UEFI与 Legacy BIOS两种启动模式详解

Posted 2020-10-12

(1)、 UEFI启动模式 与 legacy启动模式

legacy启动模式: 就是这么多年来PC一直在使用的启动方式（从MBR中加载启动程序），UEFI Bios作为一种新的BIOS自然也应该兼容这种老的启动方式；

UEFI启动模式: UEFI BIOS下新的启动技术。如果你的PC在UEFI启动模式下预装了Win8，你会发现有两个很小的隐藏分区。一个叫ESP(EFI系统分区)，另一个MSR(Microsoft保留分区，通常为128MB)。MSR是windows要求的。ESP对UEFI启动模式很重要，UEFI的引导程序是以后缀名为.efi的文件存放在ESP分区中的，ESP分区采用fat32文件系统。此外，可能还存在一个小分区叫WinRE Tools，这个是win8的恢复分区，体积也很小。所以千万不要把这三个分区删了。

因此第一个关键问题就是确定自己的启动模式，方法是进入BIOS，然后你会发现有一项叫"boot mode"，选中"UEFI boot"就是UEFI启动模式，选中"Legacy boot"就是Legacy启动模式。

(2)、 UEFI启动模式只支持64位的系统，所以预装的win8是64位的， Ubuntu（乌班图）是一个以桌面应用为主的Linux操作系统，也需要64位的。

(3)、 UEFI BIOS 和 Legacy BIOS

我们都知道可以在传统的bios中调整设备的启动优先级，UEFI BIOS在UEFI启动模式下不但可以调整设备的优先级，还可以调整设备中引导程序的优先级，安装完ubuntu之后，你再进BIOS就会发现多了一个可选择的启动项叫ubuntu。此外，UEFI BIOS也引入了一些新的技术，例如Fast boot和secure boot，当然后面一项完全是用来坑爹的。

(4)、 UEFI启动模式下如何从u盘或移动硬盘引导

只要u盘或移动硬盘上有一个fat32的分区，分区的根目录下有个文件夹叫EFI，UEFI就会自动去查找相应的启动文件(.efi)

如果你刚制作了ubuntu(kylin)-13.04-64位的启动u盘，可以打开它，你会发现分区的文件系统是fat32，确实有一个EFI文件夹，进去看看就是各种.efi引导文件（这里再次强调64位，32位下你是找不到这个文件夹的）。因此现在想制作可启动的u盘或移动硬盘就简单了，只需要复制粘贴就行了。

 

Legacy BIOS Boot 是如何启动或引导的

当系统首次引导时，或系统被重置时，处理器会执行一个位于已知位置处的代码。这个位置在基本输入 / 输出系统（BIOS） 中。CPU 会调用这个重置向量来启动一个位于闪存/ROM 中的已知地址处的程序。通常，它执行一个启动自测（POST）来检查机器。最后，它从引导驱动器上的主引导记录（MBR）加载第一个扇区。

引导程序就位于 MBR 第一个扇区里面。此时引导程序就被装入 RAM 并执行。这个引导加载程序在大小上小于 512 字节（一个扇区）。BIOS 自检完成之后，将 MBR 的代码读入内存，管理权交给 MBR ， MBR 再读取 DPT ，从 DPT （Disk Partition Table，硬盘分区表占据 MBR 扇区的64个字节(偏移01BEH--偏移01FDH)）找出硬盘的所有分区哪一个是激活的主分区。到这里为止，所有系统都是一样的。下面就有区别了。 DPT读完找到主分区之后然后找到这个主分区的 PBR （Partition Boot Record分区引导记录），PBR位于激活主分区的第一个扇区。安装不同操作系统的时候 PBR 是会被改变的， XP 的 PBR 写死的代码是去找 NTLDR 。而 Vista 和 7 的 PBR 里写进的就是去找 Bootmgr 。

这个时候显示器上还没有显示引导管理器的界面。 Bootmgr 被找到之后管理权就交到了 Bootmgr。 Boot Manager 首先从 BCD 中读取 Boot Manager 菜单的语言版本信息，然后再调用 BOOTMGR 与相应语言的 BOOTMGR.EXE.MUI 组成相应语言的启动菜单，之后才会在显示器上显示引导管理器，也就是选择多操作系统的那个文字界面。最后，当你选择了相应的操作系统，这里是 Win7 或 8 （如果选择 XP, 会转入 XP 的启动流程，找到 XP 的NTLDR 然后启动）， Bootmgr 就去寻找系统分区（系统分区和主分区的概念不是一样的哦）Windows/System32 下的 Winload.exe 加载操作系统内核。

 

EFI Boot 介绍

EFI 的全称是可扩展固件接口 (Extensible Firmware Interface)，它是 Intel 公司为全新类型的固件体系结构、接口和服务提出的建议性标准。该标准有两个主要用途：向操作系统的引导程序和某些在计算机初始化时运行的应用程序提供一套标准的运行环境；为操作系统提供一套与固件通讯的交互协议。

简单说，EFI 是 BIOS 的替代者。它为操作系统和固件提供了更加强大、安全、方便的交互途径。EFI 规范定义的接口，包括数据表包含平台的信息，可在 OS Loader 和 OS 的启动和运行时服务。

 

EFI 固件提供了几种技术优势：

引导能力支持大容量磁盘（超过 2 TIB ）；

更快的启动；

独立 CPU 的体系结构；

CPU 的独立的驱动程序；

灵活的预操作系统环境，包括网络功能；

模块化设计；

 

EFI 启动还需要一个特殊的分区表，该分区表指向一个特殊的文件。通常情况下该文件位于\EFI 路径，EFI 启动涉及到一个写入到 firmware 中的 boot loader, EFI 并不把启动程序放置在 MBR 中，firmware 知道如何读取分区表以及 FAT 的文件格式。EFI 系统分区是用 FAT 格式格式化的特定分区，其中包含 boot loader, 该 boot loader 是 EFI 可执行程序，可被 EFI boot manager 载入和运行。

Boot loader 被设置为一个可以通过固件访问的文件。Boot loader 允许用户选择并加载操作系统。所有的 boot manager 都包含一个 EFI 变量，该变量被用来定义固件配置参数。

 

MBR 与 GPT

MBR：主引导记录（Master Boot Record，缩写：MBR），又叫做主引导扇区，是计算机开机后访问硬盘时所必须要读取的首个扇区，它在硬盘上的三维地址为（柱面，磁头，扇区）＝（0，0，1）。

主引导扇区记录着硬盘本身的相关信息以及硬盘各个分区的大小及位置信息，是数据信息的重要入口。如果它受到破坏，硬盘上的基本数据结构信息将会丢失，需要用繁琐的方式试探性的重建数据结构信息后才可能重新访问原先的数据。主引导扇区内的信息是通过分区程序写入的，它是低级格式化的产物，和操作系统没有任何关系（操作系统是创建在高级格式化的硬盘分区之上，是和一定的文件系统相联系的）。

对于硬盘而言，一个扇区可能的字节数为 128×2n (n=0,1,2,3)。大多情况下，取 n=2，即一个扇区（sector）的大小为 512 字节。

 

MBR 的限制：

在 MBR 分区表中最多 4 个主分区或者 3 个主分区＋1 个扩展分区：从主引导记录的结构可以知道，它仅仅包含一个 64 个字节的硬盘分区表。由于每个分区信息需要 16 个字节，所以对于采用 MBR 型分区结构的硬盘，最多只能识别 4 个主要分区（Primary partition）。

MBR 分区方案无法支持超过 2TB 容量的磁盘。因为这一方案用 4 个字节存储分区的总扇区数，最大能表示 2 的 32 次方的扇区个数，按每扇区 512 字节计算，每个分区最大不能超过 2TB 。磁盘容量超过 2TB 以后，分区的起始位置也就无法表示了。

  GPT：全局唯一标识分区表（GUID Partition Table，缩写：GPT）是一个实体硬盘的分区结构。GUID 分区表 (GPT) 是作为 Extensible Firmware Interface (EFI) 计划的一部分引入的。相对于 PC 常用的较旧的主引导记录 (MBR) 分区方案，GPT 提供了更加灵活的磁盘分区机制。

 

GPT 使用 GUID 分区表 (GPT) 磁盘分区系统。

GPT 磁盘提供了以下好处：

    最多允许 128 个分区；主引导记录 (MBR) 磁盘可以支持 4 个主分区和扩展分区内的 124 个附加分区。

允许大于 2 TB 的卷容量，而 2 TB 是 MBR 磁盘的极限。

由于分区表提供了复制和循环冗余校检 (CRC) 保护，所以更加可靠。

能在所有基于 x64 平台上用作存储卷，包括运行 Windows XP Professional x64 Edition 的平台。从 Windows Server 2003 SP1 开始，GPT 磁盘也可用作基于 x86 的Windows 平台上的存储卷。

可用作基于 x64 的 Windows 7、Windows Vista 和 Windows Server 2008 版本上的引导卷。从 Windows Server 2003 SP1 开始，GPT 磁盘也可用作基于 Itanium 的系统上的引导卷。

    注意：Windows 仅支持从包含 Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) 引导固件的系统上的 GPT 磁盘引导。

注：哪些系统支持 UEFI 启动？为什么当前我们不能支持 32bit 的 win8 UEFI 启动？

目前我们的 BIOS 的 Build 生成是 x64 模式的，因此 32 位的 Win8 UEFI 是不被支持的。

总结：UEFI是新式的BIOS，legacy是传统BIOS。你在UEFI模式下安装的系统，只能用UEFI模式引导；同理，如果你是在Legacy模式下安装的系统，也只能在legacy模式下进系统。UEFI只支持64为系统且磁盘分区必须为GPT模式，传统BIOS使用INT13中断读取磁盘，每次只能读64KB，非常低效，而UEFI每次可以读1MB，载入更快。此外，Win8，更是进一步优化了UEFI支持，号称可以实现瞬时开机。