GRUB

Présentation.
GRUB (Grand Unified Bootloader) est un programme qui a pour vocation première d'amorcer un système linux. Pour ce faire, une toute petite partie de GRUB, installée dans un secteur d'amorçage, charge d'abord un mini-noyau qui va procéder à l'affichage d'un menu. Un appui sur "Enter" démarre alors le système d'exploitation sélectionné. Appuyer sur "c" au lieu de "Enter"nous conduit dans un shell où nous pouvons taper diverses commandes. Affichons par exemple le contenu du fichier "hello" situé dans le répertoire personnel de toto situé sur la partition /home séparée /dev/sda9:

En fait, nous sommes déjà dans un mini système d'exploitation.
"Esc" nous renvoie dans le menu. Appuyer sur "e" nous permet d'éditer les différentes commandes du menu, mais les changements ne seront pas sauvegardés.
Où installer GRUB?
Le problème auquel on est confronté lors de l'installation d'une distribution linux est le choix du secteur d'amorçage où installer GRUB. Le secteur d'amorçage principal (MBR = Master Boot Record) ou secteur 0 du disque /dev/sda est habituellement proposé par défaut. Mais si le disque contient windows, valider ce choix conduira à la destruction du MBR de windows. Aussi, dans le cas où un seul disque est disponible, il est conseillé d'installer GRUB sur le secteur d'amorçage (VBR = Volume Boot Record) de la partition racine du système installé où de la partition /boot si partition /boot séparée il y a.
Cas d'une installation sur un VBR.
L'adresse du mini-noyau à charger est inscrite dans le VBR sous forme d'une adresse en secteurs relative à l'origine du disque (et non de la partition). Voyons cela de plus près en examinant depuis notre OS linux les premiers octets du VBR dans lequel GRUB legacy (traditionnel) a été installé:

# od -Ax -v -tx1 -N 0x50 /dev/sda1
000000 eb 48 90 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000010 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000020 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 03 02
000040 ff 00 00 80 9a 7f 00 00 00 08 fa 90 90 f6 c2 80

Le 'ff' à l'offset 0x40 indique que le  mini-noyau à charger se trouve sur le même disque. Dans le cas de GRUB legacy, il s'agit du fichier /boot/grub/stage2.
Les 4 octets à l'offset 0x44 contiennent l'adresse de ce fichier sous forme d'un nombre au format little-endian (octet de poids le plus faible à gauche). Dans le cas de notre exemple, cette adresse est 0x7f9a
Affichons le contenu du secteur situé à cette adresse:

# dd if=/dev/sda bs=512 count=1 skip=$((0x7f9a)) 2>/dev/null | od -Ax -tx1z
000000 52 56 5e bf f8 81 66 8b 2d 83 7d 04 00 0f 84 c4 >RV^...f.-.}.....<
000010 00 80 7c ff 00 74 3e 66 8b 1d 66 31 c0 b0 7f 39 >..|..t>f..f1...9<
000020 45 04 7f 03 8b 45 04 29 45 04 66 01 05 c7 04 10 >E....E.)E.f.....<
000030 00 89 44 02 66 89 5c 08 c7 44 06 00 70 50 66 31 >..D.f.\..D..pPf1<
000040 c0 89 44 04 66 89 44 0c b4 42 cd 13 0f 82 93 00 >..D.f.D..B......<
000050 bb 00 70 eb 56 66 8b 05 66 31 d2 66 f7 34 88 54 >..p.Vf..f1.f.4.T<
000060 0a 66 31 d2 66 f7 74 04 88 54 0b 89 44 0c 3b 44 >.f1.f.t..T..D.;D<
000070 08 7d 68 8b 04 2a 44 0a 39 45 04 7f 03 8b 45 04 >.}h..*D.9E....E.<
000080 29 45 04 66 01 05 8a 54 0d c0 e2 06 8a 4c 0a fe >)E.f...T.....L..<
000090 c1 08 d1 8a 6c 0c 5a 52 8a 74 0b 50 bb 00 70 8e >....l.ZR.t.P..p.<
0000a0 c3 31 db b4 02 cd 13 72 3a 8c c3 8e 45 06 58 c1 >.1.....r:...E.X.<
0000b0 e0 05 01 45 06 60 1e c1 e0 04 89 c1 31 ff 31 f6 >...E.`......1.1.<
0000c0 8e db fc f3 a4 1f 61 83 7d 04 00 0f 85 42 ff 83 >......a.}....B..<
0000d0 ef 08 e9 34 ff 5a ea 00 82 00 00 be 05 81 e8 3d >...4.Z.........=<
0000e0 00 eb 06 be 0a 81 e8 35 00 be 0f 81 e8 2f 00 eb >.......5...../..<
0000f0 fe 4c 6f 61 64 69 6e 67 20 73 74 61 67 65 32 00 >.Loading stage2.<
000100 2e 00 0d 0a 00 47 65 6f 6d 00 52 65 61 64 00 20 >.....Geom.Read. <
000110 45 72 72 6f 72 00 bb 01 00 b4 0e cd 10 46 8a 04 >Error........F..<
000120 3c 00 75 f2 c3 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 ><.u.............<
000130 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 >................<
*
0001f0 00 00 00 00 00 00 00 00 9b 7f 00 00 f1 00 20 08 >.............. .<

Il s'agit bien du premier secteur du fichier /boot/grub/stage2, comme on peut facilement le vérifier avec la commande:

# od -Ax -tx1z -N 0x200 /boot/grub/stage2

Avec GRUB 2 (le nouveau GRUB), c'est un peu différent:

# od -Ax -v -tx1 -N 0x70 /dev/sda3
000000 eb 63 90 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000010 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000020 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000040 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
000050 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 80 40 f5 17 03
000060 00 00 00 00 ff fa 90 90 f6 c2 80 74 05 f6 c2 70

Le module à charger (mini-noyau) est cette fois /boot/grub/core.img dont le premier secteur est dans le cas de notre exemple situé à l'adresse 0x317f540:

# dd if=/dev/sda bs=512 count=1 skip=$((0x317f540)) 2>/dev/null | od -Ax -tx1z
000000 52 e8 28 01 74 08 56 be 33 81 e8 4c 01 5e bf f4 >R.(.t.V.3..L.^..<
000010 81 66 8b 2d 83 7d 08 00 0f 84 e9 00 80 7c ff 00 >.f.-.}.......|..<
000020 74 46 66 8b 1d 66 8b 4d 04 66 31 c0 b0 7f 39 45 >tFf..f.M.f1...9E<
000030 08 7f 03 8b 45 08 29 45 08 66 01 05 66 83 55 04 >....E.)E.f..f.U.<
000040 00 c7 04 10 00 89 44 02 66 89 5c 08 66 89 4c 0c >......D.f.\.f.L.<
000050 c7 44 06 00 70 50 c7 44 04 00 00 b4 42 cd 13 0f >.D..pP.D....B...<
000060 82 bb 00 bb 00 70 eb 68 66 8b 45 04 66 09 c0 0f >.....p.hf.E.f...<
000070 85 a3 00 66 8b 05 66 31 d2 66 f7 34 88 54 0a 66 >...f..f1.f.4.T.f<
000080 31 d2 66 f7 74 04 88 54 0b 89 44 0c 3b 44 08 0f >1.f.t..T..D.;D..<
000090 8d 83 00 8b 04 2a 44 0a 39 45 08 7f 03 8b 45 08 >.....*D.9E....E.<
0000a0 29 45 08 66 01 05 66 83 55 04 00 8a 54 0d c0 e2 >)E.f..f.U...T...<
0000b0 06 8a 4c 0a fe c1 08 d1 8a 6c 0c 5a 52 8a 74 0b >..L......l.ZR.t.<
0000c0 50 bb 00 70 8e c3 31 db b4 02 cd 13 72 50 8c c3 >P..p..1.....rP..<
0000d0 8e 45 0a 58 c1 e0 05 01 45 0a 60 1e c1 e0 03 89 >.E.X....E.`.....<
0000e0 c1 31 ff 31 f6 8e db fc f3 a5 1f e8 3e 00 74 06 >.1.1........>.t.<
0000f0 be 3b 81 e8 63 00 61 83 7d 08 00 0f 85 1d ff 83 >.;..c.a.}.......<
000100 ef 0c e9 0f ff e8 24 00 74 06 be 3d 81 e8 49 00 >......$.t..=..I.<
000110 5a ea 00 82 00 00 be 40 81 e8 3d 00 eb 06 be 45 >Z......@..=....E<
000120 81 e8 35 00 be 4a 81 e8 2f 00 eb fe bb 17 04 80 >..5..J../.......<
000130 27 03 c3 6c 6f 61 64 69 6e 67 00 2e 00 0d 0a 00 >'..loading......<
000140 47 65 6f 6d 00 52 65 61 64 00 20 45 72 72 6f 72 >Geom.Read. Error<
000150 00 bb 01 00 b4 0e cd 10 46 8a 04 3c 00 75 f2 c3 >........F..<.u..<
000160 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 >................<
*
0001f0 00 00 00 00 41 f5 17 03 00 00 00 00 31 00 20 08 >....A.......1. .<

De nouveau, nous pouvons facilement vérifier que le secteur ainsi affiché est bien le premier secteur du fichier /boot/grub/core.img
GRUB installé sur un VBR ne fonctionnera plus en cas de remplacement du fichier /boot/grub/stage2 ou /boot/grub/core.img suivant le cas. En effet l'adresse (en secteurs) inscrite dans le VBR ne correspond plus à l'emplacement du fichier à charger.
Cas d'une installation sur le MBR.
Qu'en est-il si GRUB est installé sur le MBR?

# od -Ax -v -tx1 -N 0x50 /dev/sda
000000 eb 48 90 d0 bc 00 7c 8e c0 8e d8 bf 1d 06 be 1d
000010 7c 50 57 b9 e3 01 f3 a4 b5 03 f3 ab cb 80 fa 8f
000020 7e 02 b2 80 52 52 bb 94 07 8d af 2a 00 8a 46 04
000030 66 8b 7e 08 66 03 3e b2 06 84 c0 74 0b 80 03 02
000040 ff 00 00 20 01 00 00 00 00 02 fa 90 90 f6 c2 80

Nous voyons que le module qui sera chargé se trouve immédiatement après le MBR (il occupe le secteur 01).
Quel est ce module?

# od -Ax -tx1z -N 0x200 -j 0x200 /dev/sda
000200 52 56 5e bf f8 21 66 8b 2d 83 7d 04 00 0f 84 c4 >RV^..!f.-.}.....<
000210 00 80 7c ff 00 74 3e 66 8b 1d 66 31 c0 b0 7f 39 >..|..t>f..f1...9<
000220 45 04 7f 03 8b 45 04 29 45 04 66 01 05 c7 04 10 >E....E.)E.f.....<
000230 00 89 44 02 66 89 5c 08 c7 44 06 00 70 50 66 31 >..D.f.\..D..pPf1<
000240 c0 89 44 04 66 89 44 0c b4 42 cd 13 0f 82 93 00 >..D.f.D..B......<
000250 bb 00 70 eb 56 66 8b 05 66 31 d2 66 f7 34 88 54 >..p.Vf..f1.f.4.T<
000260 0a 66 31 d2 66 f7 74 04 88 54 0b 89 44 0c 3b 44 >.f1.f.t..T..D.;D<
000270 08 7d 68 8b 04 2a 44 0a 39 45 04 7f 03 8b 45 04 >.}h..*D.9E....E.<
000280 29 45 04 66 01 05 8a 54 0d c0 e2 06 8a 4c 0a fe >)E.f...T.....L..<
000290 c1 08 d1 8a 6c 0c 5a 52 8a 74 0b 50 bb 00 70 8e >....l.ZR.t.P..p.<
0002a0 c3 31 db b4 02 cd 13 72 3a 8c c3 8e 45 06 58 c1 >.1.....r:...E.X.<
0002b0 e0 05 01 45 06 60 1e c1 e0 04 89 c1 31 ff 31 f6 >...E.`......1.1.<
0002c0 8e db fc f3 a4 1f 61 83 7d 04 00 0f 85 42 ff 83 >......a.}....B..<
0002d0 ef 08 e9 34 ff 5a ea 00 22 00 00 be 07 21 e8 3f >...4.Z.."....!.?<
0002e0 00 eb 06 be 0c 21 e8 37 00 be 11 21 e8 31 00 eb >.....!.7...!.1..<
0002f0 fe 4c 6f 61 64 69 6e 67 20 73 74 61 67 65 31 2e >.Loading stage1.<
000300 35 00 2e 00 0d 0a 00 47 65 6f 6d 00 52 65 61 64 >5......Geom.Read<
000310 00 20 45 72 72 6f 72 00 bb 01 00 b4 0e cd 10 46 >. Error........F<
000320 8a 04 3c 00 75 f2 c3 00 00 00 00 00 00 00 00 00 >..<.u...........<
000330 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 >................< *
0003f0 00 00 00 00 00 00 00 00 02 00 00 00 19 00 20 02 >.............. .<

Il s'agit du stage 1.5 qui contient tout ce qu'il faut pour charger ensuite le stage 2 via le système de fichiers. Le fichier stage 1.5 copié après le MBR lors de l’installation de GRUB, dépend du système de fichiers. Dans le cas d'un système de fichiers de la série ext2, il s'agit du fichier /boot/grub/e2fs_stage1_5. Ceci pour GRUB legacy.
Pour GRUB 2 les noms sont différents, mais le principe est le même.
La question qui vient à l'esprit est: pourquoi ne pas placer directement le stage 2 après le MBR?
Et bien par manque de place: seulement 62 secteurs sont disponibles entre le MBR et le début de la partition 1. Le stage 1.5 peut y prendre place.Dans le cas d'un système de fichier de la série ext2, il occupera 26 secteurs.
Toujours est-il qu'une installation de GRUB sur le MBR modifie non seulement le MBR, mais aussi d'autres secteurs. Avant de procéder à l'opération, il convient donc de sauvegarder, non seulement le MBR, mais aussi les 62 secteurs qui suivent.
Sauvegarde et restauration du MBR et des secteurs suivants.
Pour ce faire, insérons une clef usb qui se monte par exemple en /media/clef.
Puis:

# cd /media/clef
# dd if=/dev/sda of=mbr.img bs=512 count=1
# dd if=/dev/sda of=sda-1-62.img bs=512 skip=1 count=62

Pour restaurer:

# cd /media/clef
# dd if=mbr.img of=/dev/sda bs=446 count=1
# dd if=sda-1-62.img bs=512 count=62 seek=1 of=/dev/sda

On n’écrase pas la table des partitions (qui se trouve à l'offset 446) car celle-ci peut entre-temps avoir été modifiée.
Notons que même si l'intention est d'installer GRUB sur un  VBR, effectuer une copie de sauvegarde des 63 premiers secteurs du disque est quand même conseillé: il suffit de passer à côté de l'écran qui permet d'indiquer où installer GRUB et voilà le MBR et les secteurs qui suivent modifiés sans aucune possibilité de retour en arrière.
Booter sur une clef usb pour amorcer linux.
Comment amorcer notre OS si GRUB est installé sur le VBR?
Diverses possibilités s'offrent à nous. GRUB en tant que chargeur secondaire situé sur un VBR peut être appelé par le chargeur de windows (ou par tout autre chargeur situé sur le MBR).
Une autre solution est de booter sur une clef usb. Elle doit bien sûr avoir été préparée pour ce faire, mais ne doit pas être exclusivement réservée à cet effet. Cette clef (par exemple formatée en FAT32) peut contenir des données: celle-ci ne seront pas impactées.
Si la clef est montée en /media/clef et reconnue en tant que /dev/sdb (la partition montée étant /dev/sdb1), et à supposer que nous soyons dans un système linux utilisant GRUB 2, lançons la commande:

# grub-install --boot-directory=/media/clef /dev/sdb

ce qui aura pour effet d'installer GRUB dans le secteur d'amorce de /dev/sdb et de créer dans /media/clef un dossier grub avec tous les fichiers nécessaires sauf le fichier menu grub.cfg. Si nous voulons par exemple pouvoir appeler au choix un GRUB installé sur /dev/sda1 ou un autre installé sur /dev/sda3, il suffit de placer dans /media/clef/grub un fichier grub.cfg tel que:

# Fedora sur sda1
menuentry "Fedora " {
set root=(hd1,1)
chainloader +1
}
# Ubuntu sur sda3
menuentry "Ubuntu" {
set root=(hd1,3)
chainloader +1
}

GRUB 2 compte les disques à partir de 0 et les partitions à partir de 1. Mais comme nous bootons  sur la clef usb, /dev/sda devient pour GRUB le disque 2, c'est à dire hd1. Il sera peut-être nécessaire aussi de modifier le menu secondaire (celui vers lequel pointe le GRUB appelé) en y remplaçant hd0 par hd1. Rappelons que ceci peut s'effectuer en interactif par appui sur la touche "e", mais dans ce cas le changement n'est pas permanent.
Pour GRUB legacy, la commande à exécuter est quasiment la même:

# grub-install --root-directory=/media/clef/ /dev/sdb

Cette fois est créé le dossier /media/clef/boot/grub avec tout ce qui convient sauf le fichier menu grub.conf (ou menu.lst). Pour disposer des mêmes fonctionnalités que précédemment, il suffit de mettre dans /media/clef/boot/grub un grub.conf (ou menu.lst) contenant les lignes:

title Fedora
root (hd1,0)
chainloader +1
title Ubuntu
root (hd1,2)
chainloader +1

(GRUB legacy contrairement à GRUB 2 compte les partitions à partir de 0)
Le fichier menu se trouvant sur la clef est hors de portée des OS qu'il permet de lancer. En effet l'amorçage s'effectue par l'intermédiaire des menus secondaires (vers lesquels pointent les GRUB appelés) et ce sont ces menus qui sont mis à jour par l'OS.
Une réinstallation du ou des OS (par exemple pour un changement de version), ne nécessite pas que l'on change quoique que ce soit au niveau de la clef. Évidemment si on remplace Ubuntu par Linux Mint, il est peut être judicieux de mettre à jour le fichier menu de la clef (modifier un fichier texte n'est pas une tâche insurmontable), mais ce n'est pas absolument nécessaire dès l'instant où nous savons que le choix Ubuntu conduit en fait au lancement de Linux Mint.