就可以在不禁用安全启动或随身携带 Arch ISO USB 驱动器的情况下,引导到已签名的恢复 Arch 环境。

https://swsnr.de/archlinux-rescue-image-with-mkosi/ 描述了如何设置与安全启动兼容的 Arch 恢复镜像。一个实用的起点,附带一个合理的 mkosi 配置,您可以添加您的软件包,请参见 https://codeberg.org/swsnr/rescue-image

BIOS 系统上的 systemd-boot

如果您需要一个遵循 The Boot Loader Specification 的 BIOS 系统引导管理器,那么 systemd-boot 可以在 BIOS 系统上发挥作用。Clover 引导管理器支持从 BIOS 系统引导,并提供一个模拟的 UEFI 环境。

故障排除

systemd-boot 未显示我的引导条目

这可能是由于配置文件中各种问题造成的,例如内核路径指定不正确。要检查,请运行

# bootctl

在 BIOS 模式下引导后进行安装

注意 不推荐这样做。

如果在 BIOS 模式下引导,您仍然可以安装 *systemd-boot*,但是这个过程需要您告知固件在引导时启动 *systemd-boot* 的 EFI 文件

  • 您有可用的 UEFI Shell 在别处。
  • 您的固件接口提供了一种正确设置引导时需要加载的 EFI 文件的方式。
  • 某些固件可能使用默认的 esp/EFI/BOOT/BOOTX64.EFI,如果 UEFI 中没有设置其他条目。

如果可以做到,安装会更简单:进入您的 UEFI Shell 或固件配置接口,并将您机器的默认 EFI 文件更改为 esp/EFI/systemd/systemd-bootx64.efi

注意 戴尔 Latitude 系列的固件接口提供了设置 UEFI 引导所需的一切,但 UEFI Shell 无法写入计算机的 ROM。

使用 efibootmgr 手动添加条目

如果 bootctl install 命令失败,您可以使用 efibootmgr 手动创建 UEFI 引导条目

# efibootmgr --create --disk /dev/sdX --part Y --loader '\EFI\systemd\systemd-bootx64.efi' --label "Linux Boot Manager" --unicode

其中 /dev/sdXYEFI 系统分区

注意 EFI 二进制文件的路径必须使用反斜杠 (\) 作为分隔符。

使用 bcdedit 从 Windows 手动添加条目

如果您出于任何原因需要从 Windows 创建 UEFI 引导条目,您可以使用管理员命令提示符中的以下命令

> bcdedit /copy "{bootmgr}" /d "Linux Boot Manager"
> bcdedit /set "{guid}" path \EFI\systemd\systemd-bootx64.efi

guid 替换为第一个命令返回的 id。您还可以使用以下命令将其设置为默认条目

> bcdedit /default "{guid}"

请参阅 UEFI#Windows changes boot order

添加对 Windows BitLocker TPM 解锁的支持

要阻止 BitLocker 请求恢复密钥,请将以下内容添加到 loader.conf

esp/loader/loader.conf
reboot-for-bitlocker yes

这将设置 BootNext UEFI 变量,从而加载 Windows 引导管理器 而无需 BitLocker 请求恢复密钥。这是一个一次性更改,*systemd-boot* 仍然是默认的引导管理器。如果 Windows 已自动检测到,则无需为其指定条目。

这是一个实验性功能,因此请务必查阅 loader.conf(5)

参见

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