uefi和legacy bios的深度剖析

这个是我总结的,参考了几个论坛还有《鸟哥的私房菜》,还有一部分是我自己的经验..适合初步了解uefi和legacy的人更深入的了解

uefi&legacy

Legacy

1.我们可将MBR磁盘分区结构用下图简单表示（Windows下基本磁盘、4个主分区）：



为了方便计算机访问硬盘，把硬盘上的空间划分成许许多多的区块（英文叫sectors，即扇区），然后给每个区块分配一个地址，称为逻辑块地址（即LBA）。

在MBR磁盘的第一个扇区内保存着启动代码(446bytes)和硬盘分区表(64bytes)。

启动代码(446bytes) 的作用是指引计算机从活动分区引导启动操作系统（BIOS下启动操作系统的方式）；

分区表的作用是记录硬盘的分区信息。在MBR中，分区表的大小(64bytes)是固定的，一共可容纳4个主分区信息,每一个都记录区段的开始与结束柱面号码。扩展分区（操作系统限制）最多有一个，扩展分区的目的是使用额外的扇区来记录分区信息 。

在MBR分区表中逻辑块地址采用32位二进制数表示，因此一共可表示2^32（2的32次方）个逻辑块地址。如果一个扇区大小为512字节，那么硬盘最大分区容量仅为2TB.

2.原理

磁盘起始位置以特定格式描述磁盘上的分区，并包含“启动装载程序 (boot loader)”，BIOS 固件知道如何执行这一小段启动装载程序代码。启动装载程序的职责是启动操作系统（现代启动装载程序的大小通常超出了 MBR 空间所能容纳的范围，因此必须采用多阶段设计，其中 MBR 部分只知道如何从其他位置加载下一阶段）。

3.引导顺序

bios->mbr(内含引导加载程序)->引导加载程序boot loader(一个可读取内核文件来执行的软件)(作用1提供菜单2载入内核3其它的loader)。

安装系统的时候mbr和boot sector(每一个分区的第一个扇区，文件系统会保留)均放bootloader(所以先装linux后装win，引导会掉)。但是windows的bootloader没有转移控制权的功能。所以一般mbr放grub引导装载程序(1指向linux内核文件2移交控制权给boot sector的windows bootloader)。

系统启动时顺序 BIOS -> MBR (主引导记录)-> DPT (硬盘分区表)-> PBR -> 寻找根目录下 NTLDR(XP) ->boot.ini(xp)

BIOS -> MBR -> DPT -> PBR-> 寻找根目录下bootmgr(WIN7/Vista)/grldr(Grub)/btldr.mbr(BootLink)->\boot\bcd->winload.exe->内核

当xp和win7共存，则bootmgr起作用。Xp显示为早期的windows版本

4.要求

bios方式只要存在一个非隐藏的活动主分区（必须放在这，如果不放在活动分区，可以用ntbootautofix修复，会自动从非活动分区的系统盘复制引导进入活动分区！）就能引导系统。所以可以将系统装在任何一个分区。也可以将系统和引导放不同分区。这个主分区的位置不固定。然后安装系统成功后系统自动设置这个活动主分区为隐藏。

GPT磁盘分区结构可用下图简单表示（Windows下基本磁盘）：

GPT分区结构



在GTP磁盘的第一个数据块中同样有一个与MBR（主引导记录）类似的标记，叫做PMBR。PMBR的作用是，当使用不支持GPT的分区工具时，整个硬盘将显示为一个受保护的分区，以防止分区表及硬盘数据遭到破坏。UEFI并不从PMBR中获取GPT磁盘的分区信息，它有自己的分区表，即GPT分区表。

GPT的分区方案之所以比MBR更先进，是因为在GPT分区表头中可自定义分区数量的最大值，也就是说GPT分区表的大小不是固定的。在Windows中，微软设定GPT磁盘最大分区数量为128个。另外，GPT分区方案中逻辑块地址（LBA）采用64位二进制数表示，可以计算一下2^64是一个多么庞大的数据，以我们的需求来讲完全有理由认为这个大小约等于无限。除此之外，GPT分区方案在硬盘的末端还有一个备份分区表，保证了分区信息不容易丢失。



Windows操作系统对GPT磁盘的支持

因为BIOS无法识别GPT分区，所以BIOS下GPT磁盘不能用于启动操作系统，在操作系统提供支持的情况下可用于数据存储。

UEFI可同时识别MBR分区和GPT分区，因此UEFI下，MBR磁盘和GPT磁盘都可用于启动操作系统和数据存储。

下表列出了Windows各版本操作系统对GPT磁盘的支持程度：

32位Windows对GPT分区支持情况



64位Windows对GPT分区支持情况



2.原理

在ESP分区（或者fat32，即使是这样，在win系统下该分区还不可见）下，（“√”表示必不可少的文件，其他可以删除，但是必须是下面的路径！！！，不区分大小写）：

EFI/Boot/bootx64.efi(或bootia32.efi)

√ EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi

√ EFI/Microsoft/Boot/BCD

EFI/Microsoft/Boot/zh-CN

boot×64是系统引导，凌驾于win引导之上，可以读取开机项

2.启动顺序：

①一般情况下(系统引导和windows引导都管用)

\efi\boot\bootx64.efi->\efi\microsoft\boot\bootmgfw.efi->\efi\microsoft\boot\bcd->winload.efi

②系统引导(windows boot manager不管用了，系统引导管用)

\efi\boot\bootx64.efi->\efi\microsoft\boot\bcd->winload.efi

③windows引导(windows boot manager) \efi\microsoft\boot\bootmgfw.efi->\efi\microsoft\boot\bcd->winload.efi

3.修复引导

bcdboot.exe 会修复系统引导，而且会同时修复计算机默认引导和Windows 默认引导，即在esp(fat)分区下没有任何文件下的情况下完成所有的文件复制。在ESP分区同时出现bootx64.efi和bootmgfw.efi，并且bootx64.efi是由bootmgfw.efi 改名而来的。与此同时在Boot Menu启动选择菜单那里生成“Windows Boot Manager”，Windows Boot Manager 及其包含的信息是保存在主板上的NVRAM里面的，而不是保存在硬盘上，故删除Windows Boot Manager需要到BIOS设置区删除。

4.UEFI及其优势

仅从系统启动原理方面来做比较。UEFI之所以比BIOS强大，是因为UEFI本身已经相当于一个微型操作系统，其带来的便利之处在于：首先，UEFI已具备文件系统(操作系统组织管理文件的一种方法，直白点说就是把硬盘上的数据以文件的形式呈现给用户。Fat32、NTFS都是
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常见的文件系统类型)的支持，它能够直接读取FAT分区中的文件；

其次，可开发出直接在UEFI下运行的应用程序，这类程序文件通常以efi结尾。既然UEFI可以直接识别FAT分区中的文件，又有可直接在其中运行的应用程序。那么完全可以将Windows安装程序做成efi类型应用程序，然 后把它放到任意fat分区中直接运行即可，如此一来安装Windows操作系统这件过去看上去稍微有点复杂的事情突然就变非常简单了，就像在Windows下打开QQ一样简单。而事实上，也就是这么一回事。

要知道，这些都是BIOS做不到的。因为BIOS下启动操作系统之前，必须从硬盘上指定扇区读取系统启动代码（包含在主引导记录中），然后从活动分区中引导启动操作系统。对扇区的操作远比不上对分区中文件的操作更直观更简单，所以在BIOS下引导安装Windows操作系统，我们不得不使用一些工具对设备进行配置以达到启动要求。而在UEFI下，这些统统都不需要，不再需要主引导记录，不再需要活动分区，不需要任何工具，只要复制安装文件到一个FAT32（主）分区/U盘中，然后从这个分区/U盘启动，安装Windows就是这么简单。

6.要求

UEFI+GPT的ESP的位置也是可以随意设置的，在硬盘起始位置、中间位置、末尾，都可以，只要分区属性和其中的引导文件正确，就可以引导启动操作系统 。

gpt一定要uefi才能引导系统。uefi不一定要gpt只要有一个fat分区即可。

不支持uefi的主板（系统支持uefi文件读取），使用大于2.2T的硬盘，可以用mbr（u盘，另一个硬盘）加gpt。前者放引导。此时系统可以装在gpt与mbr。

uefi加mbr下没有了活动分区，直接引导分区和系统分区。不能把引导放在esp分区，要放fat里面，并且这个分区一定要是活动分区！！！

7.经验

当uefi方式启动成功系统后引导丢了，目前出现了不能关机，但是能重启成功的现象。

grub2引导过程:

BIOS:

开机—>按照指定的顺序启动U盘—>启动U盘主引导—>主引导搜索指定位置的Grub.cfg—>加载Grub.cfg菜单，有用户自行选择启动项

UEFI

开机—>查找指定U盘内计算机默认引导文件：\efi\boot\bootx64.efi （grub2.efi改名）—>搜索指定位置的Grub.cfg—>加载Grub.cfg菜单，有用户自行选择启动项

大家如需自行定制Grub2的话需具备 ubuntu 系统，并且需要BIOS和UEFI版本的各一个，然后使用 grub-mkimage 定制。

linux中所谓挂载就是指进该目录可以直接读取该分区的意思。根目录一定要挂载到某一个分区。

Reset to Setup Mode恢复bios出厂设置，Restore Factory Keys用于清除或恢复内置的安全启动密钥，OS Optimized Defaults是一个“顶级”设置选项，开启该选项后，BIOS会自动将所有相关选项恢复为预装Win8/8.1 默认启动方式所要求的标准设置。