Arch Linux UKI 模式下 GRUB 启动项异常排查与修复

一、背景知识

在排查问题之前，需要先了解 GRUB 启动流程中涉及的几个关键组件。

1.1 GRUB（GRand Unified Bootloader）

GRUB 是 Linux 系统常用的引导加载程序。计算机启动时，UEFI 固件首先加载 GRUB，GRUB 再根据配置文件（grub.cfg）将操作系统内核加载到内存中。

GRUB 的配置文件由 grub-mkconfig 命令生成，它会自动扫描系统中的 /etc/grub.d/ 目录，按文件名中的数字前缀顺序依次执行其中的脚本，将所有脚本的输出合并为最终的 grub.cfg。

/etc/grub.d/
├── 00_header        # 基础设置（主题、超时时间、字体等）
├── 10_linux         # 检测 Linux 内核，生成传统启动项
├── 15_uki           # 检测 UKI 文件，生成 UKI 启动项
├── 20_linux_xen     # 检测 Xen 虚拟化内核
├── 30_os-prober     # 检测其他操作系统（如 Windows）
├── 30_uefi-firmware # UEFI 固件设置入口
├── 40_custom        # 用户自定义启动项
└── 41_custom        # 加载自定义配置文件

重要规则：grub-mkconfig 仅执行具有可执行权限（x）的脚本。通过 chmod -x 可以禁用某个脚本，使其不参与配置生成，而无需删除该文件。

1.2 10_linux 脚本

10_linux 是 GRUB 自带的 Linux 内核检测脚本。它的工作方式是传统模式：

在 /boot 目录下查找内核文件（vmlinuz-linux）
查找初始化内存盘文件（initramfs-linux.img）
查找 CPU 微码文件（intel-ucode.img 或 amd-ucode.img）
生成如下格式的启动项：

menuentry 'Arch Linux' {
    linux   /vmlinuz-linux root=/dev/nvme0n1p6 rw quiet
    initrd  /intel-ucode.img /initramfs-linux.img
}

这种方式要求内核、initramfs、微码作为三个独立文件分别加载。

1.3 15_uki 脚本

15_uki 是 GRUB 2.12 版本新增的脚本，用于支持 UKI 启动模式。它的工作方式与 10_linux 完全不同：

不会在 grub-mkconfig 执行时生成具体的启动项
仅在 grub.cfg 中写入一条 uki 命令
GRUB 在实际启动时执行该命令，动态扫描 EFI 分区中的 UKI 文件并生成启动项

1
2
3

if [ "$grub_platform" = "efi" ]; then
  uki
fi

1.4 UKI（Unified Kernel Image，统一内核镜像）

UKI 是一种将多个启动组件打包为单个 EFI 可执行文件的技术。一个 UKI 文件包含：

组件	说明
Linux 内核	操作系统核心
initramfs	初始化内存盘，包含启动早期所需的驱动和工具
CPU 微码	Intel/AMD 处理器的微码更新
内核命令行参数	如 `root=`、`quiet` 等启动参数

在 Arch Linux 中，UKI 文件由 mkinitcpio 生成，默认存放路径为：

1	/boot/EFI/Linux/arch-linux.efi

UKI 模式的启动项使用 chainloader 方式加载，只需一行命令：

1
2
3

menuentry 'Arch Linux' {
    chainloader /EFI/Linux/arch-linux.efi
}

1.5 40_custom 脚本

40_custom 是 GRUB 提供的用户自定义启动项文件。用户可以在其中手动编写 menuentry，这些自定义条目会在 grub-mkconfig 生成配置时被原样包含。

由于 40_custom 的内容不会被自动覆盖或修改，它是实现持久化自定义启动项的推荐方式。

1.6 传统模式与 UKI 模式的对比

对比项	传统模式（10_linux）	UKI 模式
文件结构	内核、initramfs、微码分开存放	打包为单个 `.efi` 文件
GRUB 加载方式	`linux` + `initrd` 分步加载	`chainloader` 一步加载
生成工具	`grub-mkconfig` 自动检测	`mkinitcpio` 生成，`15_uki` 检测
配置文件	`/etc/grub.d/10_linux`	`/etc/grub.d/15_uki`
mkinitcpio preset	`default_image="/boot/initramfs-linux.img"`	`default_uki="/boot/EFI/Linux/arch-linux.efi"`

二、系统环境

本次问题涉及的硬件与软件环境如下：

2.1 分区布局

设备	分区	文件系统	用途
nvme0n1	p1	FAT32	EFI 系统分区（GRUB + Windows 共享）
nvme0n1	p2	NTFS	Windows 系统分区
nvme0n1	p5	ext4	Arch Linux 备用分区
nvme0n1	p6	ext4	Arch Linux 根分区（`/`）

其中 /boot 挂载到 EFI 分区（nvme0n1p1），这意味着内核文件、initramfs、UKI 文件都存放在 EFI 分区上。

2.2 软件配置

组件	版本/说明
操作系统	Arch Linux + Windows 双系统
引导程序	GRUB2（x86_64-efi）
GRUB 主题	BigSur（Teraskull/bigsur-grub2-theme）
内核启动模式	UKI
mkinitcpio preset	同时生成 initramfs 和 UKI

2.3 EFI 分区文件结构

nvme0n1p1 (FAT32)/
├── EFI/
│   ├── Boot/bootx64.efi
│   ├── GRUB/grubx64.efi
│   ├── Linux/
│   │   └── arch-linux.efi              ← UKI 文件
│   └── Microsoft/Boot/bootmgfw.efi     ← Windows Boot Manager
├── grub/
│   ├── grub.cfg                         ← GRUB 配置
│   ├── themes/bigsur/                   ← BigSur 主题
│   └── x86_64-efi/                      ← GRUB 模块
├── vmlinuz-linux                        ← 内核镜像
├── intel-ucode.img                      ← CPU 微码
└── initramfs-linux.img                  ← 初始化内存盘（可能不存在）

三、问题现象

3.1 初始状态

安装 GRUB 并执行 grub-mkconfig 后，重启进入 GRUB 菜单，出现以下 5 个启动选项：

序号	选项名称	图标	启动结果
1	Arch Linux	有（BigSur 主题 arch 图标）	蓝屏（内核恐慌）
2	Arch Linux 高级选项	—	子菜单
3	Arch Linux（UKI 动态生成）	无	正常进入系统
4	Windows Boot Manager	有	正常
5	UEFI Firmware Settings	—	正常

3.2 问题表现

第 1 个选项（有图标）：选择后出现蓝屏/内核恐慌，系统无法启动
第 3 个选项（无图标）：可以正常启动并进入 Arch Linux 桌面
两个 Arch Linux 选项共存，用户需要手动选择第二个才能正常启动

四、原因分析

4.1 根本原因：10_linux 在 UKI 模式下生成了不完整的启动项

10_linux 脚本使用传统方式生成启动项，要求系统中存在独立的 initramfs-linux.img 文件。但在 UKI 模式下，mkinitcpio 的 preset 配置可能仅生成 UKI 文件，不生成独立的 initramfs-linux.img。

10_linux 在扫描 /boot 目录时的行为：

找到 vmlinuz-linux → 写入 linux /vmlinuz-linux
找到 intel-ucode.img → 写入 initrd /intel-ucode.img
未找到 initramfs-linux.img → 跳过，不写入

最终生成的启动项缺少 initramfs：

menuentry 'Arch Linux' {
    linux   /vmlinuz-linux root=/dev/nvme0n1p6 rw quiet
    initrd  /intel-ucode.img     # 仅有微码，缺少 initramfs-linux.img
}

4.2 缺少 initramfs 的后果

initramfs（初始化内存盘）包含启动早期阶段所需的驱动程序和工具。内核加载后需要通过 initramfs 来挂载根文件系统。缺少 initramfs 时，内核无法访问磁盘控制器驱动或文件系统驱动，导致根文件系统挂载失败，触发内核恐慌（Kernel Panic），表现为蓝屏。

4.3 两个脚本的冲突

10_linux 和 15_uki 各自独立运行，互不感知：

10_linux 脚本
    ↓
检测到 vmlinuz-linux 和 intel-ucode.img
    ↓
生成传统启动项（linux + initrd）
    ↓
缺少 initramfs → 蓝屏

15_uki 脚本
    ↓
检测到 /EFI/Linux/arch-linux.efi
    ↓
生成 UKI 启动项（chainloader）
    ↓
包含所有组件 → 正常启动

两个脚本不知道对方的存在，也无法判断用户实际使用的是传统模式还是 UKI 模式，因此同时生成了两种启动项。

4.4 为什么蓝屏的选项有图标，正常的反而没有

GRUB 主题通过 menuentry 中的 --class 参数匹配图标。10_linux 生成的条目包含 --class arch，BigSur 主题中存在对应的 arch 图标文件，因此显示图标。

15_uki 在启动时动态生成的条目，其图标匹配逻辑与静态条目不同，可能未正确关联到主题的图标文件，因此不显示图标。

五、错误修复尝试

在排查过程中，以下操作导致了更严重的问题：

5.1 错误操作

禁用 15_uki 脚本：sudo chmod -x /etc/grub.d/15_uki
删除 UKI 文件：sudo rm /boot/EFI/Linux/arch-linux.efi

5.2 错误原因

上述操作基于错误判断——将”有图标的选项”视为正常选项，将”无图标的选项”视为异常选项。实际上恰恰相反：

选项	来源	实际状态
有图标	`10_linux`（传统方式）	蓝屏
无图标	`15_uki`（UKI 方式）	正常

禁用 15_uki 并删除 UKI 文件后，系统中仅保留 10_linux 生成的蓝屏启动项。重启后 GRUB 菜单只剩一个 Arch Linux 选项，选择后必然蓝屏，系统完全无法启动。

5.3 恢复方法

需要通过 Arch Linux Live USB 启动，挂载根分区，重新生成 UKI 文件：

# 挂载根分区和 EFI 分区
mount /dev/nvme0n1p6 /mnt
mount /dev/nvme0n1p1 /mnt/boot

# 进入 chroot 环境
arch-chroot /mnt

# 重新生成 UKI 文件
mkinitcpio -P

# 退出并重启
exit
umount -R /mnt
reboot

六、正确修复方案

6.1 修复思路

禁用 10_linux，阻止它生成有问题的传统启动项
在 40_custom 中手动编写正确的 chainloader 启动项
保留 15_uki 作为备用（或禁用以避免重复条目）
手动编写的启动项包含 --class arch，确保主题图标正确显示

6.2 修复步骤

第一步：禁用 10_linux 脚本

1	sudo chmod -x /etc/grub.d/10_linux

此操作不会删除文件，仅取消其可执行权限。grub-mkconfig 在执行时会跳过没有可执行权限的脚本。

第二步：编辑 40_custom 添加自定义启动项

1	sudo nvim /etc/grub.d/40_custom

在文件末尾（注释行之后）添加以下内容：

menuentry 'Arch Linux' --class arch --class gnu-linux --class gnu --class os {
    insmod part_gpt
    insmod fat
    insmod chain
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root BCD2-2326
    chainloader /EFI/Linux/arch-linux.efi
}

各字段说明：

字段	说明
`--class arch`	主题图标匹配标识，使 BigSur 主题显示 Arch 图标
`insmod part_gpt`	加载 GPT 分区表支持模块
`insmod fat`	加载 FAT 文件系统支持模块
`insmod chain`	加载 chainloader 支持模块
`search ... BCD2-2326`	通过 UUID 定位 EFI 分区
`chainloader /EFI/Linux/arch-linux.efi`	加载 UKI 文件

注意：BCD2-2326 为 EFI 分区的 UUID，需要替换为实际值。可通过 blkid /dev/nvme0n1p1 查看。

第三步：生成新配置并验证

建议先输出到临时文件，确认内容正确后再覆盖：

# 生成到临时文件
sudo grub-mkconfig -o /tmp/grub.cfg.test

# 检查启动项内容
sudo grep -A 6 "menuentry 'Arch Linux'" /tmp/grub.cfg.test

确认输出为 chainloader 方式，且不包含 linux /vmlinuz-linux：

menuentry 'Arch Linux' --class arch --class gnu-linux --class gnu --class os {
    insmod part_gpt
    insmod fat
    insmod chain
    search --no-floppy --fs-uuid --set=root BCD2-2326
    chainloader /EFI/Linux/arch-linux.efi
}

第四步：覆盖生效

1	sudo cp /tmp/grub.cfg.test /boot/grub/grub.cfg

第五步：（可选）禁用 15_uki 避免重复条目

如果 15_uki 在启动时动态生成的 UKI 条目与 40_custom 的条目重复，可以一并禁用：

1	sudo chmod -x /etc/grub.d/15_uki

禁用后重新生成配置：

1 2	sudo grub-mkconfig -o /tmp/grub.cfg.test sudo cp /tmp/grub.cfg.test /boot/grub/grub.cfg

6.3 修复后的 GRUB 菜单

序号	选项名称	图标	来源	启动结果
1	Arch Linux	有	40_custom（chainloader UKI）	正常
2	Windows Boot Manager	有	30_os-prober	正常
3	UEFI Firmware Settings	—	30_uefi-firmware	正常

七、日常维护

7.1 内核更新后

内核更新时，mkinitcpio 会自动重新生成 UKI 文件。无需额外操作，但建议确认 UKI 文件已正确更新：

1 2	# 检查 UKI 文件时间戳 ls -la /boot/EFI/Linux/arch-linux.efi

如果 UKI 文件未更新，手动执行：

1	sudo mkinitcpio -P

7.2 重新生成 GRUB 配置

由于 10_linux 已被禁用，grub-mkconfig 不会再生成错误的传统启动项，可以安全执行：

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

7.3 检查启动配置是否正确

# 确认 10_linux 处于禁用状态
ls -l /etc/grub.d/10_linux
# 输出应无 x 权限：-rw-r--r--

# 确认 40_custom 内容正确
cat /etc/grub.d/40_custom

# 确认 GRUB 配置中无传统启动方式
grep "linux /vmlinuz" /boot/grub/grub.cfg
# 应无输出

八、总结

项目	内容
问题根源	`10_linux` 脚本在 UKI 模式下生成了缺少 initramfs 的传统启动项
直接原因	`10_linux` 无法感知系统的 UKI 模式，按传统方式生成配置
触发条件	系统启用 UKI 模式，且 `mkinitcpio` 未生成独立的 `initramfs-linux.img`
修复方法	禁用 `10_linux`，通过 `40_custom` 手动添加 chainloader 启动项
关键教训	GRUB 菜单中有图标不代表正常，无图标不代表异常；修改启动配置前应先理解各脚本的作用