GNU GRUB

GNU GRUB

GNU GRUB ロゴ
テキストモードで実行されている GRUB v2
原作者	エーリヒ・ブーリン
開発者	GNU プロジェクト
初回リリース	1995年; 29年前 （1995年）
安定版リリース	2.12 [1]  / 2023年12月20日
プレビューリリース	2.12-rc1 [2]  / 2023年7月10日
リポジトリ	git.savannah.gnu.org/cgit/grub.git
書かれた	アセンブリ、C [3]
オペレーティング·システム	Linux、GNU/Hurd、macOS、BSD、( Solaris / illumos (x86 ポート))、Windows (チェーンロード経由)
プラットフォーム	IA-32、x86-64、IA-64、ARM、PowerPC、s390x、MIPS、RISC-V、LoongArch、SPARC
利用可能	英語その他
タイプ	ブートローダー
ライセンス	2007: GPL-3.0以降[a] [5] 1999: GPL-2.0以降[b]
Webサイト	このサイトは、

GNU GRUB ( GNU GRand Unified Bootloaderの略で、一般的にGRUBと呼ばれる) は、 GNU プロジェクトのブートローダパッケージです。GRUB は、Free Software FoundationのMultiboot 仕様のリファレンス実装であり、コンピュータにインストールされている複数のオペレーティング システムのいずれかを起動するか、特定のオペレーティング システムのパーティションで使用可能な特定のカーネル構成を選択するかをユーザーに提供します。

GNU GRUBはGrand Unified Bootloader （ Grand Unified Theory ^[6]をもじったもの）と呼ばれるパッケージから開発されました。主にUnix系システム で使用されます。

コンピュータの電源を入れると、BIOSがプライマリ ブート可能デバイス (通常はコンピュータのハード ディスク) を見つけ、マスター ブート レコード(MBR)から初期ブートストラッププログラムを実行します。MBR はハード ディスクの最初のセクターです。このブートストラップ プログラムは、1 つのセクターに収まるように小さくする必要があります。長い間、セクターのサイズは 512 バイトでした。2009 年以降、セクター サイズが 4096 バイトのハード ディスク ( Advanced Formatディスクと呼ばれる) が利用可能になりましたが、2013 年 10 月現在、このようなハード ディスクは、 512e エミュレーションを使用して、512 バイト セクターでアクセスされています。^[7] 従来のMBR パーティション テーブルは、最大 4 つのパーティションをサポートし、合わせて 64 バイトを占有します。オプションのディスク署名(4 バイト) とディスク タイムスタンプ(6 バイト)を合わせると、ブート ローダーのマシン コードに使用できるバイト数は 434 ～ 446 バイトになります。このような小さなスペースは非常に単純なブートローダには十分ですが、^{[8]複雑で複数の}ファイルシステムやメニュー方式のブート選択などをサポートするブートローダを格納するには不十分です。したがって、フットプリントが大きいブートローダはいくつかの部分に分割され、最小の部分は MBR に収まり、1 つ以上の大きな部分は MBR と最初のパーティションの間の空きセクターなどの他の場所に格納されます。MBR 内のコードは、2 番目の部分を開始する以上のことはほとんど行いません。 ^{[アップデート]}

ブートローダーの残りの部分の目的は、オペレーティングシステムを設定してカーネルを起動することで、実際にオペレーティングシステムを起動することです。カーネルはほとんどの場合、適切なファイルシステム上のファイルとして保存されますが、ファイルシステムの概念は BIOS にはわかりません。したがって、BIOS ベースのシステムでは、ブートローダーの役割は、それらのファイルの内容にアクセスして、RAM にロードして実行できるようにすることです。

ブートローダーの 1 つの可能なアプローチは、基礎となるファイルシステムを理解せずにハードディスクセクターに直接アクセスしてカーネルイメージをロードすることです。通常、マップまたはマップファイルの形式で、追加の間接レベルが必要です。マップまたはマップファイル とは、カーネルイメージが占める物理セクターのリストを含む補助ファイルです。このようなマップは、新しいカーネルイメージのインストール、ファイルシステムのデフラグなどにより、カーネルイメージがディスク上の物理的な場所を変更するたびに更新する必要があります。また、マップの物理的な場所が変更された場合、セクター間接メカニズムが引き続き機能するように、ブートローダーの MBR コード内でマップの場所を更新する必要があります。これは面倒なだけでなく、システムの更新中に何か問題が発生した場合にシステムを手動で修復する必要もあります。^[9]

もう 1 つのアプローチは、ブートローダーに基盤となるファイル システムを認識させ、カーネル イメージが実際のファイル パスを使用して構成およびアクセスされるようにすることです。そのためには、ブートローダーにサポートされているファイル システムごとにドライバーを含める必要があります。これにより、ブートローダー自体がファイル システムを理解してアクセスできるようになります。このアプローチでは、ハード ディスク セクターの場所をハードコードする必要がなくなり、マップ ファイルが存在する必要がなくなり、カーネル イメージを追加または移動した後の MBR の更新も不要になります。ブートローダーの構成は通常のファイルに保存され、ファイル システムを認識する方法でアクセスして、カーネル イメージを実際に起動する前にブート構成を取得します。そのため、システム更新中に問題が発生する可能性が低くなります。欠点としては、このようなブートローダーはサイズが大きく、複雑になります。^[9]

GNU GRUB は、基盤となるファイル システムを理解するという 2 番目のアプローチを採用しています。ブート ローダー自体は、MBR ブート スキームに適合するように 複数のステージに分割されています。

GRUB には 2 つの主要なバージョンが一般的に使用されています。GRUBレガシーと呼ばれる GRUB バージョン 0 は、 Linux ディストリビューションの古いリリースでのみ普及しています。GRUB 2 は最初から作成され、その前身を置き換えることを目的としており、現在では大多数の Linux ディストリビューションで使用されています。

GRUB 0.x は 2 段階のアプローチに従います。マスター ブート レコード (MBR) には通常、GRUBステージ 1が含まれますが、アクティブパーティションのブート セクタからGRUBステージ 1をチェーンロードする標準 MBR 実装が含まれる場合もあります。ブート セクタのサイズが小さい (512 バイト) ため、ステージ 1 では、ディスクの先頭近くの固定位置 (最初の 1024 シリンダ内) からいくつかのディスク セクタをロードして、GRUB の次のステージをロードする以上のことはほとんどできません。

ステージ 1 はステージ 2を直接ロードできますが、通常はステージ 1.5をロードするように設定されています。は、ハードディスクの最初の 30 KiBの MBR の直後、最初のパーティションの前にあります。 このスペースが利用できない場合 (通常とは異なるパーティション テーブル、特殊なディスク ドライバー、GPTまたはLVMディスク)、ステージ 1.5のインストールは失敗します。ステージ 1.5イメージにはファイル システム ドライバーが含まれており、たとえば などのファイル システム内の任意の既知の場所からステージ 2 を直接ロードできます/boot/grub。その後、ステージ 2 は、デフォルトの構成ファイルとその他の必要なモジュールをロードします。

• 右最後の画像の図を参照。^[10]
• boot.img(ステージ 1 ) は、マスター ブート レコードの最初の 440 バイト(セクター 0 の MBR ブート コード) に書き込まれるか、オプションでパーティション ブート セクター(PBR) に書き込まれます。これは、diskboot.img64 ビットのLBAアドレスでアドレス指定されます。実際のセクター番号は によって書き込まれますgrub-install。は、LBA セクター番号によって識別されるの残りの部分をロードすることを唯一の目的としたdiskboot.imgの最初のセクターであり、これも によって書き込まれます。 core.imgcore.imggrub-install
  • MBR パーティション ディスクでは、core.img(ステージ 1.5 ) は、MBR と最初のパーティションの間の空きセクター (存在する場合) に格納されます。最近のオペレーティング システムでは、アラインメントのためにここで 1 MiB のギャップ (2047 512 バイト、または 255 4KiB セクター) が提案されています。このギャップは、1996 年以前にBIOSで使用されていたシリンダ ヘッド セクター(C/H/S)アドレス指定のセクター数制限を思い出させるものとして、以前は 62 セクター (31 KiB) でしたが、そのため32 KiB より小さくなるように設計されています。core.img
  • GPT パーティション ディスクでは、core.img独自のパーティションに書き込まれます。「BIOS_grub」フラグが付けられ、フォーマットされてはならず、1 MiB ほどの小さなサイズでもかまいません。
• ステージ 2: によって設定されたパーティションからcore.imgロードします。パーティション インデックスが変更された場合、GRUB は を見つけることができず、ユーザーに GRUB Rescue プロンプトが表示されます。/boot/grub/i386-pc/normal.modgrub-installnormal.mod
• GRUB2 のインストール方法に応じて、Linux ディストリビューションのルート/boot/grub/パーティション内、または別の/bootパーティション内に存在します。
• normal.mod がロードされた後: normal.modを解析し/boot/grub/grub.cfg、オプションでモジュール (グラフィカル UI やファイル システムのサポートなど) をロードし、メニューを表示します。

• /efi/<distro>/grubx64.efi( x64 UEFI システムの場合) は、 EFI システム パーティションにファイルとしてインストールされ、 boot.imgMBR セクター 0 にインストールされることなく、ファームウェアによって直接起動されます。このファイルは、stage1 および stage1.5 に似ています。
• /boot/grub/EFI システム パーティションや別の/bootパーティションなどにインストールできます。
• x64 UEFI システムの場合、stage2 は/boot/grub/x86_64-efi/normal.modファイルとその他の/boot/grub/ファイルです。

GRUB は、grub-install によって検出されたオペレーティングシステム (OS) をユーザーが選択できるメニューを表示します。GRUB は、ユーザーが定義したタイムアウト後に指定された OS を自動的にロードするように設定できます。タイムアウトを 0 秒に設定すると、⇧ Shiftコンピューターの起動中に押し続けると、ブートメニューにアクセスできるようになります。^[11]

オペレーティング システム選択メニューでは、GRUB はいくつかのコマンドを受け入れます。

• を押すと、オペレーティングシステムを起動する前に、選択したメニュー項目のカーネルパラメータを編集できます。GRUB でこれを行う理由 (つまり、すでに起動したシステムのパラメータを編集しない) は、システムが起動に失敗したという緊急事態である可能性があります。カーネルパラメータ行を使用すると、特に、カーネルに対して無効にする (ブラックリストに追加する) モジュールを指定できます。特定のカーネルモジュールが壊れていて起動できない場合に、これが必要になることがあります。たとえば、カーネルモジュールをブラックリストに追加するには、カーネルパラメータの最後にを追加します。envidia-currentmodprobe.blacklist=nvidia-current
• を押すと、GRUBコマンドラインに入ります。GRUBコマンドラインは、bashなどの通常のLinuxシェルではなく、さまざまなLinuxディストリビューションで文書化されている特定のGRUB固有のコマンドのみを受け入れます。^[12]c

ブート オプションが選択されると、GRUB は選択されたカーネルをメモリにロードし、カーネルに制御を渡します。 あるいは、チェーン ロードを使用して、GRUB はブート プロセスの制御を別のブート ローダーに渡すこともできます。 これは、マルチブート仕様をサポートしていない、または GRUB によって直接サポートされていない オペレーティング システムをロードするために使用される方法です。

コンピュータには複数のハードディスクを接続できます。これらは SATA ポートで識別できます。コンピュータがPOST するたびに、特定のマザーボード ポートに接続されたハードディスクに、たとえば という同じ識別子が割り当てられますhd0, hd1, …。しかし、このような一貫性が保証できない場合はどうなるでしょうか。接続されたハードディスクの配置が起動ごとに変わった場合はどうなるでしょうか。ハードディスクが別のコンピュータに接続される場合はどうなるでしょうか。

GRUB レスキュー コンソール( をロードした後に使用可能) またはGRUB コンソール( をロードした後に使用可能)lsのいずれかに入ると、使用可能なすべてのハード ディスクとパーティションのリストを取得できます。たとえば、) には、実際のハード ディスクとパーティションに割り当てることができる番号が表示されます。 core.imgnormal.modls (hd0,5)/

hd0"デバイス番号によるハードディスクの「スタイルの番号付け」が一貫していることは保証できないため、GNU GRUB は、パーティション (実際にはファイル システム インスタンス) を識別するために、 Universally Unique Identifier (UUID) を使用できます。

ファイル システム ext2、ext3、ext4、xfs は、インスタンスを一意に識別するために UUID を使用します。UUID は、パーティションがフォーマットされるときに作成されます。UUID はファイル システムの一部であり、スーパーブロックに書き込まれます。フォーマット以外のすべての操作では、UUID は変更されません。UUID を変更したり、 dd を使用してパーティション全体を複製すること で UUID を複製したりすることができます。

このファイルgrub.cfgは GRUB を設定するために使用されます。このファイルには、起動時に実行されるコマンドが含まれています。有効な が存在しない場合grub.cfg、GRUB はプロンプトを表示します。

絶対最小限には、grub.cfg次の 2 つのコマンドのみが含まれる場合があります (初期 ramdiskを参照)。

linux (hd0,1)/kernel/vmlinuz-3.20.1-4 ro # 最初のハードディスクの最初のパーティションの /kernel ディレクトリにあるファイル名「vmlinuz-…」を Linux カーネルイメージとして使用します
initrd (hd0,1)/boot/initrd.img-3.20.1-4 # 最初のハードディスクの最初のパーティションの /boot ディレクトリにある "initrd.img–…" という名前のファイルを初期 RAM ディスクとして使用します

ファンシーな人は、grub.cfg表示されるメニューを説明し、複数の色を使用し、背景画像を指定することもあります。

GRUBは当初、フリーソフトウェア財団が開発したオペレーティングシステム GNU / Hurdの起動作業の一環として、 Erich Boleynによって開発されました。^{[13] 1999年に、Gordon MatzigkeitとYoshinori K. OkujiはGRUBを}GNUプロジェクトの公式ソフトウェアパッケージとし、開発プロセスを一般に公開しました。^[13] 2014年現在、Linuxディストリビューションの大多数はGNU GRUB 2を採用しており、ソニーのPlayStation 4などの他のシステムでも採用されています。^{[14][アップデート]}

GRUBバージョン0（別名「GRUB Legacy」）は開発が終了しており、段階的に廃止されています。[ ^15] GNU GRUBの開発者はGRUB 2に焦点を移しました。^[16] GNU GRUBをよりクリーンで、より堅牢で、より移植性が高く、より強力にすることを目標に、完全に書き直されました。GRUB 2はPUPAという名前で始まりました。PUPAは日本の情報処理推進機構（IPA）によってサポートされていました。PUPAは2002年頃にGRUB 2の開発に統合され、GRUBバージョン0.9xはGRUB Legacyに名前が変更されました。

GRUB 2プロジェクトの目標には、x86以外のプラットフォームのサポート、国際化とローカリゼーション、非ASCII文字、動的モジュール、メモリ管理、スクリプトミニ言語、プラットフォーム固有の（x86）コードからプラットフォーム固有のモジュールへの移行、オブジェクト指向フレームワークなどがあります。GNU GRUBバージョン2.00は、2012年6月26日に正式にリリースされました。^{[17] [18]}

最も広く使用されているLinuxディストリビューションのうち3つは、GRUB 2を主流のブートローダーとして使用しています。^{[19] [20] [21]} Ubuntuは、2009年10月の9.10バージョンでこれをデフォルトのブートローダーとして採用しました。^[22] Fedoraは、2011年11月にリリースされたFedora 16でこれに続きました。 ^[23] OpenSUSEは、2012年9月の12.2リリースでGRUB 2をデフォルトのブートローダーとして採用しました。 ^[24] Solarisも、Solaris 11.1リリースでx86プラットフォームにGRUB 2を採用しました。^[25] Buildrootもx86およびx86_64ターゲットにGNU GRUBを使用しています。

2015年後半には、バックスペースを28回押してログインパスワードを回避する脆弱性が発見され、すぐに修正されました。^{[26] [27]}

GNU GRUB はフリーソフトウェアなので、いくつかのバリエーションが作成されています。GRUB メインラインにマージされていない注目すべきバリエーションをいくつか紹介します。

• OpenSolarisには、 Solaris VTOCスライス、自動64ビットカーネル選択、ZFSからのブート（圧縮と複数のブート環境を使用）をサポートする修正されたGRUB Legacyが含まれています。^{[28] [29]}
• Google Summer of Code 2008では、 ext4形式のパーティションから起動するためにGRUB legacyをサポートするプロジェクトがありました。 ^[30]
• Syllableプロジェクトは、 AtheOSファイルシステムからシステムをロードするためにGRUBの修正版を作成した。^[31]
• TrustedGRUBは、 Trusted Platform Module （TPM）を使用してシステムの整合性とブートプロセスのセキュリティの検証を実装することでGRUBを拡張します。^[32]
• Intel BIOS実装テストスイート（BITS）は、BIOS、特にIntelプロセッサ、ハードウェア、テクノロジーの初期化をテストするためのGRUB環境を提供します。BITSはPythonによるスクリプトをサポートしており、ACPI、CPUおよびチップセットレジスタ、PCI、PCI Expressなど、ハードウェアプラットフォームのさまざまな低レベル機能にアクセスするためのPython APIが含まれています。^[33]
• GRUB4DOSはGRUBのレガシーフォークであり、GRLDR設定以外のすべてを1つのイメージファイルにまとめることで、 DOSとMicrosoft Windowsでのインストールエクスペリエンスを向上させます。DOSから直接ロードすることも、 NTLDRまたはWindowsブートマネージャーからロードすることもできます。^{[34] [35]} GRUB4DOSは現在活発に開発されており、2021年現在UEFIをサポートしています。^[36]

さまざまなディストリビューションで使用されているセットアップツールには、GRUB をセットアップするためのモジュールが含まれていることがよくあります。たとえば、SUSE LinuxおよびopenSUSEディストリビューションのYaST2 、 Fedora / RHELディストリビューションのAnacondaなどです。StartUp-Manager と GRUB Customizer は、Debian ベースのディストリビューション用のグラフィカル設定エディタです。StartUp-Manager の開発は、主任開発者が個人的な理由でプログラムを積極的に開発しないことを理由に、2011 年 5 月 6 日に停止しました。^[37] GRUB Customizer は、Arch ベースのディストリビューションでも利用できます。

GRUB 2にはKDEコントロールモジュールがあります。^{[38] [39]}

GRLDR ICEは、GRUB4DOSのgrldrファイルのデフォルト設定を変更するための小さなツールです。^[40]

Boot-Repair は、GRUB およびMicrosoft Windowsブートローダーで頻繁に発生するブート関連の問題から回復するためのシンプルなグラフィカル ツールです。このアプリケーションは、 GNU GPL ライセンスの下で利用できます。Boot-Repair は、Debian、Ubuntu、Mint、Fedora、openSUSE、Arch Linuxなど、複数の Linux ディストリビューションで GRUB を修復できます。

Grub2Win は、Windows のオープンソース ソフトウェア パッケージです。これにより、GNU GRUB を Windows ディレクトリから起動できます。セットアップ プログラムは、GNU GRUB バージョン 2.12 を NTFS パーティションにインストールします。その後、Windows GUI アプリケーションを使用して、GRUB ブート メニュー、テーマ、UEFI ブート順序、スクリプトなどをカスタマイズします。すべての GNU GRUB スクリプトとコマンドは、UEFI システムとレガシー システムの両方でサポートされています。Grub2Win は、Windows、Ubuntu、openSuse、Fedora、および他の多くの Linux ディストリビューションのマルチブート用に GRUB を構成できます。SourceForgeでGNU GPL ライセンスの下で無料で入手できます。

GRUB の強みは、サポートされるプラットフォーム、ファイル システム、オペレーティング システムの範囲が広いことであり、ディストリビューションや組み込みシステムのデフォルトの選択肢となっています。

ただし、より使いやすいユーザー エクスペリエンス、グラフィカル OS セレクター、より簡単な構成を提供する、エンド ユーザーを対象としたブート マネージャーもあります。

• rEFInd – Macintosh スタイルのグラフィカル ブート マネージャー。UEFI ベースのコンピューター専用です (BIOS はサポートされていません)。
• CloverEFI – BIOS および UEFI ベースのコンピュータ用の Macintosh スタイルのグラフィカル ブート マネージャ。TianoCore プロジェクトの大幅に変更された DUET を使用して UEFI をエミュレートし、BIOS システムでも FAT でフォーマットされたパーティションを必要とします。利点として、パーティション ブート セクターに基本的なファイル システム ドライバーがあるため、第 2 段階または第 3 段階の脆弱性や悪名高い GRUB Rescue プロンプトを回避できます。ユーザー インターフェイスは rEFInd に似ています。どちらも廃止されたブート マネージャ rEFIt から継承されています。

非グラフィカルな代替手段:

• systemd-boot – テキストベースの OS 選択メニューを備えた軽量の UEFI 専用ブート マネージャー。

Wikimedia Commons には、GNU GRUBに関連するメディアがあります。

Wikibooks には、 「Windows インストール後の GRUB のインストール」に関する書籍があります。

ディストリビューション Wiki には、一般的な問題やカスタム設定に関する多くの解決策が掲載されており、役立つ可能性があります。

• アーチリナックス /GRUB
• Ubuntu /Grub2 (下部のリンクも参照)
• フェドラ /GRUB_2
• ジェントゥー /GRUB2
• Grub2テーマチュートリアル

• GRUB マニュアル – すべてのコマンドを含む最も詳細なドキュメント
• 公式サイト
• GRUB wiki は 2010 年にアーカイブされました

• GRUB でブート、2001 年 4 月のLinux Journalの記事

• Grub2 を使用した x86 での Linux の起動 – 詳細記事
• 統合拡張ファームウェア インターフェース(UEFI ファームウェア、2012 年以降一般的)
• GUID パーティション テーブル(GPT) – 2 TiBを超えるハード ドライブと 4 つ以上のパーティションを処理します。
• BIOS ファームウェアで使用されるマスター ブート レコード(およそ 2012 年以前のマザーボード)
• BIOS ブート仕様バージョン 1.01 (1996 年 1 月 11 日) – 入手困難

• SysLinux (IsoLinux) – CD、DVD でよく使用されるブートローダー
• BOOTMGR – 現在の Windows ブートローダー
• NTLDR - Windows Vista以前に使用されていた以前の Windows ブートローダー
• rEFInd - UEFI ベースのコンピュータ用の代替ブートローダー
• ブートローダーの比較