多功能启动U盘

制作一个同时具备一下四个功能的多功能启动U盘 1. 数据存储 2. windows系统安装 3. linux的livecd 4. mac安装

0. 缘由

由于经常折腾系统，安装系统修复grub之类的事情，所以我的U盘常常被格式化。不然就是日常的数据和系统文件混在一起十分不方便。终于决定对U盘进行分区，将常用的功能放到后面几个分区，前面第一个分区用作数据分区（因为windows系统只识别U盘的第一个分区）。

1. 目标U盘结构

U盘总大小为29G，将其规划如下

编号	内容	大小
1.	fat32 数据区	14G
2.	fat32 `grub`、`Clover`以及`winPE`和`gentoo admincd`	8G
3.	hfsplus `macOS High Sierra`安装文件	7G

2. 分区

1. 格式化

使用linux的gparted工具按照上述规划进行分区，将3个分区都格式化成fat32，并且命名。其中 mac安装分区由于需要使用黑苹果安装，为了能够指定安装到该分区，该分区应该具备能够被macOS挂载的格式和方便识别的名称，简单起见，都格式化成fat32。

2. 设置grub分区参数

gparted 设置esp，boot参数，使启动时计算机知道该分区为启动分区，找到efi文件夹的位置。 gparted part creation

3. 安装grub

我们的目标是该多功能U盘能够同时在只支持bios启动和UEFI启动的电脑上均能启动。由于grub-efi 和grub-i386两种模式的安装并不冲突。EFI模式只是将.efi文件放到EFI文件夹内，而BIOS模式将一些信息写入mbr，二者共用/boot/grub文件夹，公用/boot/grub/grub.cfg配置文件。

首先假设我们将grub需要安装到的分区，也就是上图中的/dev/sdc2挂载到了/mnt，然后进行 grub的安装。

3.1 grub-efi 安装

efi-direcotry参数必须指定，否则默认到进行grub-install所在的host的efi分区，导致无法启动。

grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory /mnt --root-directory /mnt /dev/sdc

注意: 对于计算机内部的硬盘，grub-install会将相应的启动路径信息写入到cmos当中，但是作为移动用的U盘，这一行为显然是无法在不同计算机间迁移的。对于未在cmos中存在信息的分区，计算机会读取默认路径，也就是带有 esp标签的分区的EFI/boot/boot.efi和EFI/boot/bootx64.efi。为了让多功能启动U盘在其他电脑上的UEFI 模式下也能用，我们需要将安装好之后的分区内的EFI/debian/grubx64.efi复制到该分区的EFI/boot/bootx64.efi, 为了确保能启动，可以再复制一份保存为boot.efi在同一文件夹下。

3.2 grub-bios 安装

grub-install --target=i386-pc --root-directory /mnt /dev/sdc

3.3 grub调试

3.3.1 bios模式调试使用qemu虚拟机进行grub配置的调试，默认为BIOS模式：

sudo qemu-system-x86_64 -m 1024 /dev/sdc

3.3.2 efi模式调试

通过添加--bios参数指定tinycore的efi模式启动：

sudo qemu-system-x86_64 --bios /usr/share/ovmf/OVMF.fd -m 1024 /dev/sdc

如果系统中没有ovmf，debian系可以采用此命令安装：

apt-get install ovmf

但是，由于未知原因，qemu启动后并没有或者是无法读取到U盘的某些信息，导致其只能在第一个分区中寻找EFI相关文件，而为了让数据分区干净，我们的EFI相关文件都在第二个分区，因此无法使用此方式调试。

4. linux (gentoo admin cd)安装配置

作为不折腾不舒服斯基，常常会有弄坏引导，进不了grub等情况发生，这个时候一个体积小，功能全的livecd就很有用。而gentoo的admincd才小于500M的体积就十分合适，而且实践发现，不需要额外参数用于启动从iso文件复制到u盘中的内容。

admincd下载

假设下载后的cd名称为gentoo-admincd.iso，grub所在分区/dev/sdc2挂载于/mnt

sudo mount gentoo-admincd.iso /mnt1
sudo cp -R /mnt1/* /mnt  # 将iso内容全部复制到grub所在分区

根据cd内的isolinux配置，得到相应的menuentry需要的参数

menuentry "gentoo admincd" {
    insmod part_gpt
    insmod btrfs
    linux /isolinux/gentoo root=/dev/ram0 init=/linuxrc dokeymap \
              looptype=squashfs loop=/image.squashfs cdroot
    initrd /isolinux/gentoo.igz
}

5. windows安装盘

5.1 windows7及以上的独立安装盘

有时候会有win7的装机需求，但是windows系的安装只用一个只有一个分区的U盘来的话比较容易，一般不会出什么问题。需要注意的是，如果对该U盘进行过分区、调整大小等行为，可能会造成下面的两种方式都不成功。最好是重建分区表后建立的单个的fat分区的U盘，肯定不会有莫名的问题。 5.1.1 对于mbr方式将iso内容完全解压到fat分区，然后用grub-install给这个分区和盘安装i386-pc的grub，用

ntldr /bootmgr

即可轻松安装。

5.1.2 对于uefi方式这个方式更简单，直接将iso内容解压到fat分区，重启选择uefi从U盘启动即可，连grub都不需要。

6. 使用PE的通用型windows安装方式

由于只有一个U盘，windows系统的安装对于多分区的U盘，上述方法则要求windows安装iso的内容必须解压到第一个分区，grub也安装到第一个分区，才能够成功启动安装。但是这样导致普通文件和系统文件混淆在一起，很不清晰。一个通用的安装方法是使用PE，而且是同时支持uefi和mbr方式启动的PE。这就可以将PE的文件放在后面的分区当中，启动之后加载iso进行安装。

6.1 PE文件放置以及配置

PE型的iso文件与windows安装盘的iso不同，一般都可以直接解压到非第一个分区，使用grub加载后能够正常启动。首先挂载PE的iso文件并复制：

mount xxPE.iso /home/user/cdrom[随意找个挂载位置即可]
cp -R /home/user/cdrom/* /mnt  # mnt 为grub所在分区

然后配置相应的menuentry，对于BIOS模式的grub:

menuentry "winpe" {
  ntldr /bootmgr
}

对于EFI模式的grub:

menuentry "winpe"  {
  chainloader /efi/microsoft/boot/bootx64.efi
}

6.2 直接加载iso文件启动某些PE不能用解压放置的方式启动，可以使用memdisk加载整个iso文件启动，但是性能以及通用性不如文件解压的方法，在某些计算机上可能会失败。

使用syslinux项目中的memdisk加载iso，对于debian系的系统，才用此命令安装memdisk

apt-get install grub-imageboot

装好后文件位于/boot/memdisk，将其复制到U盘grub所在分区根目录（此处为/mnt/）或者其他目录，grub.cfg内容须做相应更改。

理论上来说，所有可以使用iso启动的iso文件都能通过memdisk直接加载iso文件启动，但是受制于iso文件大小、内存大小等限制，太大的iso文件不太合适。

memdisk使用方式： linux /memdisk iso raw # 这个raw很关键，不加有些iso启动不了memdiskwiki initrd /xxxPE.iso # 需要启动的PE的iso文件，直接加载到内容，所以不宜过大一个menuentry实例，iso文件大小为130M，放在grub所在分区中：

menuentry "winpe" {
    insmod ntfs
    insmod part_gpt
    linux /memdisk iso raw
    initrd /TYx64Win8PE.iso
}

启动进入PE了之后，U盘只有第一个分区也就是数据分区可见，其他分区是看不到的，所以需要安装的windows 系统的iso文件要么放在第一个分区，或者放在硬盘上，然后就可以用PE中的安装工具安装了。

7. Clover加载用于启动macOS安装

7.1 clover chainloader配置

clover是一个用于黑苹果安装的很好用的启动工具。具体的相关配置属于黑苹果安装配置的范畴，这里就不多说。通过grub2的chainloader将clover启动，这样就能够启动Installer进行系统安装或者是修复了。比如本次多功能U盘制作的原因－－将macOS high Sierra的根分区转换成 APFS。只能离线转换，因此不能进入macOS后转。

将CLOVER整个文件夹放到grub所在分区（这里的/mnt）的/efi/文件夹中。相应的menuentry为：

menuentry "clover" {
    insmod part_gpt
    insmod ntfs
    chainloader /efi/clover/cloverx64.efi
}

7.2 第三个macOS Installer分区的制作

这个制作在黑苹果当中进行，从App store中下载macOS High Sierra 13.1.1，然后打开文件管理器Finder，点击使用gparted分区时分配给第三个分区的名字，挂载。假设名字为MACUSB，那么挂载后位于/Volumes/MACUSB，下载后的安装app位于/Applications/Install macOS High Sierra.app

使用一下命令将第三个分区制作成macOS安装盘

/Applications/Install macOS High Sierra.app/Contents/Resources/createinstallmedia \
--applicationpath /Applications/Install macOS High Sierra.app --volume /Volumes/MACUSB \
--nointeraction

完成后，从在grub界面选择clover，就会启动clover从而能够引导第三个分区中的Installer

只在grub.cfg当中写menuentry项，启动时界面能够出来，但是一旦进入某一项boot之后，就会提示 booting in blind mode，然后黑屏。Arch的wiki上有相应的解决办法。但是对于efi和 bios模式启动的grub，需要加载的模块不同，因此需要用到启动方式的判定。通过grub_platform 进行判定。然后将系统中的字体文件复制到U盘上grub所在分区的boot/grub中

cp /usr/share/grub/unicode.pf2 /mnt/boot/grub

grub_platform的值，在BIOS模式下为pc，在EFI模式下为efi，均为小写，语法与bash相同．

相关的grub.cfg的内容如下，放在最上方即可，后面接上menuentry的内容：

if [ x${grub_platform} == xpc ]; then
# pc means bios mode
      insmod vbe
else
# efi mode
    insmod efi_gop
    insmod efi_uga
fi
if loadfont ${prefix}/fonts/unicode.pf2
then
    insmod gfxterm
    set gfxmode=auto
    set gfxpayload=keep
    terminal_output gfxterm
fi

同时，由于clover只支持EFI模式，因此将clover的menuentry放在一个if判定内：

    if [ x${grub_platform} == xefi ]; then
        menuentry "clover" {
            insmod part_gpt
            insmod ntfs
            chainloader /efi/clover/cloverx64.efi
        }
    fi

这样就只有是采用EFI模式引导的情况下才会出现Clover的项目．

完整的grub.cfg内容为：

if [ x${grub_platform} == xpc ]; then
# pc means bios mode
      insmod vbe
else
# efi mode
    insmod efi_gop
    insmod efi_uga
fi

if loadfont ${prefix}/fonts/unicode.pf2
then
    insmod gfxterm
    set gfxmode=auto
    set gfxpayload=keep
    terminal_output gfxterm
fi

menuentry "gentoo admincd" {
    insmod part_gpt
    insmod btrfs
    linux /isolinux/gentoo root=/dev/ram0 init=/linuxrc dokeymap \
              looptype=squashfs loop=/image.squashfs cdroot
    initrd /isolinux/gentoo.igz
}

if [ x${grub_platform} == xefi ]; then
  menuentry "winpe" {
    chainloader /efi/microsoft/boot/bootx64.efi
  }
else
  # for bios
  menuentry "winpe" {
    ntldr /bootmgr
  }
fi

if [ x${grub_platform} == xefi ]; then
    menuentry "clover" {
        insmod part_gpt
        insmod ntfs
        chainloader /efi/clover/cloverx64.efi
    }
fi

修改记录： 20180521：添加关于efi模式正确运行需要的操作