上一篇我们把电脑开机看成一场接力：固件先醒来，启动程序再接手，最后把 Linux 内核请进内存。现在我们把镜头拉近，专门看一条老式台式机路线：传统 BIOS 怎样从硬盘最前面的一个小扇区出发，最后把 Linux 交给内核。

先想象一个仓库。管理员到了仓库门口，手里只有一张很短的便条。便条上写着：去哪个货架找下一张更详细的地图。管理员找到地图后，才能继续找工具箱和负责人。传统 BIOS 启动大致如此：BIOS 先找到硬盘开头的 MBR，MBR 再想办法找到更完整的启动程序 GRUB，GRUB 最后找到 Linux 内核。

先认清三个容易混淆的名字

BIOS 是主板上的固件，可以把它想成最早上班的管理员。它负责做最基本的开机准备，并按启动顺序尝试硬盘、U 盘或其他设备。

MBR 是硬盘最前面一小块区域的常见叫法。它的全名是主引导记录。传统 MBR 里既有一点点启动代码，也有一张记录硬盘分区的表。它是硬盘上的内容，不是主板上的程序。

GRUB 则是一个真正的启动程序。它能理解更多磁盘和文件系统信息，可以显示启动菜单，找到 Linux 内核和 initramfs，再把它们送进内存。它比 MBR 里的那几行小程序本领大得多。

BIOS 在主板上；MBR 在硬盘开头；GRUB 是被 BIOS 和 MBR 一棒一棒叫醒的启动程序。

第一棒：BIOS 选定一块启动硬盘

电脑通电后，BIOS 会先进行基本检查，并准备好一部分硬件。之后它会按照设置好的启动顺序找设备：也许先看 USB 接口有没有 U 盘，再看 SATA 硬盘，或者尝试从网络启动。这个顺序可以在主板设置里调整。

假设 BIOS 选中了台式机里的 SATA 硬盘。它需要读硬盘上的内容，于是使用自己提供的早期磁盘读写服务。可以把它想成仓库里的老式传呼台：当时的启动代码还不认识各种现代文件系统，就先请固件帮忙把指定位置的一小段内容取出来。

在传统路线里，BIOS 通常会读取硬盘最前面的第一个扇区。扇区是硬盘一次读写的一小块空间；传统 PC 的这个启动位置通常按 512 字节来理解。把它放在今天看，512 字节比一条短短信还小，却要承担启动接力的第一棒。

BIOS 会把读到的内容放进内存的一个约定位置，然后让处理器从那里开始执行。资料里常会出现地址 0x7C00。你可以把它当成双方约好的柜台号码：BIOS 说“我把第一段程序放在这里”，接下来的程序就从这个位置开始工作。

MBR 里的 512 字节究竟装了什么？

传统 MBR 扇区可以粗略分成三部分：前面的 446 字节放启动代码，中间的 64 字节放分区表，最后 2 字节放一个约定的标记。三部分加起来正好 512 字节。

MBR 扇区示意图一个传统 MBR 扇区：512 字节
┌──────────────────────────────┐
│ 启动代码：446 字节             │ 负责寻找下一棒，空间很紧张
├──────────────────────────────┤
│ 分区表：64 字节                │ 4 个记录，每个 16 字节
├──────────────────────────────┤
│ 结束标记：2 字节               │ 常见写法是 55 AA
└──────────────────────────────┘

先看分区表。分区就是把一整块硬盘划成几个互相区分的区域，例如一个放系统，另一个放个人文件。传统 MBR 的分区表只有四条记录，每条 16 字节。古早年代，硬盘容量小、系统也简单，这种安排曾经够用；后来人们需要更大的硬盘和更多分区，就发展出了 GPT 等新方式。

最后两个字节常写作 0x55、0xAA，是一个传统启动扇区标记。它有点像信封上的格式印章，让软件知道这里看起来像一个可启动扇区。具体固件对它的检查方式会有差异，所以它不是神奇的“有它就一定能启动”按钮。

这样一来，真正可以拿来放启动代码的地方最多只有 446 字节。还要在这几百个字节里写出程序，读硬盘，找到下一段代码，并把必要信息交过去。想把整套 Linux、文件系统支持和漂亮菜单都塞进去，当然远远不够。

MBR 的工作：只负责把人领到下一处

最简单的一类 MBR 程序会查看分区表，寻找标记为活动分区的那一项，然后读取这个分区开头的启动扇区，再把控制权交给它。你可以把分区表想成仓库的货架目录，而活动分区就是目录里贴着“从这里开始”的标签。

不过电脑上安装了 GRUB 时，情况可能不同：安装程序会把 GRUB 的第一小段代码放进 MBR 的启动代码区域。于是，BIOS 把 MBR 交给处理器后，这一小段 GRUB 代码就开始找 GRUB 的下一部分。不同系统、不同安装方式写入 MBR 的内容并不完全一样。

无论是谁写进去的，这一小段程序都面临同一个难题：它只有几百字节，而且一开始通常还不会读懂 ext4、Btrfs 这样的文件系统。它不能像我们打开文件夹一样，直接说“请打开 /boot/grub 里的某个文件”。

GRUB 为什么要分成好几小段？

GRUB 把接力棒拆成几段，就是为了绕过 MBR 空间太小的问题。第一段极小，任务只是找到磁盘上一个事先安排好的位置，读取第二段。第二段代码比较完整，可以把 GRUB 的核心部分装进内存。

GRUB 手册把 BIOS 启动时的第一段叫作 boot.img。在 PC BIOS 启动里，它的大小正好是一个启动扇区。它不负责理解文件系统，只记着 GRUB 核心映像第一块内容在磁盘的什么位置；安装 GRUB 时，安装程序会把这个位置记进去。

这里容易和刚才的 446 字节打架：boot.img 这个映像文件按一个完整扇区来制作，大小是 512 字节；但传统 MBR 还要保存分区表，所以真正可用来放 MBR 启动代码的空间仍然只有前面的 446 字节。安装程序会按启动扇区的布局写入需要的内容，分区表仍要留在自己的位置。

接下来常见的是 diskboot.img，它先把 core.img 的其余部分读入内存。core.img 可以把更多功能带进来，例如理解文件系统、显示 GRUB 菜单、读取配置文件。具体用了哪些小模块，要看这台电脑的安装方式和需要。

这里有个重要限制：最早的代码还没学会读文件夹时，只能按安装时记录的磁盘位置去拿下一段。可以把它想成快递员手里只有一张写着“第 200 个货箱”的纸条；等更完整的 GRUB 到场，他才有能力看货架标签、按文件名找东西。

core.img 藏在哪里？

在使用传统 MBR 分区表的硬盘上，GRUB 经常把 core.img 放在 MBR 后面、第一分区前面留下的一段空隙里。这段地方常被叫作 MBR gap，也就是 MBR 间隙。它不属于普通文件夹，因此早期启动代码可以直接按磁盘位置去读它。

以前有些分区工具只留下很小的空隙。随着文件系统、磁盘阵列和 AHCI 等存储方式变得复杂，GRUB 需要带更多代码，太小的空隙就不够用了。现在的分区工具通常会留下更大的空间，但具体布局仍取决于硬盘、工具和安装年代。

如果硬盘使用 GPT 分区表，却还要走传统 BIOS 启动，GRUB 可能需要一块专门留给自己的小分区，称为 BIOS Boot Partition（BIOS 启动分区）。它不是存放照片和文档的普通分区，而是给 GRUB 安放启动核心映像的空地。

所以，“用了 GPT 就不能用 BIOS”并不准确。GPT 常和 UEFI 一起出现，但也能配合传统 BIOS；只是 GRUB 在这种组合下需要合适的地方安放自己的核心映像。

GRUB 找到配置和菜单

core.img 启动后，GRUB 已经有能力认识更多磁盘结构和文件系统。它会寻找自己的配置文件，常见位置是 /boot/grub/grub.cfg。配置文件会告诉它有哪些系统可启动、菜单要怎样显示，以及内核和 initramfs 文件放在哪里。

你在开机时看到的 Linux、恢复模式或其他系统菜单，通常就是 GRUB 按照配置文件显示出来的。菜单倒计时结束后，它会选择一个条目；如果只有一个系统，也可能很快就过去，让人几乎看不到菜单。

GRUB 不一定必须从 MBR gap 里取 core.img。其他安装方式可以把它放在文件系统里，再记录它占用的磁盘位置。究竟选哪种布局由安装工具和磁盘情况决定，因此同一台电脑重装系统前后，硬盘上的具体安排也可能不一样。

终于轮到 Linux：GRUB 把内核交出去

用户选中 Linux 后，GRUB 会把 Linux 内核文件从硬盘读进内存。很多桌面系统还会同时读入 initramfs。它像一个临时工具箱，里面可能有识别硬盘控制器、加载文件系统驱动、解锁加密磁盘所需的小程序。

GRUB 还会准备一些启动参数，告诉内核该去哪里找正式系统。文件都在合适位置、基本信息也交代好之后，GRUB 才会跳到内核的入口，让 Linux 开始接手。这个时刻之后，开机的主角换成了内核。

内核会继续认识硬件、准备自己的内存管理方式，并找到真正的根文件系统。之后它启动第一个用户程序，也就是 PID 1。那一段我们已经在上一篇的大路线图里见过；后续还会专门讲设备树如何把硬件说明交给内核，以及 init 怎样把系统服务逐个带起来。

把传统台式机这条路线重新走一遍

传统 BIOS + GRUB + Linux按下电源
  ↓
BIOS 做基本准备，挑选启动硬盘
  ↓
读取硬盘第一个扇区（传统 MBR）
  ↓
MBR 里的小代码找到 GRUB 的下一段
  ↓
GRUB 装入 core.img，读取配置并显示菜单
  ↓
GRUB 把 Linux 内核和 initramfs 放进内存
  ↓
Linux 内核开始工作，随后启动 PID 1

这条路线里，MBR 不是 Linux，GRUB 也不是 BIOS。它们分别在自己的位置上接力：固件读出第一小段，第一小段找更完整的启动程序，更完整的启动程序再找内核。电脑不是一下子从关机跳到桌面，而是一步一步把能力传下去。

如果启动失败，可能停在哪一棒？

如果屏幕显示找不到启动设备，问题可能发生在 BIOS 没有找到可启动设备这一步，也可能是启动盘、启动模式或磁盘连接出了问题。这个提示只能告诉我们接力没有顺利开始，不能单凭一句话断定是哪一个零件坏了。

如果看到 GRUB 菜单，说明 BIOS 和至少一部分 GRUB 已经成功工作。若进入 GRUB rescue 一类的提示，常见方向是 GRUB 找不到自己的配置、模块或系统文件。看到 Linux 内核报错，则意味着接力棒已经传得更远，排查重点也要转向内核、驱动、initramfs 或根文件系统。

把故障画面对应到启动的哪一步，就像顺着接力赛看是哪一棒停下来了。它能帮我们缩小范围，但仍要结合错误内容、硬盘布局和系统设置来判断。

BIOS 先读取一扇区；MBR 的空间只够写一张小便条；GRUB 接过来后，才有本领按文件名寻找 Linux。

如今的新电脑大多走 UEFI 路线：固件可以从 EFI 系统分区里按文件名打开启动程序，不必沿用“BIOS 读 MBR、再找 GRUB”的同一套步骤。下一篇我们再专门比较传统 BIOS 启动、UEFI 启动和兼容模式 CSM，看看它们为什么会同时出现在主板设置里。