UEFI+GPT引导基础篇 ：什么是GPT，什么是UEFI？

Posted 2020-08-29 赏月斋

GUID Partition Table (GPT) is a standard for the layout of the partition table on a physical storage device used in a desktop or server PC, such as a hard disk drive or solid-state drive, using globally unique identifiers (GUID).

The Unified Extensible Firmware Interface (UEFI) is a specification that defines a software interface between an operating system and platform firmware.

建议去UEFI官方网站下载UEFI规范文档，那里详细阐述了UEFI、GPT的每个技术细节。

其实UEFI、GPT都不是什么新鲜玩意了，只不过因为预装Win8电脑指定采用了这一标准所以仿佛是在一夜之间关于UEFI启动Windows的文章就遍地开花了，很多人大概也是头一次听说世上还有这玩意。既然UEFI、GPT是“新”技术，那么就必然有较旧技术（Bios+MBR）更先进、更NB的地方。到底NB在哪里呢？下面来简单比较一下：

GPT及其优势

GPT和MBR是两种不同的分区方案。目前在Windows下广泛采用的磁盘分区方案仍然是MBR分区结构，但不容怀疑GPT是今后的趋势。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）：

MBR分区结构

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和硬盘分区表。启动代码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，分区表的大小是固定的，一共可容纳4个主分区信息。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。

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

可以看到，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。不过微软限制，UEFI下使用Windows安装程序安装操作系统是只能将系统安装在GPT磁盘中。

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

UEFI及其优势

UEFI是BIOS的一种升级替代方案。关于BIOS和UEFI二者的比较，网络上已经有很多相关的文章，这里不再赘述，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已具备文件系统的支持，它能够直接读取FAT分区中的文件；

什么是文件系统？简单说，文件系统是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都是常见的文件系统类型。

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。