arch linux 安装之 ---GPT--引导篇

新入一二手X240 ，直接格式化，装archLinux。

一、引导程序安装---------------

1、首先搞清楚什么是UEFI

Under UEFI下的引导顺序

System switched on. The Power On Self Test (POST) is executed.
UEFI firmware is loaded. Firmware initializes the hardware required for booting.
Firmware reads the boot entries in the firmware's boot manager to determine which UEFI application to be launched and from where (i.e. from which disk and partition).
Firmware launches the UEFI application.
- This could be the Arch kernel itself (since EFISTUB is enabled by default).
- It could be some other application such as a shell or a graphical boot manager.
- Or the boot entry could simply be a disk. In this case the firmware looks for an EFI System Partition on that disk and tries to run the fallback UEFI application \EFI\BOOT\BOOTX64.EFI (BOOTIA32.EFI on 32-bit systems). This is how UEFI bootable thumb drives work.

If Secure Boot is enabled, the boot process will verify authenticity of the EFI binary by signature.

Note: On some (poorly-designed) UEFI systems the only way to boot is using a disk boot entry with the fallback UEFI application path.

EFI System Partition

必须是物理分区（不支持lvm、软raid等）
esp分区与操作系统无关，EFI firmware会直接读取该分区内的bootloader和启动程序。
推荐设置512M大小。
安装grub和efibootmgr，grub后续安装脚本利用efibootmgr创建.efi可执行引导程序。
EFI启动不并不需要bootloader，可以通过efibootmgr或者efi shell直接将boot entry写入efi启动项。

#备注内容（以下内容摘自archwiki）

The EFI System Partition (also called ESP or EFISYS) is a FAT32 formatted physical partition (in the main partition table of the disk, not under LVM or software RAID etc.) from where the UEFI firmware launches the UEFI bootloader and application.

It is an OS independent partition that acts as the storage place for the EFI bootloaders and applications to be launched by the EFI firmware. 

It is recommended to keep ESP size at  MiB although smaller/larger sizes are fine.

Install the packages grub and efibootmgr. GRUB is the bootloader, efibootmgr creates bootable .efi stub entries used by the GRUB installation script.

The following steps , install its modules to /boot/grub/x86_64-efi, and place the bootable grubx64.efi stub inesp/EFI/grub.

First, tell GRUB to use UEFI, set the boot directory and set the bootloader ID.

2、安装grub引导程序和efibootmgr

#pacman -S grub  efibootmgr 
#grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=esp --bootloader-id=grub
#利用efibootmgr的功能，创建efi的引导启动文件 grubx64.efi
#上面一条命令，指定x86_64-efi和grubx64.efi的路径；这样当efi firmware访问esp分区，加载bootloader，运行grubx64.efi，读取grub.cfg
#--efi-directory and --bootloader-id are specific to GRUB UEFI. --efi-directory specifies the mountpoint of the ESP

3、配置grub.cfg

 grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg

grub的详细内容，查看 https://wiki.archlinux.org/index.php/GRUB#Generate_the_main_configuration_file

https://wiki.archlinux.org/index.php/EFISTUB

https://wiki.archlinux.org/index.php/Arch_boot_process

-- 补充，当我们给硬盘第一次分区的时候，会发现是从第34扇区开始的，原理如下，摘自其他地方----

保护MBR

保护MBR包含一个DOS分区表(LBA0)，只包含一个类型值为0xEE的分区项，在小于2TB的磁盘上，大小为整个磁盘；在更大的磁盘上，它的大小固定为2TB。它的作用是阻止不能识别GPT分区的磁盘工具试图对其进行格式化等操作，所以该扇区被称为“保护MBR”。实际上，EFI根本不使用这个分区表。

EFI部分

EFI部分又可以分为4个区域：EFI信息区(GPT头)、分区表、GPT分区、备份区域。

EFI信息区(GPT头): 起始于磁盘的LBA1，通常也只占用这个单一扇区。其作用是定义分区表的位置和大小。GPT头还包含头和分区表的校验和，这样就可以及时发现错误。
分区表: 分区表区域包含分区表项。这个区域由GPT头定义，一般占用磁盘LBA2～LBA33扇区。分区表中的每个分区项由起始地址、结束地址、类型值、名字、属性标志、GUID值组成。分区表建立后，128位的GUID对系统来说是唯一的。
GPT分区: 最大的区域，由分配给分区的扇区组成。这个区域的起始和结束地址由GPT头定义。
备份区: 备份区域位于磁盘的尾部，包含GPT头和分区表的备份。它占用GPT结束扇区和EFI结束扇区之间的33个扇区。其中最后一个扇区用来备份1号扇区的EFI信息，其余的32个扇区用来备份LBA2～LBA33扇区的分区表。

EFI信息区数据结构

EFI信息区位于磁盘的1号扇区(LBA1)，也称为GPT头。其具体结构如下表所示

EFI信息区结构
相对字节偏移量 (十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～07	8	GPT头签名“45 46 49 20 50 41 52 54”(ASCII码为“EFI PART”)
08～0B	4	版本号，目前是1.0版，其值是“00 00 01 00”
0C～0F	4	GPT头的大小(字节数)，通常为“5C 00 00 00”(0x5C)，也就是92字节。
10～13	4	GPT头CRC校验和(计算时把这个字段本身看做零值)
14～17	4	保留，必须为“00 00 00 00”
18～1F	8	EFI信息区(GPT头)的起始扇区号，通常为“01 00 00 00 00 00 00 00”，也就是LBA1。
20～27	8	EFI信息区(GPT头)备份位置的扇区号，也就是EFI区域结束扇区号。通常是整个磁盘最末一个扇区。
28～2F	8	GPT分区区域的起始扇区号，通常为“22 00 00 00 00 00 00 00”(0x22)，也即是LBA34。
30～37	8	GPT分区区域的结束扇区号，通常是倒数第34扇区。
38～47	16	磁盘GUID(全球唯一标识符,与UUID是同义词)
48～4F	8	分区表起始扇区号，通常为“02 00 00 00 00 00 00 00”(0x02)，也就是LBA2。
50～53	4	分区表总项数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128个。
54～57	4	每个分区表项占用字节数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128字节。
58～5B	4	分区表CRC校验和
5C～*	*	保留，通常是全零填充

分区项

分区项结构
相对字节偏移量 (十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～0F	16	用GUID表示的分区类型
10～1F	16	用GUID表示的分区唯一标示符
20～27	8	该分区的起始扇区，用LBA值表示。
28～2F	8	该分区的结束扇区(包含)，用LBA值表示，通常是奇数。
30～37	8	该分区的属性标志
38～7F	72	UTF-16LE编码的人类可读的分区名称，最大32个字符。

注意，扇区尺寸不能假定为512字节，也就是说，一个扇区内可能存放4个以上的分区项，也可能只存放一个分区项的一部分。也就是说，除了头两个扇区(LBA 0 和 LBA 1)之外，GPT规范仅定义了数据结构的尺寸，而不关心使用多少个扇区进行存储。

分区类型
相关操作系统	GUID[little endian]	含义
None	00000000-0000-0000-0000-000000000000	未使用
None	024DEE41-33E7-11D3-9D69-0008C781F39F	MBR分区表
None	C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B	EFI系统分区[EFI System partition (ESP)]
None	21686148-6449-6E6F-744E-656564454649	BIOS引导分区，其对应的ASCII字符串是"Hah!IdontNeedEFI"。
None	D3BFE2DE-3DAF-11DF-BA40-E3A556D89593	Intel Fast Flash (iFFS) partition (for Intel Rapid Start technology)
Windows	E3C9E316-0B5C-4DB8-817D-F92DF00215AE	微软保留分区
Windows	EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7	基本数据分区
Windows	DE94BBA4-06D1-4D40-A16A-BFD50179D6AC	Windows恢复环境
Linux	0FC63DAF-8483-4772-8E79-3D69D8477DE4	数据分区。Linux曾经使用和Windows基本数据分区相同的GUID。这个新的GUID是由 GPT fdisk 和 GNU Parted 开发者根据Linux传统的"8300"分区代码发明的。
Linux	A19D880F-05FC-4D3B-A006-743F0F84911E	RAID分区
Linux	0657FD6D-A4AB-43C4-84E5-0933C84B4F4F	交换分区
Linux	E6D6D379-F507-44C2-A23C-238F2A3DF928	逻辑卷管理器(LVM)分区
Linux	8DA63339-0007-60C0-C436-083AC8230908	保留

Microsoft还进一步对分区的属性进行了细分：低位4字节表示与分区类型无关的属性，高位4字节表示与分区类型有关的属性。Microsoft目前使用了下列属性：

分区属性
Bit	解释
0	系统分区(磁盘分区工具必须将此分区保持原样，不得做任何修改)
1	EFI隐藏分区(EFI不可见分区)
2	传统的BIOS的可引导分区标志
60	只读
62	隐藏
63	不自动挂载，也就是不自动分配盘符