前置知识：你必须知道grub的启动过程以及bios和uefi的相关基础知识，可以参考：《Unified Extensible Firmware Interface Wikipedia》、《linux启动过程简介》
先说说三个变量是干嘛的：
cmdpath
当前被加载的"core.img"（bios的core.img，uefi的BOOTX64.EFI或grubx64.efi等镜像）所在目录的绝对路径。例如：UEFI启动可能是'(hd0,gpt1)/EFI/GRUB或'(cd0)/EFI/BOOT'，BIOS启动可能是'(hd0)'
prefix
这个变量是指GRUB2的安装目录，即绝对路径形式的'/boot/grub'目录位置，如例如'(hd0,gpt1)/grub'或'(hd0,msdos2)/boot/grub'。初始值由GRUB在启动时根据"grub-install"在安装时提供的信息自动设置，这些信息是由grub-install脚本直接写入到grub镜像（bios的core.img，uefi的BOOTX64.EFI或grubx64.efi等镜像）的，当然，也可以在grub的rescue模式下用grub的命令直接修改，如:set prefix=(hd1,gpt2)/grub。
GRUB2的安装目录中存在着这么几个文件夹和文件
文件夹：
fonts:存在着一些字体
locale:区域化相关
x86_64-efi:模块的二进制文件，以.mod为后缀。你insmod所操作的模块，都在这里面有，比如ext4.mod、fat.mod这些文件系统模块，gzio等解压支持的模块。
themes:一些主题，就是你grub界面的背景啥的。
文件：
grub.cfg:这是grub的启动shell脚本，对于用户来说，是最重要的文件，几乎是用户配置grub的唯一的配置文件。通过这个文件用户可以控制grub加载操作系统的行为，比如添加一个menuentry就是添加一个操作系统启动选项，每个选项中可以指定操作系统内核尽享和initramfs镜像等等。下面是一个grub.cfg的实例：
1 #由于"$prefix"的值是在"grub-install"安装时确定的，并且嵌入'core.img'中的模块也是随硬件变化的， 2 #所以不要只是简单的复制'grub'目录到处使用，而应该在每一个介质上都使用"grub-install"进行安装。 3 ############################################################################### 4 #(1)本配置文件要求"grub"目录所在分区的卷标必须是"GRUB2"。 5 #(2)为了保持最大程度的BIOS兼容性，"GRUB2"分区必须位于磁盘的前 137GB 范围。 6 ############################################################################### 7 # 如果要在windows上安装GRUB2的话，必须首先以管理员身份打开命令提示符，然后运行 8 # wmic diskdrive list brief 9 # 命令查看安装目标，最后再使用例如下面这样的命令进行安装： 10 # grub-install.exe --boot-directory=g: --recheck --target=x86_64-efi --efi-directory=g: --no-nvram --removable \\.\PHYSICALDRIVE5 11 # grub-install.exe --boot-directory=g: --recheck --target=i386-pc \\.\PHYSICALDRIVE5 12 ############################################################################### 13 14 ################# 15 ## (1)特殊变量 ## 16 ################# 17 #禁止验证签名 18 set check_signatures=no 19 #默认启动第一个菜单项 20 set default=0 21 #如果第一个菜单项启动失败，转而启动第二个菜单项 22 set fallback=1 23 #优先使用最常规的1024x768分辨率，以保证在不同的屏幕上拥有一致的菜单效果，如果失败再自动匹配分辨率 24 set gfxmode=1024x768,auto 25 #使用自己制作的24px的大号字体以避免默认字体太小看不清 26 set gfxterm_font=WenQuanYiMicroHeiMono24px 27 #将GRUB2设置为简体中文界面 28 set lang=zh_CN 29 #指定翻译文件(*.mo)的目录，若未明确设置此目录，则无法显示中文界面。 30 set locale_dir=$prefix/locale 31 #每一满屏后暂停输出，以免信息太多一闪而过看不清 32 set pager=1 33 #开启密码验证功能，并设置一个名为'root'的超级用户 34 set superusers=root 35 #设置菜单的超时时间为5秒 36 set timeout=5 37 38 ################# 39 ## (2)公共模块 ## 40 ################# 41 #两种最流行的磁盘分区格式(partmap.lst) 42 insmod part_gpt 43 insmod part_msdos 44 #常见文件系统驱动(fs.lst) 45 insmod fat 46 insmod exfat 47 insmod ntfs 48 insmod iso9660 49 insmod ext2 50 insmod xfs 51 #一次性加载所有可用的视频驱动 52 insmod all_video 53 #图形模式终端 54 insmod gfxterm 55 #背景图片支持 56 insmod png 57 58 ######################################### 59 ## (3)公共命令(必须放在模块和变量之后) ## 60 ######################################### 61 #激活图形模式的输出终端，以允许使用中文和背景图 62 terminal_output gfxterm 63 #设置背景图片 64 background_image $prefix/themes/1024x768.png 65 #加载自己制作的24px的大号字体文件($prefix/fonts/WenQuanYiMicroHeiMono24px.pf2) 66 loadfont WenQuanYiMicroHeiMono24px 67 #设置'root'用户的哈希密码[通过"grub-mkpasswd-pbkdf2"工具生成] 68 password_pbkdf2 root grub.pbkdf2.sha512.69.7DBCA469F80EA1C0A8A1E2FEBC4F8463.B073C1C89EC1E85309C3D6A1BAFF4356 69 70 ################# 71 ## (4)菜单项 ## 72 ################# 73 74 menuentry '正常启动(Windows)' --unrestricted { 75 if [ 'pc' == $grub_platform ] ; then 76 if search --file --set /bootmgr ; then 77 chainloader +1 78 elif search --file --set /ntldr ; then 79 chainloader +1 80 fi 81 elif [ 'efi' == $grub_platform ] ; then 82 if search --file --set /EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi ; then 83 chainloader /EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi 84 fi 85 fi 86 } 87 88 #http://www.wepe.com.cn/download.html 89 menuentry '系统救援(WinPE)' --users=root { 90 if [ 'pc' == $grub_platform -a -f $prefix/winpe/memdisk ] ; then 91 if [ -f $prefix/winpe/WinPE.iso ] ; then 92 linux16 $prefix/winpe/memdisk iso raw 93 initrd16 $prefix/winpe/WinPE.iso 94 fi 95 elif [ 'efi' == $grub_platform -a -f $prefix/winpe/bootmgfw.efi -a -f $prefix/winpe/BCD ] ; then 96 if [ -f $prefix/winpe/WinPE.wim -a -f $prefix/winpe/boot.sdi ] ; then 97 chainloader $prefix/winpe/bootmgfw.efi 98 fi 99 fi 100 } 101 102 #https://mirrors.tuna.tsinghua.edu.cn/archlinux/iso/latest/ 103 if [ -f $prefix/linux/archlinux.iso ] ; then 104 menuentry 'Arch Linux LiveCD [root/空]' --unrestricted { 105 loopback loop0 $prefix/linux/archlinux.iso 106 linux (loop0)/arch/boot/x86_64/vmlinuz img_label=GRUB2 img_loop=/grub/linux/archlinux.iso systemd.wants=sshd.service 107 initrd (loop0)/arch/boot/x86_64/archiso.img 108 } 109 fi 110 111 #https://mirrors.163.com/gentoo/releases/amd64/autobuilds/current-install-amd64-minimal/ 112 #因为Gentoo官方的最小安装CD不支持UEFI启动，所以不可用于在UEFI环境中安装Gentoo 113 if [ -f $prefix/linux/install-amd64-minimal.iso ] ; then 114 menuentry 'Mini Gentoo LiveCD [root/123]' --unrestricted { 115 loopback loop0 $prefix/linux/install-amd64-minimal.iso 116 linux (loop0)/isolinux/gentoo cdroot isoboot=/grub/linux/install-amd64-minimal.iso dosshd nokeymap passwd=123 117 initrd (loop0)/isolinux/gentoo.igz 118 } 119 fi 120 121 #https://mirror.umd.edu/calculate/release/ 122 #https://www.calculate-linux.org/main/en/download 123 # Calculate Linux Scratch 是基于Gentoo制作的 LiveCD ， 124 #包含编译工具(GCC,Binutils,...)、支持UEFI、支持WiFi， 125 #既可用作LFS(Linux From Scratch)的宿主系统、也可用于在UEFI环境中安装 Gentoo 126 if [ -f $prefix/linux/cls.iso ] ; then 127 menuentry 'Live GCC x64 [root/root]' --unrestricted { 128 loopback loop0 $prefix/linux/cls.iso 129 linux (loop0)/boot/vmlinuz root=live iso-scan/filename=/grub/linux/cls.iso vga=current nodevfs noresume nodmraid 130 initrd (loop0)/boot/initrd 131 } 132 fi 133 134 #https://mirrors.huaweicloud.com/centos/7/isos/x86_64/ 135 if [ -f $prefix/linux/CentOS-LiveGNOME.iso ] ; then 136 menuentry 'CentOS 7.6 GNOME LiveCD [root/空](可退出liveuser后再用root登录)' --unrestricted { 137 loopback loop0 $prefix/linux/CentOS-LiveGNOME.iso 138 linux (loop0)/isolinux/vmlinuz0 rd.live.image root=live:CDLABEL=CentOS-7-x86_64-LiveGNOME-1810 iso-scan/filename=/grub/linux/CentOS-LiveGNOME.iso systemd.wants=sshd.service inst.lang=zh_CN 139 initrd (loop0)/isolinux/initrd0.img 140 } 141 fi 142 143 #https://mirrors.ustc.edu.cn/debian-cd/current-live/amd64/iso-hybrid/ 144 #也适用于'Kali LiveCD [root/toor]' https://cdimage.kali.org/current/ 145 if [ -f $prefix/linux/debian-live-kde.iso ] ; then 146 menuentry 'Debian 9.6 KDE LiveCD (NO SSH)' --unrestricted { 147 loopback loop0 $prefix/linux/debian-live-kde.iso 148 linux (loop0)/live/vmlinuz-4.9.0-8-amd64 boot=live findiso=/grub/linux/debian-live-kde.iso components username=root locales=zh_CN.UTF-8 149 initrd (loop0)/live/initrd.img-4.9.0-8-amd64 150 } 151 fi 152 153 #https://mirrors.aliyun.com/fedora/releases/29/Spins/x86_64/iso/ 154 #只有 Xfce LiveCD 可以设置中文界面 155 if [ -f $prefix/linux/Fedora-Xfce-Live.iso ] ; then 156 menuentry 'Fedora 29 Xfce LiveCD [root/空](可退出liveuser后再用root登录)' --unrestricted { 157 loopback loop0 $prefix/linux/Fedora-Xfce-Live.iso 158 linux (loop0)/isolinux/vmlinuz rd.live.image root=live:CDLABEL=Fedora-Xfce-Live-29-20181029-1 iso-scan/filename=/grub/linux/Fedora-Xfce-Live.iso systemd.wants=sshd.service locale.LANG=zh_CN.utf8 inst.lang=zh_CN 159 initrd (loop0)/isolinux/initrd.img 160 } 161 fi 162 163 #https://ftp.sjtu.edu.cn/opensuse/distribution/openSUSE-stable/live/ 164 if [ -f $prefix/linux/openSUSE-Leap-KDE-Live.iso ] ; then 165 menuentry 'openSUSE Leap 15.0 KDE LiveCD [root/空]' --unrestricted { 166 loopback loop0 $prefix/linux/openSUSE-Leap-KDE-Live.iso 167 linux (loop0)/boot/x86_64/loader/linux root=live:CDLABEL=openSUSE_Leap_15.0_KDE_Live iso-scan/filename=/grub/linux/openSUSE-Leap-KDE-Live.iso systemd.wants=sshd.service lang=zh_CN 168 initrd (loop0)/boot/x86_64/loader/initrd 169 } 170 fi 171 172 #https://mirrors.shu.edu.cn/ubuntu-cdimage/lubuntu/releases/ 173 #也适用于 KDE neon LiveCD https://files.kde.org/neon/images/neon-userltsedition/current/neon-userltsedition-current.iso 174 if [ -f $prefix/linux/lubuntu.iso ] ; then 175 menuentry 'Ubuntu LXQt LiveCD (NO SSH)' --unrestricted { 176 loopback loop0 $prefix/linux/lubuntu.iso 177 linux (loop0)/casper/vmlinuz boot=casper iso-scan/filename=/grub/linux/lubuntu.iso username=root locale=zh_CN keyboard-configuration/layoutcode=us 178 initrd (loop0)/casper/initrd 179 } 180 fi 181 182 menuentry '关机' --unrestricted { halt ; } 183 menuentry '重新启动' --unrestricted { reboot ; } 184 185 #https://rhinstaller.github.io/anaconda/boot-options.html 186 #硬盘安装通用于所有包含"Packages"目录的 CentOS/Fedora ISO映像(Minimal,DVD,Everything) 187 #网络安装通用于所有包含"images"目录的 CentOS/Fedora ISO映像(Minimal,DVD,Everything,NetInstall) 188 #https://mirrors.zju.edu.cn/centos/7/isos/x86_64/ 189 if [ -f $prefix/linux/CentOS-Minimal.iso ] ; then 190 menuentry '硬盘安装 CentOS [最小安装]' --unrestricted { 191 loopback loop0 $prefix/linux/CentOS-Minimal.iso 192 linux (loop0)/isolinux/vmlinuz inst.repo=hd:LABEL=GRUB2:/grub/linux/CentOS-Minimal.iso inst.lang=zh_CN 193 initrd (loop0)/isolinux/initrd.img 194 } 195 menuentry '网络安装 CentOS 7.x [不支持WiFi]' --unrestricted { 196 loopback loop0 $prefix/linux/CentOS-Minimal.iso 197 linux (loop0)/images/pxeboot/vmlinuz inst.repo=https://mirrors.aliyun.com/centos/7/os/x86_64/ inst.lang=zh_CN ip=dhcp nameserver=223.6.6.6 198 initrd (loop0)/images/pxeboot/initrd.img 199 } 200 fi 201 202 #https://www.debian.org/releases/stable/amd64/ch05s03.html.zh-cn 203 #https://www.debian.org/releases/stable/amd64/ch06s03.html.zh-cn 204 #最好将用于硬盘安装的ISO映像放在文件系统的根目录或第一层子目录中(可简化ISO映像的搜索) 205 #https://mirrors.163.com/debian/dists/stable/main/installer-amd64/current/images/hd-media/ 206 #https://mirrors.163.com/ubuntu/dists/bionic/main/installer-amd64/current/images/hd-media/ 207 #硬盘安装也适用于 Alternative Ubuntu Server ISO [ http://cdimage.ubuntu.com/releases/18.04/release/ubuntu-18.04.1-server-amd64.iso ] 208 if [ -f $prefix/linux/debian/vmlinuz -a -f $prefix/linux/debian/initrd.gz ] ; then 209 menuentry '硬盘安装 Debian [自动搜索ISO映像(最好放在根目录)]' --unrestricted { 210 linux $prefix/linux/debian/vmlinuz priority=low vga=791 locale=zh_CN 211 initrd $prefix/linux/debian/initrd.gz 212 } 213 fi 214 #https://mirrors.163.com/debian/dists/stable/main/installer-amd64/current/images/netboot/ 215 #https://mirrors.163.com/ubuntu/dists/bionic/main/installer-amd64/current/images/netboot/ 216 #网络安装也适用于 Ubuntu 的 mini.iso 映像(支持WiFi网络) 217 if [ -f $prefix/linux/debian/mini.iso ] ; then 218 menuentry '网络安装 Debian [不支持WiFi]' --unrestricted { 219 loopback loop0 $prefix/linux/debian/mini.iso 220 linux (loop0)/linux priority=low vga=791 locale=zh_CN 221 initrd (loop0)/initrd.gz 222 } 223 fi 224 225 #https://doc.opensuse.org/documentation/leap/startup/html/book.opensuse.startup/cha.boot_parameters.html 226 #https://ftp.sjtu.edu.cn/opensuse/distribution/openSUSE-stable/iso/ 227 if [ -f $prefix/linux/openSUSE-Leap-DVD.iso ] ; then 228 menuentry '硬盘安装 openSUSE Leap' --unrestricted { 229 loopback loop0 $prefix/linux/openSUSE-Leap-DVD.iso 230 linux (loop0)/boot/x86_64/loader/linux install=hd:/grub/linux/openSUSE-Leap-DVD.iso lang=zh_CN 231 initrd (loop0)/boot/x86_64/loader/initrd 232 } 233 fi 234 #https://mirrors.nju.edu.cn/opensuse/distribution/openSUSE-stable/iso/ 235 if [ -f $prefix/linux/openSUSE-Leap-NET.iso ] ; then 236 menuentry '网络安装 openSUSE Leap [支持WiFi]' --unrestricted { 237 loopback loop0 $prefix/linux/openSUSE-Leap-NET.iso 238 linux (loop0)/boot/x86_64/loader/linux install=https://mirrors.aliyun.com/opensuse/distribution/openSUSE-stable/repo/oss/ lang=zh_CN netsetup=dhcp nameserver=223.6.6.6 239 initrd (loop0)/boot/x86_64/loader/initrd 240 } 241 fi
不过，grub.cfg一般都不会手动编辑的，而是用过grub-mkconfig -o /boot/grub/grub.cfg去生成。
grubenv:预设的一些环境变量可以放到这，是一个文本文件
root
root变量一般在grub.cfg执行的过程中设定的，指定了后续脚本中所有文件的其实位置，比如root=(hd0,gpt3)，那么/boot/xxx.img 就是在第一块硬盘的第三个分区的boot目录下，如果boot是单独的分区，比如是第2块硬盘的第2个分区，那么就是 set root=(hd1,gpt2)； linux vmlinuz-linux； 这两行代码来启动一个linux内核了。
几点疑问：
1.grub是如何确定镜像的安装位置的？
如果是bios/mbr启动，那么镜像的安装位置是固定的，boot.img在mbr上，core.img在post-MBR gap上。你只需要在安装时指定哪个盘就可以了，比如：
grub-install /dev/sda，
它就会安装到第一块盘上。
如果是bios/gpt方式，那么必须要分一个bootable partition（或者叫bios boot，不同分区工具，叫法不一样），这个分区不要格式化任何文件格式，留着就好了，一般1-2M大就可以，镜像就安装在上面。
如果是uefi/gpt方式，那么必须要有一个efi system partition（叫做esp）的专门分区，分区格式是esp，文件系统是flat32。在安装的时候，先把这个分区挂载上，然后用--efi-directory指定一下他的位置，如果它是挂载到/boot/efi上，那么不用指定，grub-install会默认esp在那。uefi安装的示例如下：
# grub-install --target=x86_64-efi --efi-directory=esp --bootloader-id=GRUB
--target指定了系统架构，--bootloader-id指定了grub的efi启动点的名字，到时候你可以在主板设置上看到它。
至于uefi/mbr方式，那种太奇怪了，你不会碰到的。
2.grub-install是在安装grub时，是如何确定prefix的？
你在哪个操作系统上运行它，这个操作系统的/boot/grub所对应的路径就是prefix。比如你的操作系统的boot分区在第1块盘的第3个分区上，那么prefix就是(hd0,gpt3)/grub。这就是网上经常说的默默操作系统去引导啥，比如说Ubuntu系统引导windows，其实就是说启动点是grub，prefix是Ubuntu的/boot/grub。
说句题外话，一个操作系统是不可能引导另一个操作系统的，只有引导器（BootLoader）如grub才能引导操作系统启动，或者uefi可以直接引导操作系统启动。并且，grub还不能直接应道dos（windows）启动，而是先引导windows系统的引导器（如EasyBCD），再让这个引导器去引导windows，这种方式成为链式引导（chainload），比如：
menuentry 'Windows'{ insmod part_msdos insmod ntfs set root='(hd0,msdos1)' chainloader +1 }
3.是不是一定要挂载esp分区？
如果你确定不会在去动grub了，那么可以不挂载，efi分区只在你操作引导器的时候才有用，平常它是没有用的。所以看到有些教程说把它挂载到/efi上，有的则是/boot/efi上，甚至有的直接说挂到/boot上这样方便直接启动。其实都可以，挂载到不同位置，只影响你grub-install的操作结果，操作过后，他就没用了。