tags: `Linux` `OS` `GRUB` `硬盘分区`

背景

2016年双十一入手了一块500G的 SSD（Solid State Drive，固态硬盘），打算安装到自己的笔记本上。笔记本的 HDD（Hard Disk Drive，机械硬盘）已经跑了 Ubuntu16.10 + Win10 双系统。光驱位的硬盘支架也装好了，一直虚位以待。工作忙一直拖到了2017年。

公司的 PC 机器也是 Ubuntu16.10，并且安装的软件比较齐全，所以计划将 PC 的 Ubuntu16.10 迁移到 SSD 上，然后在笔记本上运行。

开工准备

Ubuntu16.10，PC 上安装，各项迁移步骤运行的环境并作为要迁移到 SSD 的系统。
Gparted Partition Editor，图形化的分区工具。
外接硬盘盒，通过 USB 线将 SSD 连接到 PC 上。

基础知识

该章节是计算机启动和系统加载的一些概念，有助于加深对迁移原理的理解，注重实践的话可以直接跳过。

总结不一定准确，仅作为个人理解。干货可以看这篇文章：uefi-boot-how-does-that-actually-work-then

BIOS vs UEFI

BIOS（Basic Input/Output System）和 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface ）是不同的计算机启动固件（Fireware），需要硬件（通常为主板）支持，相互代替的，其中 UEFI 是比较新的方式。

BIOS
经典的启动固件，会调用磁盘的 MBR，然后由 MBR 中的 loader 继续加载操作系统。
UEFI
UEFI 用来代替 BIOS，并克服 BIOS 的缺点，大多数的 UEFI 固件会提供兼容 BIOS 的启动方式。
区别
可以看这篇文章：[UEFI是什么？与BIOS的区别在哪里?][UEFI是什么？与BIOS的区别在哪里]

MBR vs GPT

MBR 与 GPT 用于存储硬盘的分区信息，是不同的硬盘分区表类型。

MBR
MBR 表示 MBR 分区表，MBR 分区表在硬盘开头处存放了特殊的启动分区，称为 MBR（Master Boot Record，主启动记录），包含 Boot Loader 和硬盘逻辑分区。MBR 支持最大约2T的硬盘，最多能划分4个主分区，更多分区需要使用拓展分区实现。
（MBR在行文中可以表示 MBR 分区表和主启动记录两个意思，注意甄别。）
GPT
GPT 表示 GUID（Globally Unique Identifier）分区表，是 UEFI 规范的一部分，用于替换 MBR 的分区方式。GPT 没有分区数和分区大小限制。
区别
可以看这篇文章：[What’s the Difference Between GPT and MBR When Partitioning a Drive][What’s the Difference Between GPT and MBR When Partitioning a Drive]

File System

File System（文件系统）是存储媒介中文件存储的组织方式。
不同的文件系统类型有不同的速度，灵活性，安全性和占用空间。不同操作系统只支持特定的文件系统类型。
常见的文件系统类型有 FAT16，FAT32，NTFS，EXT3，EXT4，HFS 等。

磁盘发展史

Wikipedia 上有许多关于磁盘的资料，在磁盘分区上，我猜测的发展脉络是这样的：

磁盘跟内存一样直接物理寻址去访问数据；
为了方便，建立数据 Index，有了 File System；
需要多个分区，搞出了 Partition Tabel。

小结

BIOS/UEFI 跟 MBR/GPT 是不同层级的，BIOS/UEFI 是 Fireware，MBR/GPT 是分区表。
推荐的使用方式： BIOS + MBR 或 UEFI + GPT：

If you want to do a ‘BIOS compatibility’ type installation, you probably want to install to an MBR formatted disk.
If you want to do a UEFI native installation, you probably want to install to a GPT formatted disk.

理论上来说是可以组合使用的：

Of course, to make life complicated, many firmwares can boot BIOS-style from a GPT formatted disk.
UEFI firmwares are in fact technically required to be able to boot UEFI-style from an MBR formatted disk.

Windows 通常会要求 UEFI 的启动方式使用 GPT，不然不给继续安装。

SSD 分区

硬盘状态

使用外接硬盘盒，将 SSD 连接到 PC 机上，先查看硬盘状态：

$ sudo fdisk -l
Disk /dev/sda: 465.8 GiB, 500107862016 bytes, 976773168 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 4096 bytes
I/O size (minimum/optimal): 4096 bytes / 4096 bytes
Disklabel type: dos
Disk identifier: 0xb2708ce0

Device     Boot     Start       End   Sectors   Size Id Type
/dev/sda1  *         2048    411647    409600   200M  7 HPFS/NTFS/exFAT
/dev/sda2          411648 210126847 209715200   100G  7 HPFS/NTFS/exFAT
/dev/sda3       210128894 913704959 703576066 335.5G  f W95 Ext'd (LBA)
/dev/sda5       210128896 703989759 493860864 235.5G 83 Linux
/dev/sda6       703991808 704966655    974848   476M 83 Linux
/dev/sda7       704968704 764067839  59099136  28.2G 83 Linux
/dev/sda8       764069888 771973119   7903232   3.8G 82 Linux swap / Solaris

Partition 3 does not start on physical sector boundary.

Disk /dev/sdb: 489.1 GiB, 525112713216 bytes, 1025610768 sectors
Units: sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Sector size (logical/physical): 512 bytes / 512 bytes
I/O size (minimum/optimal): 512 bytes / 33553920 bytes

其中/dev/sda为 PC 上的硬盘，装有 Ubuntu16.10 + Win7；/dev/sdb为 SSD，当前 SSD 为空盘。

分区策略

笔记本是 2011 年的机器，主板启动引导好像不支持 UEFI，是用 BIOS。
考虑 SSD 的拓展性，分区表选择 GPL，选用的引导方式为 BIOS + GPT。
此时安装 GRUB 引导对分区划分有要求，具体参考接下文的《GRUB 引导》章节。
先上分区结果：

partition-result.png

（注：前文出现的/dev/sdb1，/dev/sdf1和后面可能出现的/dev/sd#1都为同一个分区，因为多次插拔了 SSD ，所以标识一直按字母序递增）

不建立/swap分区了，因为 Ubuntu17.04也要移除 swap 分区。
/dev/sdf1分区，建立 GRUB 引导所需分区，大小为 1M，分区文件类型为unformatted，分区 flag 为bios_grub。
/dev/sdf2分区，Linux /boot分区，大小 1G。
/dev/sdf3分区，Linux /分区，大小 50G。
/dev/sdf4分区，Linux /home分区，大小 300G。

分区操作

分区操作在 Gparted 软件中完成，命令行fdisk和parted也可以操作，但是我不熟悉。

建立分区表
SSD 是一个空磁盘，此时并没有分区表，所以要先建立分区表。分区表的格式选用 GPT：

打开 Gparted，点击 Device --> Created Partition Table。
选择partition tabel type为gpt，然后点击Apply。

create-gpt.png

建立 GRUB 所需分区

分区大小为1M，分区类型为unformatted。

bios-grub-partition.png
在新建的分区上点击右键，选择managerFlags，然后选中bios_grub选项。

set-bios-grub-flag.png

建立 Linux 系统分区
根据上文<<分区策略>>章节，依次建立其他分区，分区的文件格式选择ext4。
分区结果：

$ sudo fdisk -l /dev/sdh
Device         Start       End   Sectors  Size Type
/dev/sdh1       2048      4095      2048    1M BIOS boot
/dev/sdh2       4096   2101247   2097152    1G Linux filesystem
/dev/sdh3    2101248 106958847 104857600   50G Linux filesystem
/dev/sdh4  106958848 736104447 629145600  300G Linux filesystem

GRUB 引导

GRUB 是什么

GRUB（Grand Unified Boot loader）是硬盘中的软件，引导器（loader）的一种。目前主流版本是 GRUB2，可以看 [GRUB2 中文介绍][GRUB2 中文介绍]。

GRUB 用于从多操作系统的计算机中选择一个系统来启动，或从系统分区中选择特殊的内核配置。

provides a user the choice to boot one of multiple operating systems installed on a computer or select a specific kernel configuration available on a particular operating system's partitions. -- GRUB

示例：

grub-loader.jpg

如图：第一个选项和最后一个选项是选择不同的操作系统；第一个选项和第二个选项是选择不同的内核配置。

GRUB 位置

其启动代码（boot.img）直接安装在 MBR 中，然后执行 GRUB 内核镜像（core.img），最后从/boot/grub中读取配置和其他功能代码。
BIOS 引导方式中，MBR 分区表和 GPT 分区表的 GRUB 引导文件所放分区不同：

GNU_GRUB_components.png

如图，GRUB 的执行顺序为 boot.img --> core.img --> /boot/grub/。

在 MBR 分区表中，boot.img 和 core.img 都在 MBR 中。MBR 虽然只占用一个扇区(512Byte)，但是其所在的磁道是空闲的，不会用于分区，可以放下 core.img。

Some MBR code loads additional code for a boot manager from the first track of the disk, which it assumes to be "free" space that is not allocated to any disk partition, and executes it. -- MBR

在 GPT 分区表中，MBR 为 protected MBR（为兼容 MBR，在硬盘起始位置保留的空间），后面并没有空间放core.img，需要建一个专门的分区来放，称为BIOS boot partition，该分区的文件类型为unformatted，flag 为BOIS_grub，该 flag 用于标识core.img所要安装到的分区。若果使用 UEFI 引导，GRUB 读取的是 ESP 分区中的数据，不需要 flag 为 BIOS_grub的分区。

建立 GRUB 引导

使用 grup-install 的教程来安装 GRUB 到 SSD 盘。

挂载 /boot
挂载 SSD 的/boot为 PC Ubuntu 的/mnt，因为我们需要将 GRUB 配置文件放入 SSD 的/boot/grub中。

$ sudo mount /dev/sdb2 /mnt

安装 GRUB
执行以下命令：

$ sudo grub-install --target=i386-pc --root-directory=/mnt --recheck --debug /dev/sdb

如果看到以下输出，应该就是成功了：

...
Installation finished. No error reported.

此时/mnt目录下，应该有一个./boot/grub的文件夹：

/mnt/boot/grub ⌚ 20:54:33
$ ls
fonts  grubenv  i386-pc  locale

修复/grub位置
查看下 PC Ubuntu 的/boot,/grub是直接放置在/boot下的:

/boot/grub ⌚ 13:30:33
$ ls
fonts  gfxblacklist.txt  grub.cfg  grubenv  i386-pc  locale  unicode.pf2

而grub-install /dev/sdb安装的 GRUB 是/mnt/boot/grub，其中/mnt是 SSD /dev/sdb2分区，从 SSD 启动 Ubuntu 的话，/dev/sdb2会挂载为/boot，此时 GRUB 的位置是/boot/boot/grub。而当grub-install /dev/dsa安装 GRUB 到 PC Ubuntu 启动磁盘时，生成的/grub是在/boot/grub。grub-install的处理逻辑应该是先判断/boot路径是否存在，没有就新建。
所以，要将/mnt/boot/grub移动到/mnt/grub：

$ sudo mv /mnt/boot/grub /mnt/grub

GRUB 引导修复类型

启动电脑后，当 GRUB 无法按照boot.img --> core.img --> /boot/grub/顺序执行时，会看到命令行界面，等待用户输入命令。此时可以通过输入 GRUB 内置的命令来修复 GRUB 引导。

boot.img是写在 MBR 中的，如果不能执行，直接跟 GRUB 引导方式说再见了，所以执行boot.img一般没问题。boot.img不能识别任何文件系统，core.img的位置是硬编码进boot.img的，所以执行boot.img一般没问题。因此，常见的引导问题集中在/boot/grub/，主要有两种，对应有两种引导修复模式：

GRUB Rescue 模式
GRUB Rescue 模式是 GRUB 无法找到/boot分区，也就无法找到/boot/grub/。修复方法可以参考：grub rescue 模式下修复。
GRUB Normal 模式
GRUB Normal 模式是 GRUB 无法找到 GRUB 菜单grub.cfg，无法选择合适的内核或系统来启动。修复方法可以参考：Boot GNU/Linux from GRUB。

数据复制

该步骤是把 PC 硬盘中几个 Linux 分区的数据拷贝到 SSD 上对应的分区。
（注意：PC Ubuntu 和 SSD Ubuntu 都有/、/boot、/home分区，阅读下文时注意辨别，我有时并没有写得很清晰。）

操作方式

操作的套路是先将 SSD 的分区使用mount命令挂载为 PC 的/mnt，使用cp命令复制数据，再用umount命令移出这个分区；对下一个分区做同样操作。

挂载和移出操作

// 挂载
$ sudo mount /dev/sdb2 /mnt
// 移出
$ sudo umount /mnt

复制操作
使用cp指令要加-r，-f，-a参数，-r表示递归复制，-f表示强制覆盖，-a表示保留原文件的属性（mode，ownership，tiemstamps等）

$ sudo cp -rf -a source destination

复制`/boot`分区

SSD Ubuntu 的/boot从 PC Ubuntu 上看为/dev/sdb2，将/dev/sdb2挂载为 PC Ubuntu 的/mnt。安装 GRUB 之后，/mnt已经有/grub这个文件夹和默认的lost+found文件夹。
使用cp将 PC 的/boot中其他文件复制到/mnt。结果类似：

/mnt/ ⌚ 13:56:06
$ ls | sort
abi-4.8.0-36-generic
config-4.8.0-36-generic
grub
initrd.img-4.8.0-36-generic
lost+found
memtest86+.bin
memtest86+.elf
memtest86+_multiboot.bin
System.map-4.8.0-36-generic
vmlinuz-4.8.0-36-generic

复制`/`分区

SSD Ubuntu 的/分区（根目录）比较特殊：一些子目录挂载了其他分区，并存在“伪目录”，不同子目录有特定的用途。

所以复制/分区是有选择性的，不区分子目录进行复制，可能会提示“权限问题”、“无法访问”等错误。

不需要复制的目录
/boot,/home，/mnt挂载了其他分区
/media /cdrom 挂载可移除的媒体（cdrom 等）
/swap交换分区（不需要交换分区了）
需要复制的目录
主要参考: Linux操作系统备份之二
/bin 系统可执行文件
/etc 系统核心配置文件
/opt 用户程序文件
/root root用户主目录
/sbin 系统可执行文件
/usr 程序安装目录
/var 系统运行目录
需要手动创建的目录
在/mnt中需要给 SSD 的/创建几个空目录。
/dev 主要存放与设备（包括外设）有关的文件
/proc 正在运行的内核信息映射
/sys 硬件设备的驱动程序信息

这几个目录是 Linux 内核启动后由内核来挂载并存放信息的，不能从运行中的 PC Ubuntu 复制过去，但是需要建立空目录，不然内核启动后会报类似错误：

mount: mount point /dev does not exist

创建命令：

$ sudo mkdir dev proc sys

操作策略
每个目录单独执行复制命令，出错了好处理。

复制`/home`分区

挂载 SSD Ubuntu/home到 PC Ubuntu /mnt，然后全盘复制：

$ sudo mount /dev/sdb4 /mnt
$ sudo cp -rf -a /home/* /mnt

挂载`/home`和`/boot`分区

SSD Ubuntu 的/home和/boot需要挂载到/，挂载方法为：修改/ect/fstab。

挂载/dev/sda3为 PC Ubuntu /mnt
使用blkid查看 SSD 各分区的 UUID

$ sudo blkid
...
/dev/sdb3 UUID="a5eb2b0c-2104-4afe-aa78-93396d3e0986" TYPE="ext4" PARTUUID="b2708ce0-07"
...

修改 SSD Ubuntu 的fstab文件

$ sudo vim /mnt/etc/fatab

fstab文件大概是这样子的：

# /etc/fstab: static file system information.
#
# Use 'blkid' to print the universally unique identifier for a
# device; this may be used with UUID= as a more robust way to name devices
# that works even if disks are added and removed. See fstab(5).
#
#                
# / was on /dev/sda3 during installation
UUID=a5eb2b0c-2104-4afe-aa78-93396d3e0986 /               ext4    errors=remount-ro 0       1
#
# /boot was on /dev/sda2 during installation
UUID=8cba10c6-dff2-4300-a630-ab0e7a4782af /boot           ext4    defaults        0       2
#
# /home was on /dev/sda4 during installation
UUID=298ba5ad-d306-4b4a-aaa8-54312590dec6 /home           ext4    defaults        0       2

GRUB 引导修复

将 SSD 通过 USB 插入到笔记本，开机，选择从 USB 启动。此时应该会是看到类似下图的画面。

GRUB-Prompt-crop.png

说明已经进入到 GRUB 引导程序中，但是没有 GRUB 启动选项，无法继续引导了。距离成功仅剩一步：修复 GRUB 引导。

指定内核启动

指定/boot分区和/grub位置（好像不需要这步，GRUB Rescue 才需要）

// grub> root=hd0,gpt2
// grub> prefix=(hd0,gpt2)/grub
grub> set root=hd0,gpt2
grub> set prefix=(hd0,gpt2)/grub

设置启动的 Linux 内核

grub> linux /vmlinuz-4.8.0-36-generic ro root=/dev/sda2

设置虚拟内存

grub> initrd /initrd.img-4.8.0-36-generic

启动 SSD Ubuntu

grub> boot

到这一步应该可以启动 SSD 的 Ubuntu，但是下次重新开机，又需要手动指定内核才能启动，通过在 SSD Ubuntu 中重建 GRUB 引导可以解决该问题。

重建 GRUB 引导

从 SSD 开启 Ubuntu 成功后，执行以下命令：

$ sudo update-grub
$ sudo grub-install /dev/dsa

以上命令更新了 GRUB 可引导的系统/内核列表：/boot/grub/grub.cf，并重新安装了 GRUB。可以参考：Grub2/Installing。

笔记本下次开机，就能看到类似画面：

grub-loader.jpg

完成

将 SSD 放入笔记本内置硬盘位，将旧的 HDD 放到光驱位置，开机，完成！（撒花）！

结语

总共花了三天时间搞定这个事情，整理出文章花了N天，查看了很多资料，对计算机开机引导，硬盘分区和 GRUB 算是比较了解了。
现在笔记本有了 SSD + HDD，下一步可能会实践双硬盘的数据备份。
最后放上 HDD 凌乱的分区图，纪念这几年装机折腾的日子。折腾中总有收获。

old-disk-partition.png

Refenrences

UEFI是什么？与BIOS的区别在哪里

http://www.ihacksoft.com/uefi.html
[UEFI是什么？与BIOS的区别在哪里]:http://www.ihacksoft.com/uefi.html

Linux：系统启动引导过程

http://zhaodedong.leanote.com/post/Linux%EF%BC%9A%E7%B3%BB%E7%BB%9F%E5%90%AF%E5%8A%A8%E5%BC%95%E5%AF%BC%E8%BF%87%E7%A8%8B

What’s the Difference Between GPT and MBR When Partitioning a Drive

http://www.howtogeek.com/193669/whats-the-difference-between-gpt-and-mbr-when-partitioning-a-drive/
[What’s the Difference Between GPT and MBR When Partitioning a Drive]:http://www.howtogeek.com/193669/whats-the-difference-between-gpt-and-mbr-when-partitioning-a-drive/

6 Stages of Linux Boot Process (Startup Sequence)

http://www.thegeekstuff.com/2011/02/Linux-boot-process/

GRUB2 中文介绍

https://my.oschina.net/guol/blog/37373
[GRUB2 中文介绍]:https://my.oschina.net/guol/blog/37373

Ubuntu16.10 迁移到 SSD

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磁盘发展史

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硬盘状态

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分区操作

GRUB 引导

GRUB 是什么

GRUB 位置

建立 GRUB 引导

GRUB 引导修复类型

数据复制

操作方式

复制`/boot`分区

复制`/`分区

复制`/home`分区

挂载`/home`和`/boot`分区

GRUB 引导修复

指定内核启动

重建 GRUB 引导

完成

结语

Refenrences

END

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分区策略

分区操作

GRUB 引导

GRUB 是什么

GRUB 位置

建立 GRUB 引导

GRUB 引导修复类型

数据复制

操作方式

复制/boot分区

复制/分区

复制/home分区

挂载/home和/boot分区

GRUB 引导修复

指定内核启动

重建 GRUB 引导

完成

结语

Refenrences

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你可能感兴趣的:(Ubuntu16.10 迁移到 SSD)

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复制`/boot`分区

复制`/`分区

复制`/home`分区

挂载`/home`和`/boot`分区