其實去年初就曾利用過年期間玩了下在 USB 隨身碟安裝與設定多系統啟動。不過當時都是在 Windows 7 環境下設定的，且偏以可驅動的 Live OS ISO 檔 (如 WinPE、Puppy Linux)，以及工具碟為主。(當時研究心得可參考文後「延伸閱讀」的鏈結。)
因為今年我設定了要利用閒暇時間學習 Linux 的底層架構，也包括了學習使用 C++ 的程式撰寫@Linux 的目標；同時我也希望出外時可以只帶 USB 碟，內裝了我可以上網瀏覽、文書處理、開發環境等的行動平台，所以安裝套較輕量如 Puppy Linux，並可以把變動永續 (persistent)寫入到 USB 隨身碟內，而不僅只是 Live 那種唯讀而已。
經過兩三天的實作設定，終於可以作到：
- 在 USB 碟切割多個磁區 (partition)。
- 安裝 Arch Linux 於某一磁區，且可以啟動與寫入變動等。
- 可驅動 Puppy Linux ISO 檔，並且可以將所有操作的變動寫回 USB 磁區內。
- 可利用 Grub2 驅動各磁區的系統，包括上述 Arch Linux、Puppy Linux、各類 Live ISO 檔 OS等。
我想就對上述的列表，個別整理成主題，來分享下關於實作的心得與個人的註記備忘。本篇就先針對如何安裝 Grub2 於 USB MBR 以及基本的 grub.cfg 設定。同時注意下以下的設定僅先針對 Legacy BIOS 環境下，而並針對 EFI 環境，不過設定仍為類似的步驟。
準備 USB 隨身碟
最好使用 32G 以上空間的隨身碟，USB 2.0 or 3.0 均可。我自己是使用這款 Super Talent USB3.0 64GB 讀速130M隨身碟(終保)，當時是買來要玩暗黑3，但現在已不玩該遊戲。
準備 Grub2 安裝與設定環境所使用的 Host 系統
使用 Grub2 的原因是現今主流 Linux OS 均支持新一代的開機管理程式，而且它可以支持從 MBR (Legacy) 或 EFI (Advance) 開機啟動，且可以驅動多種檔案系統與多類型的 OS，彈性極大。
要將 Grub2 寫入到 USB 開機區，需要準備已安裝有 Grub2 程式的主機 (Host)環境。以前我是使用 Windows 7 環境，不過後來發現到使用 Linux 系統並使用命令列模式來設定，反而較簡單。
關於如何在 Windows 環境下建置 Grub2，可以參考這一篇：
o [分享] Windows定製Grub2（包括BIOS和UEFI、自定義Grub2路徑）。
而個人所使用的作業環境則為 Arch Linux，因為它的 Grub2 設定文件整理得很好，容易找到相關的參考文件。
我是安裝 Arch Linux 於 Vmware 虛擬機上，如此相對方便設定與測試。關於如何安裝 Arch Linux 於 Vmware/Virtual Box 等虛擬機器內，有太多文章可以參考，例如底下這篇就寫得相當好：
o A Guide to Installing Arch in VirtualBox。
規劃 USB 磁區 (partition)
我這條 USB 碟是 64G，目前是規劃了3個磁區，參考下圖：
/dev/sdb1 檔案系統為 fat32 (20G)。這個磁區設定為預設啟動 (Active)磁區，並且要格式化為 fat32，如此才能被 Grub2 找到；同時我是把從 Puppy ISO 解開的檔案結構放置於同一磁區內，如此方便開機啟動且可將變更寫回該磁區內 (另篇文章會討論 Puppy Linux 的永續性@USB碟 的設定)。
/dev/sdb2 檔案系統為 ext4 (18G)。我是把所有的 Live OS 的 ISO 檔全放置於此；其實也可以考慮格式化為 fat32，這樣方便在 Windows 系統複製 ISO 檔於該分區內。
/dev/sdb3 檔案系統為 ext4 (16.7G)。該分區主要是當成硬碟區 (USB-HDD)看待，並且把 Arch Linux (未來會成為我在 Linux 撰寫程式的主力系統)安裝於此分區內。
切割與格式化 USB 磁區
在 Windows 環境下切割 USB 磁區的工具，莫過於 Bootice 這個利器。它不僅可以切割磁區，還支持各種開機啟動管理程式 (當然有 Grub2)寫入至 MBR 開機區內。
關於 Bootice 的使用教學以及漢化版下載，可以參考這篇：
o 【BOOTICE: 啟動維護工具】。
至於在 Arch Linux 下，要切割 USB 開機磁區更是簡單的事。首先檢查下 USB 碟的裝置名稱 (一般應會是 /dev/sdb)。
# lsblk -f |
然後使用 cfdisk 指令切割磁區 (參考各安裝文件即有說明)：
# cfdisk /dev/sdb |
然後進行對各分區的格式化 (format)：
在 Arch Linux 先確定有安裝便於格式化 fat/fat32 的工具：
# pacman -S dosfstools |
對各分區進行格式化：
# mkfs.vfat -n "volumn name" /dev/sdb1 |
注意將 USB 碟的分區格式化為 ext4，最好不要有日誌資訊 (jounal)，以避免 USB 碟 (SSD 硬碟亦然)過度頻繁的寫入。
# mkfs.ext4 -O "^has_journal" -L "volumn label" /dev/sdb2 # mkfs.ext4 -O "^has_journal" -L "volumn label" /dev/sdb3 |
安裝 Grub2@Arch Linux
所有相關 Grub2 在 Arch Linux 環境下的安裝與設定，必要的參考官方文件：
o GRUB2 (正體中文)。
首先 Host 環境 (Arch Linux)要先安裝 Grub2 (for legacy Bios)套件：
# pacman -S grub-bios |
安裝 Grub2 至 USB MBR 開機區內
一定要仔細看下這段的設定：#安裝到440位元組MBR啟動區(Install_to_440-byte_MBR_boot_code_region)
我這裡耗了好幾個小時 Try Error，才發現到 grub-install 指令需要加上 --boot-directory 參數，指定要將 Grub Image 寫入到所指定的分區與其目錄內。
我的 Grub2 啟動選單放置於 /dev/sdb1 分區下，所以要先 mount 該分區：
# mount /dev/sdb1 /mnt |
然後執行 (只要這兩行即可，多語系檔案會自動複製)：
# modprobe dm-mod # grub-install --boot-directory=/mnt --target=i386-pc --recheck --debug /dev/sdb |
安裝完成後，可以檢查啟動分區內是否已新增 /grub 資料夾，並在其內已有下列檔案結構：
編輯設定 grub.cfg
這一段最麻煩，能否正常啟動位於各分區內的各類 OS，設定內容的正確與否才是最關鍵的。
如何從無到有產生 grub.cfg，可以參考這一段文：
o 2.1.4 產生GRUB2 BOIS設置檔案(Generate GRUB2 BIOS Config file)。
不過我不喜歡這樣的方式，內容很亂。可以自行從網路找一些 Grub2 的設置檔範本，然後再慢慢「刻」。只是這樣就需要時常查找許多參考文件了。
這裡我先提供一個可以引導 Arch Linux ISO 傳統的 Live OS 啟動的範本：
set SYS_UUID=6AED-F2C3 set ISO_UUID=8973f18b-83ac-4765-9242-a180598af39b set HDD_UUID=a63bcc35-aabd-4be6-894c-6d9b3e25a6f4 if [ -s $prefix/grubenv ]; then load_env fi if [ "${next_entry}" ] ; then set default="${next_entry}" set next_entry= save_env next_entry set boot_once=true else set default="0" fi if [ x"${feature_menuentry_id}" = xy ]; then menuentry_id_option="--id" else menuentry_id_option="" fi export menuentry_id_option if [ "${prev_saved_entry}" ]; then set saved_entry="${prev_saved_entry}" save_env saved_entry set prev_saved_entry= save_env prev_saved_entry set boot_once=true fi function savedefault { if [ -z "${boot_once}" ]; then saved_entry="${chosen}" save_env saved_entry fi } function load_video { if [ x$feature_all_video_module = xy ]; then insmod all_video else insmod efi_gop insmod efi_uga insmod ieee1275_fb insmod vbe insmod vga insmod video_bochs insmod video_cirrus fi } set menu_color_normal=light-blue/black set menu_color_highlight=light-cyan/blue if [ x$feature_default_font_path = xy ] ; then font=unicode else insmod part_msdos insmod ext2 search --no-floppy --fs-uuid --set=root $SYS_UUID font="/grub/fonts/unicode.pf2" fi if loadfont $font ; then set gfxmode=auto load_video insmod gfxterm set locale_dir=$prefix/locale set lang=zh_TW insmod gettext fi terminal_input console terminal_output gfxterm set timeout=30 menuentry "Arch Linux Live ISO" { insmod ext2 set isofile="/archlinux-2015.03.01-dual.iso" loopback loop (hd0,2)$isofile # echo "Loopback iso file: $isofile" linux (loop)/arch/boot/x86_64/vmlinuz archisolabel=ARCH_201503 img_dev=/dev/disk/by-uuid/$ISO_UUID img_loop=$isofile earlymodules=loop echo 'Loading Linux core repo kernel ...' initrd (loop)/arch/boot/x86_64/archiso.img } |
上述範本的設定中，最關鍵的地方在於 uuid 的設定。也就是說，每一個 USB 碟的分區都有各自一個唯一的識別號碼；使用該號碼會比使用如 /dev/sdXX 這樣的裝置名稱更能正確找到該分區，因為需要考量的是 USB 會隨時插入各硬體主機內，如此就不一定有一個唯一的裝置名稱，但 UUID 則經格式化後則是唯一的。
使用 lsblk -f 或 blkid 可以查到 USB 碟各分區的 UUID。
再來注意的是，因為我的 Arch Linux ISO 檔是位於 ext4 格式的磁區內 (/dev/sdb2)，Grub2 要引導到該磁區必須下達「insmod ext2」 陳述，以事先載入 ext2 模組 (可以辨識 ext2,3,4 格式)。
測試從 USB 開機啟動 Arch Linux Live ISO
每次設定好若都要重啟電腦那豈不是超麻煩？ 可以下載 Plop Boot Manager，然後利用 Vmware 啟動，它即會顯示從 CD-ROM 或從 USB 碟開機的選項，並且它同時有支援 BIOS/EFI 的開機模式。(「延伸閱讀」我的第二篇文章有說明如何使用 Plop@Vmware)
從 Arch Linux 的下載區下載最新版的 ISO 檔，然後複製至存放 ISO 檔案的 USB 分區 (我放在 /dev/sdb2)
執行 Plop Boot Manager，選擇 USB 開機，啟動後的 Grub2 開機選單畫面：
※ 延伸閱讀
o [實作筆記] 製作 USB 多系統雙啟動開機碟－01
o [實作筆記] 製作 USB 多系統雙啟動開機碟－02