[原创]U盘USB-HDD方式启动不成功一个很重要原因初探

wangjg

我发现U盘USB-HDD方式启动不成功一个很重要原因:
不同的BIOS进行U盘（USB-HDD方式）启动时，对同一U盘的容量参数---柱面、磁头和扇区数（简称CHS），识别各不相同（证明这一点可以在不同的机器上安装同一版本的linux，然后插入U盘，使用hdparm /dev/sda命令就可以发现CHS在不同机器各不相同，甚至如果U盘可以使用GRUB启动的话，在GRUB里使用geometry (hd0)命令也能看出来），这样在一台机器上分区格式化所产生的的分区表和FAT磁盘参数表是按照这台机器所识别的硬盘的CHS来表达的，换到另一台机器时由于另一台机器识别的CHS不一样，这样就会产生混乱。所幸的是，分区表和FAT磁盘参数表同时还有一种按照相对扇区数来表达的方式，这种表达方式也同时记录在分区表和磁盘参数表中。这样就看软件使用哪一种数据来工作了，如果使用CHS，那么换一台机器就一定不会正常工作，如果使用LBA方式访问磁盘就不会受影响---当然前提是BIOS支持对U盘使用LBA方式访问即扩展INT13H。而XP对FAT16文件系统分区格式化生成的MBR代码以及DOS各版本均需依靠CHS工作，所以按照通常方法在一台机器制作的启动U盘在另一台机器启动就有可能不成功。经测试移动硬盘在各BIOS中的CHS倒是一致的，与该硬盘直接接在IDE口上的CHS相同，所以移动硬盘的USB启动基本上并无困难。

目前我发现的确实受这一问题的影响，从而影响启动的程序有：
1、Windows XP及SP1中文版磁盘管理器分区时所写的MBR
2、dos5、6、6.22、win95的fdisk所写的MBR
3、dos5、6、6.22、win95的format所写的boot
4、包括windows95 98 98se的所有的MS DOS的IO.SYS（均需依靠CHS识别FAT文件系统）
5、USBoot产生的MBR和boot（与1相同）
6、使用bootlace.com将grub for dos 0.41中的grldr.mbr安装至MBR
可能不受这一问题影响的程序有（未经充分测试）：
1、win98、98se的fdisk所写的MBR
2、win98、98se的format所写的boot（要求FAT16分区类型必须是0xe以支持LBA）
3、ntldr以及随后启动的PE或XP环境（当然了，否则U盘就没法使用了）
4、linux下的install-mbr程序所写的MBR
5、GNU GRUB 0.95和0.97及其使用grub-install命令安装的引导代码
6、syslinux3.36和3.51
7、linux2.4内核以上，基本上linux系统所有程序对FAT文件系统都不会使用CHS
8、grub chs 0.95 0.97（内含的stage1、stage1.5和stage2引导代码）


所以解决此问题思路相应就有：
1、强制U盘以USB-CDROM、USB-FLOPPY或USB-ZIP方式启动，这样各家BIOS就有标准可循了，就不会“自说自话"，这也是目前使用U盘量产工具的基本思路，但是这样就让没有量产工具的SD卡+读卡器的组合失望了，而目前的多数大容量U盘均无写保护开关或者读写速度不理想，有时还是需要高速SD卡+读卡器的组合;
2、使用活动硬盘启动基本没问题。
3、使用不受错误的CHS参数影响的boot loader启动，比如GNU GRUB或SYSLINUX启动，或其它组合。

下面介绍我尝试过的使用GNU GRUB、GRUB CHS和GRUB for DOS的方法:

方法一：完全使用grub中文版的stage1、stage1.5、stage2启动，grub中文版作者Gandalf(f22_storm@163.com)，目前最高版本0.97，已停止更新，附件中grub_for_dos-0.4.1.zip包含这一版本编译后的可执行文件。
1、找到一台正常运行GNU GRUB0.95或0.97的机器（Redhat ELAS4 Update0-Update6,ELAS5 Update0-Update1）
2、把grub_for_dos-0.4.1.zip中chinese/boot/grub中stage1、1.5、2文件覆盖到linux中/usr/share/grub里（这里不同版本可能grub stage image所在路径不同，/usr/share/grub是大多数情况），注意做好原来文件备份。
3、插入要做启动的U盘或移动硬盘，进行分区，因为有一些BIOS对USB-HDD只支持CHS方式，从而限制了启动分区不能超过1023*16*63个扇区，所以为了通用性，启动分区不要超过511M,类型为0xe，（阅读Win98se的DOS 7.1的boot启动代码发现DOS 7.1使用0xe这个类型支持LBA方式启动，它的文件访问也许也使用这个标志，虽然对grub可能用不到，但是如果多引导中包含DOS 7.1的话就有用了），设置引导标志，格式化为fat16文件系统。这一切都在linux下进行。（12月29日更正）
4、把启动分区mount到/mnt内
5、grub-install  --root-directory=/mnt  /dev/sdX，注意千万不能选择--force-lba，因linux下的grub现在与stageX不配套，机器会无法启动
6、不要理会/mnt/boot/grub/device.map文件，这个文件是grub-install程序使用的，安装后就没用了。
7、umount /mnt并恢复/usr/share/grub内容
这样因--force-lba选项未启用可以说留有遗憾，所以下一步使用此设备启动，在grub命令行下：
1、root(hd0,0),这里指定stage image文件源在哪里
2、setup --force-lba (hd0)，进行安装,至此grub中文版已完全安装到MBR里。
这种方法是我最初采用的方法，但是现在grub中文版已停止更新，所以这种方法我不推荐。

方法二：使用GNU GRUB启动后加载grub for dos
1、找到最新的稳定版本的linux，比如Redhat ELAS5 Update1，直接把它的GNU GRUB加上--force-lba选项安装到U盘MBR里（可参照方法一，注意不要覆盖那些文件了，也别忘了把分区类型设为0xe）。
2、把grub_for_dos-0.4.2.zip中的chinese/grub.exe复制到U盘根目录中。
3、使用GNU GRUB引导后使用kernel /grub.exe和boot命令引导grub.exe这样就可享受grub for dos的中文菜单和直接支持ntldr、io.sys启动的功能了。
这种方法好在可以始终使用最新的最稳定的GNU GRUB来对付buggy BIOS，同时仍享受grub for dos中文版的便利。这种方法在我的机器上不论是PE还是DOS，启动速度相当的慢，就连菜单显示速度都出奇地慢，而且不仅仅是启动过程，就连启动成功后运行其他程序也是很慢，我觉得是grub for dos中文版的原因，试用过grub for dos中文版0.41、0.42和0.43均不理想。

方法三：使用GNU GRUB的stage1、stage1.5和grub 0.97中文版的stage2混合启动
1、找到最新的稳定版本的linux，比如Redhat ELAS5 Update1，直接把它的GNU GRUB加上--force-lba选项安装到U盘MBR里（可参照方法一，注意不要覆盖那些文件了，也别忘了把分区类型设为0xe）。
2、使用grub_for_dos-0.4.1.zip中chinese/boot/grub中stage2文件替换掉U盘中/boot/grub/stage2
这种方法优点同方法二，并且启动更为迅速，缺点就是这毕竟不是通常的做法，在GNU GRUB版本更新后不一定还可行，不过好像GNU GRUB也停止更新了:-)。在目前的情况下，个人推荐这种方法。

其它尝试：使用syslinux引导grub for dos0.41、0.42和0.43的grub.exe也试验成功，但与方法二一样启动和运行速度很慢。（12月29日更正）

实际应用测试：
现在我自己的工具盘（150速 创见2G SD卡+川宇150X SDHC读卡器，题外话：这个读卡器除了支持150速以外其它真是垃圾）就是使用方法三制作的，在实际环境中还没有发现无法启动的现象。其中包括HP DL380G3、G4、DL580、Dell 3850、6850、IBM X345、346、3650等，当然还包括我的台式机和笔记本电脑。

这里补充说明一下：这个帖子仅仅是对影响U盘USB-HDD方式启动的若干因素其中一个重要因素的探索，这个镜像只是相对流行做法作了改进，提高了U盘在不同机器上启动成功可能性，并不能说就此解决了U盘USB-HDD方式启动的所有问题。本来作为研究帖子是只想提供方法不想提供具体成品的，但是考虑到种种因素，还是放出来供大家测试吧。

因为ghost在恢复时会自行更该分区类型到06，所以我使用了winhex生成了一个1：1的U盘镜像供研究，解压缩后文件名为U-1gboot.img。这个启动盘为了压缩体积，仅仅有一个假的启动菜单，只要启动时出现这个菜单就算成功了。

[ 本帖最后由 原名丢了 于 2008-1-23 09:31 AM 编辑 ]

qigx

好文章，学习了。thx

gydwn

谢谢楼主的详细分析，谢谢

阿非

分析的不错，加分支持

hwd6

写得不错，建议加精....

kfg

太好了~~希望能研究一下usb-cdrom的~~~

wangjg

谢谢抬爱。

所以按照上面分析，现在所有借助于DOS的启动方法对于USB-HDD启动方式可以说都会有问题的。关于这一点我做了一个实验，制作一个包含dos7.1的内存镜像盘，通过方法三引导，然后去访问U盘，发现只有在我对U盘进行分区格式化的台式机上才可以访问U盘，在我的笔记本中根本无法访问U盘上FAT文件系统。

本想补充附件的，但附件总也传不上去，算了，反正涉及到的东西网上到处都是，难不住想研究的人。

nnhit

学习了，好帖，感谢，呵呵（非要超过10个字）

hhhhhh

楼主只顾研究的，还是面向广大爱好者发上成品及DIY具体方法大家共享吧。

wangjg

成品就算了。首先，大家的U盘尺寸不一样，我发上来的不一定适合大家，其次，授人以鱼不如授人以渔，再次，这里发送大文件实在不方便。这样，我把方法三详细介绍一下。
必备条件：
Vmware WorkStation 或Server
CentOS 5.1或Redhat Enterpeise AS 5 U1
Grub 0.97 中文版
准备以之启动的PE,比如深山红叶v28。
一个足以容纳下深山红叶v28的U盘（>=256M），工作在USB-HDD方式下，特征是在windows XP下能给它分区，如果不是USB-HDD方式就用量产工具把它转回来，高速SD卡+读卡器更佳。
具体步骤:
1、在Vmware中创建虚拟机，模版选择Redhat Enterprise AS 4，guest系统中添加USB控制器。
2、把CentOS 5.1或Redhat Enterprise AS 5 U1完整安装到虚拟机中。
3、插入U盘并分配给虚拟机guest系统，U盘上如有数据请自行备份。
下面操作在虚拟机guest系统内
4、guest系统中使用fdisk -l 命令确定U盘设备名，大多数情况下应该是/dev/sdb。

[root@test ~]# fdisk -l Disk /dev/sda: 12.8 GB, 12884901888 bytes 255 heads, 63 sectors/track, 1566 cylinders Units = cylinders of 16065 * 512 = 8225280 bytes    Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System /dev/sda1   *           1          13      104391   83  Linux /dev/sda2              14        1566    12474472+  8e  Linux LVM Disk /dev/sdb: 65 MB, 65536000 bytes 3 heads, 42 sectors/track, 1015 cylinders Units = cylinders of 126 * 512 = 64512 bytes    Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System /dev/sdb1   *           1        1015       63924    e  W95 FAT16 (LBA [root@test ~]#

5、guest系统中使用fdisk /dev/sdb命令分配一个不大于511M的主分区，分区号为1，分区类型为0xe，并设置引导标记。

[root@test ~]# umount /dev/sdb1 [root@test ~]# fdisk /dev/sdb Command (m for help): p Disk /dev/sdb: 65 MB, 65536000 bytes 3 heads, 42 sectors/track, 1015 cylinders Units = cylinders of 126 * 512 = 64512 bytes    Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System /dev/sdb1   *           1        1015       63924    e  W95 FAT16 (LBA) Command (m for help): d Selected partition 1 Command (m for help): n   Command action    e   extended    p   primary partition (1-4) p Partition number (1-4): 1    First cylinder (1-1015, default 1): Using default value 1 Last cylinder or +size or +sizeM or +sizeK (1-1015, default 1015): Using default value 1015 Command (m for help): t Selected partition 1 Hex code (type L to list codes): e Changed system type of partition 1 to e (W95 FAT16 (LBA)) Command (m for help): a Partition number (1-4): 1 Command (m for help): p Disk /dev/sdb: 65 MB, 65536000 bytes 3 heads, 42 sectors/track, 1015 cylinders Units = cylinders of 126 * 512 = 64512 bytes    Device Boot      Start         End      Blocks   Id  System /dev/sdb1   *           1        1015       63924    e  W95 FAT16 (LBA) Command (m for help): w The partition table has been altered! Calling ioctl() to re-read partition table. WARNING: If you have created or modified any DOS 6.x partitions, please see the fdisk manual page for additional information. Syncing disks. [root@test ~]#

6、guest系统中使用mkfs.fat /dev/sdb1将U盘格式化为FAT文件系统。

[root@test ~]# mkdosfs /dev/sdb1 mkdosfs 2.11 (12 Mar 2005) [root@test ~]#

7、guest系统中使用mount /dev/sdb1 /mnt命令把U盘mount到/mnt。

[root@test ~]# mount /dev/sdb1 /mnt [root@test ~]#

8、guest系统中使用grub-install --root-directory=/mnt --forcelba --no-floppy /dev/sdb命令把GNU GRUB安装到U盘MBR中。

[root@test ~]# grub-install --root-directory=/mnt --force-lba --no-floppy /dev/sdb Probing devices to guess BIOS drives. This may take a long time. Installation finished. No error reported. This is the contents of the device map /mnt/boot/grub/device.map. Check if this is correct or not. If any of the lines is incorrect, fix it and re-run the script `grub-install'. (hd0)   /dev/sda (hd1)   /dev/sdb [root@test ~]#

9、guest系统中使用umount /mnt命令后拔掉U盘。

[root@test ~]# umount /mnt [root@test ~]#

至此，U盘已具备引导至GNU GRUB能力。

下面操作在Windows XP内
10、把Grub 0.97 中文版中boot\grub\stage2覆盖至U盘\boot\grub\stage2，同时把boot\grub\fonts、boot\grub\xp2008.xpm.gz和boot\grub\grub_chs.msg复制到U盘\boot\grub\下（这些文件均在附件内）。
至此，U盘已具备引导至GRUB 0.97中文版能力。可支持中文菜单、直接chainloader启动NTLDR、KERNEL.SYS和IO.SYS。
11、把要启动的PE---本例中是深山红叶V28光盘版内容复制到U盘里。我这个U盘过小就不演示了。
12、在U盘根目录或\boot\grub目录中创建menu.lst文件，内容如下：

# # Grub 0.95 中文版配置文件样例, by Gandalf(f22_storm@163.com) #  2004 -  07 - 15 (midified 13:13 2004-11-13) # # 默认延迟时间(秒) timeout 30 color black/cyan yellow/cyan # 第一项为默认值 default 0 # Fallback to the second entry. fallback 1 # 设置动画图形菜单文件 gfxmenu (hd0,0)/boot/grub/grub_chs.msg # 设置图形背景文件 splashimage (hd0,0)/boot/grub/xp2008.xpm.gz # 设置中文支持的字体文件 fontfile (hd0,0)/boot/grub/fonts title 深山红叶微型 PE 工具箱V28 chainloader /wins/setupldr.bin title floppy (fd0) 软盘引导 chainloader (fd0)+1 rootnoverify (fd0) title Command Line 命令行 #savedefault --wait=2 commandline

即可U盘启动深山红叶V28，启动时注意需在BIOS设置USB-HDD方式。
实验：
1、在不同的机器上启动GRUB选择菜单中的“Command Line 命令行”，然后键入geometry (hd0)命令，记录识别的CHS参数
2、比较不同机器的CHS参数，会发现有所不同。但是在这样的条件下启动U盘上的深山红叶v28均无问题。
也许在下视野狭隘，目前为止，只要机器支持USB-HDD模式启动，还没发现这种方法不能启动的机器。

[ 本帖最后由 wangjg 于 2008-1-2 10:14 PM 编辑 ]

citydream

LZ的办法一定要借用linux？对于我们这种习惯了用Windows的可是大问题啊。还有就是在vmware里面的U盘和真机的U盘是一样的吗？我的U盘是作为硬盘用的～～～

wangjg

原帖由 citydream 于 2007-12-23 11:55 PM 发表
LZ的办法一定要借用linux？对于我们这种习惯了用Windows的可是大问题啊。还有就是在vmware里面的U盘和真机的U盘是一样的吗？我的U盘是作为硬盘用的～～～

毕竟Redhat Enterprise AS 5是面向企业用的，企业的实际硬件条件是千差万别的，所以它里面的组件应该经过了精选，稳定性是不成问题的，因此我借用了它里面的GNU GRUB的stage1和stage1.5来启动GRUB中文版。我贴出来的都是实际的操作步骤的记录，就算不熟悉linux应该也没有问题吧。
至于vmware里面的U盘和真机的U盘我觉得应该没什么差别，我自己的工具盘就是使用vmware做的。您要有条件也可以使用真机安装linux。
至于U盘数据您当然需要备份妥当才能开始尝试了。就算尝试失败，大不了格式化恢复备份就好了，这个没有量产工具那么危险。

[ 本帖最后由 wangjg 于 2007-12-24 12:09 AM 编辑 ]

citydream

对于我们这种windows操作系统中毒的人，用服务器版的win2003或者2008可以吗？一定要用linux的话我只装过ubuntu，可以吗？

wangjg

原帖由 citydream 于 2007-12-24 12:11 AM 发表
对于我们这种windows操作系统中毒的人，用服务器版的win2003或者2008可以吗？一定要用linux的话我只装过ubuntu，可以吗？

因为使用windows自己的分区格式化工具
1、你无法分区成0xe类型分区
2、你无法控制它格式化成fat16文件系统，它会自作主张格成fat32
3、就算在windows下找到适当的软件可以克服1、2两点(印象中win98se可以)，但是最重要的是GNU GRUB无法在windows下安装到MBR
对于安装linux问题：
1、ubuntu我没用过，只知道它是面向桌面用户的，不知道它的GNU GRUB的版本到底怎么样。现在CentOS 5.1很好下载的。
2、如果实在安装linux有困难，可以使用centos live CD 直接在虚拟机中启动，下载地址如下: http://mirror.mirr4u.com/centos/5.0/isos/i386/CentOS-5.0-i386-LiveCD.iso，679MB，如果下载速度慢，也可以在官方网站查找快速的镜像服务器：http://isoredirect.centos.org/centos/5/isos/i386/。
3、使用centos live CD启动后在live CD 虚拟盘中重新安装GNU GRUB最新版，下载地址如下：http://mirror.mirr4u.com/centos/5.1/os/i386/CentOS/grub-0.97-13.i386.rpm ，489KB。
4、理论上使用knoppix live CD和ubuntu的只要重新安装centos 5.1的GNU GRUB也可以，但我没试过。

[ 本帖最后由 wangjg 于 2007-12-24 11:27 PM 编辑 ]

stion

分析详细，好文章，学习了！！！！！

借我一生

谢谢，很详细的教程。
努力学习中。。。

wangjg

更正：发现我做的U盘在一台1年半前购买的IBM X346服务器上无法启动，经分析发现它的BIOS对USB-HDD只支持CHS方式，从而限制了启动分区不能超过1023*16*63个扇区，我把启动分区调整为511M即解决。所以为了通用性，启动分区不要超过511M，特此更正。
顺便鄙视一下IBM:这么新的机器还有这种限制   ;-)

fdd_ds

谢谢楼主发出这么好的贴子！
我做了一个通过MBR引导grldr的启动U盘（USB-HDD），在一部分机子都可启动，但在稍新的机子上就不行了，现终于知道了原因，再次谢谢！
可我对linux一点都不会，对楼主介绍的方法用不了，我想和我一样朋友不在少数吧！呵呵！

因为使用windows自己的分区格式化工具
1、你无法分区成0xe类型分区
2、你无法控制它格式化成fat16文件系统，它会自作主张格成fat32
3、就算在windows下找到适当的软件可以克服1、2两点(印象中win98se可以)，但是最重要的是GNU GRUB无法在windows下安装到MBR

至于第3点，我想能不能通过WINDOS（或DOS）下的软件或命令软件将”GNU GRUB“的MBR硬COPY至启动扇区，请楼主赐教！
如果可以，请将你的”GNU GRUB“的MBR及相关方法贴出来（或发给我yi2ci@yahoo.com.cn）。

蚊子

好复杂.这么好的帖子该加精

wangjg

原帖由 fdd_ds 于 2007-12-30 11:04 AM 发表
...
3、就算在windows下找到适当的软件可以克服1、2两点(印象中win98se可以)，但是最重要的是GNU GRUB无法在windows下安装到MBR

至于第3点，我想能不能通过WINDOS（或DOS）下的软件或命令软件将”GNU GRUB“的MBR硬COPY至启动扇区，请楼主赐教！
如果可以，请将你的”GNU GRUB“的MBR及相关方法贴出来（或发给我yi2ci@yahoo.com.cn）。

我觉得很困难，理由如下：
使用grub-install把GNU GRUB安装到MBR时，它首先把stage1和MBR中分区表信息合并写到MBR中，然后把fat_stage1_5写到隐含扇区中，所谓隐含扇区是指MBR到最前分区之间的空白区域，然后再把stage2等文件存入文件系统内。如果使用了特殊的安装参数的话---比如“--force-lba“参数，那么还要直接修改stage1和stage1.5。
所以我觉得这一过程使用手工实现的话很困难。如果一定要在windows下进行，最好参照GNU GRUB源代码进行，把里面的安装过程搞透。
附件里是GNU GRUB的stage1和stage1.5文件，来源是REDHAT Enterprise AS 5.1中的grub-0.97-13.i386.rpm包。

[ 本帖最后由 wangjg 于 2007-12-30 03:29 PM 编辑 ]

jacklwx

好文章，学习了。

fujianabc

grub的传统引导方式（stage1,stage 1.5,stage2），方式复杂，存在bug，在有些机子上会出现无法启动的情况（不管是在u盘还是硬盘上）。

现在还是不推荐用传统方式引导grub，用grldr更好些。

千里独行

楼主厉害，这们也被你知道了。不谢不行了

secp

强人，我来试试

wangjg

原帖由 fujianabc 于 2007-12-30 05:19 PM 发表
grub的传统引导方式（stage1,stage 1.5,stage2），方式复杂，存在bug，在有些机子上会出现无法启动的情况（不管是在u盘还是硬盘上）。

现在还是不推荐用传统方式引导grub，用grldr更好些。

从GNU GRUB官方网站上下载的标准版本的GNU GRUB Legacy我也发现存在在有些机子上会出现无法启动的情况。
但是特定版本的grub呢？比如我使用的Redhat Enterprise AS中的grub，如果还有在有些机子上会出现无法启动的情况，那岂不是意味着这些机器上不能安装这一操作系统吗？

fdd_ds

我已经按楼主提供的地址下载并启动了centos5（虚拟机中启动），如附件。
可是下部再该如何呢？请楼主尽可能详细的说明！谢谢！
没办法呀，第一次接触！呵呵！

fdd_ds

补充一下：
最好是带每步的操作图片。

fujianabc

原帖由 wangjg 于 2007-12-31 04:01 AM 发表

从GNU GRUB官方网站上下载的标准版本的GNU GRUB Legacy我也发现存在在有些机子上会出现无法启动的情况。
但是特定版本的grub呢？比如我使用的Redhat Enterprise AS中的grub，如果还有在有些机子上会出现无法 ...

这不很正常吗？现在linux的兼容性的确不是很好，很多发行版都会出现在某些机子上无法安装的情况。

现在很热的ubuntu尤其如此，很多机子上不是无法安装就是装完无法启动。

另外linux在安装时都提供了grub/lilo的选择，如果grub不行可以选lilo。

bbsztj

感谢楼主的授人以鱼不如授人以渔。我们需要这样的人

无优处男

偶只知道是主板“各自主张”，没细到分析出CHS不同，楼主真牛……