准备开整

U盘一枚(4G容量以上，备份好数据，一会可能要重新格式化)
可用的任意操作系统,64位(32位就不要折腾UEFI了)
UEFI与ESP预备知识，限于篇幅就不详细介绍了，自己看文档原理

USB启动的原理就不多做讲解了，有兴趣的话找找相关的文档，介绍很多，也很详细，跟硬盘引导过程差不多。注意的是BIOS+MBR模式和UEFI+GPT模式是不同的。

基本步骤

先说一下我的环境，金士顿16G U盘一个，操作系统是Deepin 2014.3 64bit，基于Ubuntu 14.04，其他类似的系统可以类比。Linux系统本来就使用grub引导(不要在CentOS/RHEL 6及以下版本折腾了，那个是Grub Legacy，已经不维护了)，折腾起来要比其他操作系统方便的多，软件仓库就有grub相关的软件包，也不需要单独安装太多东西。Windows下可以用grub2win，原理是一样的。

步骤一: 格式化U盘

想要支持UEFI引导，GPT是不可少了，而且GPT是兼容MBR了。所以第一步需要先将U盘格式化为GPT分区，这样efi文件可以和MBR共存，实现UEFI和BIOS双支持。

Linux下支持GPT分区的工具: parted, gdisk。大致的步骤就是使用gdisk(命令和操作方式几乎和fdisk完全一样，只是支持GPT),或parted对U盘重新分区，然后标记ESP。如果用gdisk，只要给分区标记EF00编号即可，如果用parted，给分区boot标记即可。命令行就不演示了，很简单，我这边截图使用图形化工具gparted分区，同样结果也是GPT分区。

图形化的gparted操作也很简单，建立GPT分区表，分区，格式化为FAT32(注: 尽管ESP支持多种分区，但是为了通用性与兼容性还是建议FAT32)，标记分区为boot

这样U盘处理就完成了，使用gdisk或parted显示一下U盘的信息，看到这样的信息就是OK的

$ sudo gdisk -l /dev/sdb  # 根据你的U盘的名字修改dev设备
GPT fdisk (gdisk) version 0.8.8

Partition table scan:
  MBR: protective      # <========================= 保护性的MBR，这个是GPT兼容MBR的一种设计
  BSD: not present
  APM: not present
  GPT: present         # <========================= 看这里，已经是GPT了

Found valid GPT with protective MBR; using GPT.   # <========== 这里的显示也说明是GPT分区
Disk /dev/sdb: 30736384 sectors, 14.7 GiB
Logical sector size: 512 bytes
Disk identifier (GUID): 022EE53E-9641-4D28-9394-0826CFA24730
Partition table holds up to 128 entries
First usable sector is 34, last usable sector is 30736350
Partitions will be aligned on 2048-sector boundaries
Total free space is 4029 sectors (2.0 MiB)

Number  Start (sector)    End (sector)  Size       Code  Name
   1            2048        30734335   14.7 GiB    EF00         # <======== 这里很关键，看Code是EF00，想要分区成为ESP必须设置这个标记，如果手工用gdisk别忘了这一步

$ sudo parted /dev/sdb print
Model: Kingston DataTraveler 3.0 (scsi)
磁盘 /dev/sdb: 15.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
分区表：gpt                                 # <======= GPT分区
Disk Flags: 

数字  开始：  End     大小    文件系统  Name  标志
 1  1049kB  15.7GB  15.7GB  fat32         启动, esp      # <===== ESP已经设置成功

注意点: bios_grub标记的分区

这个要特别强调，bios_grub标记的分区必须存在，否则BIOS模式下无法使用。

有关bios_grub标记的分区说明: https://help.ubuntu.com/community/Installation/UEFI-and-BIOS/original-attempt#Make_a_system_bootable_in_UEFI_as_well_as_BIOS

这里我简单提及一下这个标记的作用。上面提到过，GPT兼容MBR，如果要让grub在GPT上使用MBR模式安装的话，需要设置这个标记。按照ubuntu官方文档(上面那个文档，想了解详细的话必看!)，这个分区有以下几个特点:

1MB容量
不需要格式化
设置bios_grub标记

如果用gdisk, parted, gparted这些工具分区的时候，你会发现总会有一个1MB的剩余空间，就是干这个用的，现在，我只需要给这个剩余空间分区，并打上bios_grub标记就行了(EF02)，不用格式化。parted操作也类似

sudo gdisk /dev/sdb
# 下面可以看到gdisk的操作几乎和fdisk完全一样，熟悉fdisk可以无压力上手

GPT fdisk (gdisk) version 0.8.8

Partition table scan:
  MBR: protective
  BSD: not present
  APM: not present
  GPT: present

Found valid GPT with protective MBR; using GPT.

Command (? for help): n
Partition number (2-128, default 2): 
First sector (34-30736350, default = 30734336) or {+-}size{KMGTP}: 
Last sector (30734336-30736350, default = 30736350) or {+-}size{KMGTP}: 
Current type is 'Linux filesystem'
Hex code or GUID (L to show codes, Enter = 8300): EF02
Changed type of partition to 'BIOS boot partition'

Command (? for help): p
Disk /dev/sdb: 30736384 sectors, 14.7 GiB
Logical sector size: 512 bytes
Disk identifier (GUID): 0086B5EF-81D9-4BD1-816C-AD1EADCD2338
Partition table holds up to 128 entries
First usable sector is 34, last usable sector is 30736350
Partitions will be aligned on 2048-sector boundaries
Total free space is 2014 sectors (1007.0 KiB)

Number  Start (sector)    End (sector)  Size       Code  Name
   1            2048        30734335   14.7 GiB    EF00  
   2        30734336        30736350   1007.5 KiB  EF02  BIOS boot partition # <== EF02对应的就是bios_grub这个标记

Command (? for help): w

Final checks complete. About to write GPT data. THIS WILL OVERWRITE EXISTING
PARTITIONS!!

Do you want to proceed? (Y/N): y
OK; writing new GUID partition table (GPT) to /dev/sdb.
Warning: The kernel is still using the old partition table.
The new table will be used at the next reboot.
The operation has completed successfully.


$ sudo parted /dev/sdb print
Model: Kingston DataTraveler 3.0 (scsi)
磁盘 /dev/sdb: 15.7GB
Sector size (logical/physical): 512B/512B
分区表：gpt
Disk Flags: 

数字  开始：  End     大小    文件系统      Name                 标志
 1    1049kB  15.7GB  15.7GB  fat32                          启动, esp
 2    15.7GB  15.7GB  1032kB            BIOS boot partition  bios_grub  # <== 要的就是这个!

至此分区的步骤就完成了。如果你已经是GPT分区了，就不用重新分区了，只要处理成ESP就行了

步骤二: 安装grub到U盘

这一步相比上一步已经简单许多了，但还是有一个小坑需要注意。先贴命令：

$ sudo mount /dev/sdb1 /mnt -o uid=$USER,gid=$USER  # 没什么好说的，挂载U盘使用，加上uid和gid参数只是为了编辑文件不需要sudo而已

# grub安装到MBR
$  sudo grub-install --target=i386-pc --recheck --boot-directory=/mnt/boot /dev/sdb
Installing for i386-pc platform.
Installation finished. No error reported.

# grub安装到ESP,特别注意--removable参数，安装到移动设备上一定要用这个参数
$ sudo grub-install --target x86_64-efi --efi-directory /mnt --boot-directory=/mnt/boot --removable
Installing for x86_64-efi platform.
Installation finished. No error reported.

命令没有任何难度，但是有几个坑需要特别注意:

Ubuntu的分包问题 grub默认的target是i386-pc，这个target包含在grub-pc这个包，如果你的系统使用BIOS+MBR安装，这个包默认是存在的。x86_64-efi这个target包含在grub-efi这个包，只有你的系统使用UEFI+GPT方式安装这个包才会存在。如果某个target报错，错误信息类似于grub-install: error: /usr/lib/grub/x86_64-efi/modinfo.sh doesn't exist. Please specify --target or --directory. 这样的话，就需要安装grub-pc或grub-efi之后再试。
安装到ESP要加--removable这个参数这个参数专门针对于可移动设备，一定要加
bios_grub标记的分区如果按照上面的分区过程操作了，增加了这个标记的分区，安装grub的时候会自动识别这个标记的分区并成功安装grub，否则报错:

Installing for i386-pc platform.
grub-install: warning: this GPT partition label contains no BIOS Boot Partition; embedding won't be possible.
grub-install: warning: 无法嵌入。在此次安装中 GRUB 只能通过使用块列表安装。但是块列表是不可信赖的，不推荐使用。.
grub-install：错误： will not proceed with blocklists.

步骤三: 添加grub菜单

如果前面都没问题的话，最后就只剩下添加grub菜单了。在/mnt/boot/grub这个目录下，新建grub.cfg配置文件就行了。grub2的语法很复杂，图省事就从网上各种摘抄拼接就行了。比如我把linux发行版的iso镜像都扔到了boot/iso这个目录，于是乎我的grub.cfg成了这样:

# path to the partition holding ISO images (using UUID)
probe -u $root --set=rootuuid
set imgdevpath="/dev/disk/by-uuid/$rootuuid"

# define globally (i.e outside any menuentry)
insmod search_fs_uuid
search --no-floppy --set=isopart --fs-uuid $rootuuid
insmod all_video

menuentry "Linux Mint cinnamon 64bit ISO" {
 set isofile=/boot/iso/linuxmint-17.2-cinnamon-64bit.iso
 loopback loop ($isopart)$isofile
 linux (loop)/casper/vmlinuz file=/cdrom/preseed/linuxmint.seed boot=casper iso-scan/filename=$isofile noeject noprompt splash locale=zh_CN.UTF-8 --
 initrd (loop)/casper/initrd.lz
}

menuentry "Ubuntu Desktop 64bit ISO" {
 set isofile=/boot/iso/ubuntu-14.04.3-desktop-amd64+mac.iso
 loopback loop ($isopart)$isofile
 linux (loop)/casper/vmlinuz file=/cdrom/preseed/ubuntu.seed boot=casper iso-scan/filename=$isofile noeject noprompt splash locale=zh_CN.UTF-8 --
 initrd (loop)/casper/initrd.lz
}

menuentry "UbuntuKylin Desktop 64bit ISO" {
 set isofile=/boot/iso/ubuntukylin-14.04.3-desktop-amd64.iso
 loopback loop ($isopart)$isofile
 linux (loop)/casper/vmlinuz.efi boot=casper iso-scan/filename=$isofile noeject noprompt splash locale=zh_CN.UTF-8 --
 initrd (loop)/casper/initrd.lz
}

menuentry "Ubuntu Server 64bit ISO" {
 set isofile=/boot/iso/ubuntu-14.04.3-server-amd64+mac.iso
 loopback loop ($isopart)$isofile
 set gfxpayload=keep
 linux (loop)/install/vmlinuz file=/cdrom/preseed/ubuntu-server.seed iso-scan/filename=$isofile quiet --
 initrd (loop)/install/initrd.gz
}

menuentry "Deepin 2014 ISO" {
 set isofile=/boot/iso/deepin_2014.3_amd64.iso 
 loopback loop ($isopart)$isofile
 linux (loop)/casper/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=$isofile noeject noprompt splash locale=zh_CN.UTF-8 --
 initrd (loop)/casper/initrd.lz
}

根据自己的需求增删改改就行了。想进一步美化的话，grub2关于美化的文档也很多，就不赘述了。

注意: 不要使用虚拟机测试，因为虚拟机不能完整模拟主板。因此不一定能引导你的U盘，让你误以为制作失败了。尽可能用真机去测试引导。

最后，贴一个效果图，可以看到BIOS模式和UEFI都可以引导了

补充: 稍作美化一下效果

参考文献

Multiboot USB drive - ArchWiki
Grub2/ISOBoot - Community Help Wiki - Official Ubuntu
grub2 loopback booting ubuntu server iso

[grub实现]U盘引导多个linux镜像安装,同时支持BIOS和UEFI模式