BIOS与UEFI介绍与使用

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0x00 快速入门

描述:英特尔已经宣布计划在2020年之前将所有芯片组完全替换为UEFI,所以说BIOS即将迎来生命周期的最后一个周期;但是我们现在UEFI附带的新电脑仍将其称为“BIOS”,符合用户的叫法;

2007年，英特尔，AMD，微软和PC制造商就新的统一可扩展固件接口(UEFI)规范达成一致。 这是一个全行业标准管理的统一扩展固件接口，并不完全由英特尔推动。

UEFI和BIOS都是低级软件，所谓低级软件就是指它们会在引导操作系统之前启动时启动，但UEFI是更现代的解决方案，支持更大的硬盘驱动器，更快的启动时间，更多的安全功能以及方便的图形和鼠标游标。

说到操作系统的引导就不得不提到操作系统的文件系统，为下面的知识进行一个扩展；

File System File System（文件系统）是存储媒介中文件存储的组织方式。

• 不同的文件系统类型有不同的速度，灵活性，安全性和占用空间。
• 不同操作系统只支持特定的文件系统类型。 常见的文件系统类型有 FAT16，FAT32，NTFS，EXT3，EXT4，HFS, xfs 等。

BIOS

什么是BIOS? 答: BIOS 英文全称(Basic Input Output System)即基本输入输出系统,它是位于计算机主板上的芯片中的低级软件且已经存在很长时间了，计算机启动时BIOS加载，BIOS负责唤醒计算机的硬件组件，确保它们正常运行然后运行引导加载程序来引导Windows或任何其他已安装的操作系统。并且可以在BIOS设置屏幕中配置各种设置。诸如计算机硬件配置，系统时间和引导顺序等; 启动流程：

• 开机-POST或者开启自检-查找引导设备上存储的主引导记录和MBR-加载BootLoader-进入系统

局限性：

• 只能从2.1TB或更少的驱动器启动,限制是由于BIOS的主引导记录(MBR分区)系统的工作方式。
• 必须以16位处理器模式运行，并且只有1 MB空间可供执行,导致初始化多个硬件设备时会出现问题,所以就是单项单项检查导致启动时间较慢;

补充：CMOS缩写代表互补金属氧化物半导体,指BIOS在主板上存储各种设置的以电池供电的存储器，在现代系统中这种方法已被闪存(也称为EEPROM)取代

传统启动方式：即是我们所说的 Legacy 模式

UEFI

什么是UEFI？ 答: UEFI（Unified Extensible Firmware Interface ）即通一扩展引导接口,它还以更标准化的方式引导启动EFI可执行文件，而不是从驱动器的主引导记录运行代码。

特点：

• UEFI支持图形化操作包括图形和鼠标光标支持
• 启动时间大幅缩短
• 支持更大硬盘驱动器(2.1TB以上),理论限制为9.4ZB zettabytes
• UEFI可以以32位或64位模式运行，并具有比BIOS更多的可寻址地址空间，意味着您的引导过程更快/BIOS设置更加清晰
• 支持安全启动可以检查操作系统的有效性，以确保没有恶意软件篡改引导进程。
• UEFI固件本身支持网络功能有助于进行远程故障排除和配置

常见组合：

• UEFI + GPT(分区)启动方案
• BIOS + MBR(分区)启动方案

硬盘的分区结构：

• MBR分区表：Master Boot Record即硬盘主引导记录分区表，只支持容量在 2.1TB 以下的硬盘只能管理2.1TB，最多只支持4个主分区或三个主分区和一个扩展分区，扩展分区下可以有多个逻辑分区。
• GPT分区表：GPT全局唯一标识分区表(GUID Partition Table)，与MBR最大4个分区表项的限制相比，GPT对分区数量没有限制，但Windows最大仅支持128个GPT分区，GPT可管理硬盘大小达到了18EB。只有基于UEFI平台的主板才支持GPT分区引导启动。
• ESP分区：EFI system partition分区用于采用了EFI BIOS的电脑系统用来启动操作系统。分区内存放引导管理程序、 驱动程序、系统维护工具等。如果电脑采用了EFI系统或当前磁盘用于在EFI平台上启动操作系统，建议ESP分区为FAT16格式，容量最好大于100M，无其他特殊要求。
• MSR分区：即微软保留分区，是GPT磁盘上用于保留空间以备用的分区，例如在将磁盘转换为动态磁盘时需要使用这些 分区空间。

UEFI启动为什么那么快？ UEFI相比传统的启动方式少了一个启动时候自检的过程,所以启动时间大幅度缩短；

WeiyiGeek.启动流程

对比补充

BIOS vs UEFI BIOS（Basic Input/Output System）和 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface ）是不同的计算机启动固件（Fireware），需要硬件（通常为主板）支持，相互代替的，其中 UEFI 是比较新的方式。

• BIOS 经典的启动固件，会调用磁盘的 MBR，然后由 MBR 中的 loader 继续加载操作系统。
• UEFI UEFI 用来代替 BIOS，并克服 BIOS 的缺点，大多数的 UEFI 固件会提供兼容 BIOS 的启动方式。

MBR vs GPT 描述：MBR 与 GPT 用于存储硬盘的分区信息，是不同的硬盘分区表类型。

• MBR MBR 表示 MBR 分区表，MBR 分区表在硬盘开头处存放了特殊的启动分区，称为 MBR（Master Boot Record，主启动记录），包含 Boot Loader 和硬盘逻辑分区。MBR 支持最大约2T的硬盘，最多能划分4个主分区，更多分区需要使用拓展分区实现。 （MBR在行文中可以表示 MBR 分区表和主启动记录两个意思，注意甄别。）
• GPT GPT 表示 GUID（Globally Unique Identifier） 分区表，是 UEFI 规范的一部分，用于替换 MBR 的分区方式。GPT 没有分区数和分区大小限制。

简单描述磁盘发展史 Wikipedia 上有许多关于磁盘的资料，在磁盘分区上，我猜测的发展脉络是这样的：

• 1.磁盘跟内存一样直接物理寻址去访问数据；
• 2.为了方便，建立数据 Index，有了 File System；
• 3.需要多个分区，搞出了 Partition Tabel。

注意事项:

• (1) 磁盘分区表类型与磁盘文件系统类型不是同一个事物，前者是比如指代 MBR/GPT 分区类型。后者指代NTFS；
• (2) BIOS/UEFI 跟 MBR/GPT 是不同层级的，BIOS/UEFI 是 Fireware，MBR/GPT 是分区表。
• (3) Windows 通常会要求 UEFI 的启动方式使用 GPT，不然不给继续安装。推荐的使用方式： BIOS + MBR 或 UEFI + GPT：

0x01 设置传统与UEFI模式

描述:我们需要进入BIOS或者主板启动进行设置：

#老机器引导配置 (不启动UEFI)
Fast Boot : Enabled
Launch CSM : Disabled

#新机器（启用UEFI）
UEFI/Legacy Boot: UEFI BIOS
SECURE BOOT :Disabled  #关闭才能从U盘启动，Windows 8 中增加了一个新的安全功能,Secure Boot内置于UEFI BIOS中,用来对抗感染MBR、BIOS的恶意软件
#Windows 8 缺省将使用Secure Boot,在启动过程中，任何要加载的模块必须签名(强制的)，UEFI固件会进行验证， 没有签名或者无法验证的，将不会加载。

#其他方式
比如在Windows8以上可能需要通过Windows启动选项菜单访问UEFI设置屏幕，而不是在计算机启动时按下某个键;

WeiyiGeek.UEFI

Auto(自动)/Both：自动按照启动设备列表中的顺序启动优先采用UEFI方式； UEFI only(仅UEFI)：只选择具备UEFI启动条件的设备启动全新的启动模式 Legacy only(仅Legacy)：只选择具备Legacy启动条件的设备启动最传统的模式 CSM选项：兼容模块专为兼容只能在legacy模式下工作的设备以及不支持或不能完全支持UEFI的操作系统而设置(老显卡、老设备)

传统BIOS模式启动引导修复：

• NTbootAutoFix引导修复工具

流行UEFI模式启动引导修复：（需要进入UEFI模式的PE）

• UEFix(UEFI 引导修复)
• BOOTICE 编辑器（注意需先挂载:ESP分区）
• Linux 系统 UEFI 编辑工具 efibootmgr

传统BIOS引导模式改为UEFI引导模式并修复流程

0.对已有磁盘进行调整分区大小，将磁盘的两端各留1GB的空闲空间；

1.转换该磁盘的分区表类型为GUID格式并且保存

2.选择前面的1GB的空闲分区，右键再选择”建立ESP（300MB）/MSR分区”，并且格式化分区；

- ESP分区（UEFI System Partition）：用于才有UEFI BIOS的电脑系统来启动操作系统；分区内存存放 `引导管理程序，驱动程序，系统维护工具等等`
- MSR分区（微软保留分区）是GPT磁盘上用于保留空间以备用的分区；例如在将磁盘转换成为冬天磁盘时候会采用这些空间；

3.给ESP分区分配盘符，然后打开UEFI的 引导修复文件；选择刚刚分配的ESP分区的盘符，然后在选择”开始修复”，选择Window目录

注意事项：

• 尽量不要选择自动模式，因为在确定自己的启动方式后，安装系统所用的U盘，甚至硬盘引导都要配套
• VMware设置客户端操作系统 版本可以影响引导启动: 虚拟机设置 -> 常规 - > 选择客户端操作系统
• VMware 修改固件类型（支持UEFI）：虚拟机设置 -> 选项 -> 高级 -> 固件类型进行选择；

0x02 设置U盘引导

Step1.下载PE工具箱并生成引导ISO文件：

WeiyiGeek.生成PE引导箱

Step2.采用软媒魔方得USB引导制作工具：

WeiyiGeek.多PE系统引导

0X03 引导修复

UEFI引导基本原理：

efi文件结构

#注意需要先挂载ESP分区
efi\boot\bootx64.efi
efi\microsoft\boot\bcd

efi启动过程 ：UEFI-BIOS启动时候自动查找硬盘下ESP分区的bootx64.efi,然后又bootx64.efi引导下的BCD文件,由BCD引导指定系统文件c:\windows\system32\winload.efi

(1)采用BCDboot自动修复：

#(1)指定esp分区修复环境为64位8PE，bios/uefi启动进入下都可以
Step1.启动64位8PE，并用esp分区挂载器或diskgenuis挂载esp分区
Step2.打开cmd命令行，输入以下命令并运行
$bcdboot c:\windows /s o: /f uefi /l zh-cn
# 其中：c:\windows  硬盘系统目录，根据实际情况修改
# /s o:     指定esp分区所在磁盘，根据实际情况修改
# /f uefi   指定启动方式为uefi
# /l zh-cn  指定uefi启动界面语言为简体中文
# 注：64位7PE不带/s参数，故7PE不支持bios启动下修复


#(2)不指定esp分区修复
#\环境为64位7或8PE，只有uefi启动进入PE才可以不用挂载esp分区，直接在cmd命令行下执行：
bcdboot c:\windows /l zh-cn
# 其中 c:\windows  硬盘系统目录，根据实际情况修改
# /l zh-cn  指定uefi启动界面语言为简体中文
# 注：在8PE中我们也可以在uefi启动进入pe后，挂载esp分区用方法

(2)采用BOOTICE进行UEFI修复 Step1.打开diskgenius软件有没有这两个分区：ESP和MSR如果没有需要建立并进行挂载; Step2.打开BOOTICE引导管理,1.选择：BCD编辑2.点：其它BCD文件3.点引号内“…”打开 Step3.找到ESP分区盘符efi>microsoft>boot>BCD打开BCD Step4.找到后找智能编辑,如果没有启动项就需要添加新建引导保存当前系统设置，如果有则跳过

WeiyiGeek.智能编辑

Step5.设置启动设备、属性等,启动分区就是系统安装的分区;

Step6.UEFI再点修改启动顺序:

WeiyiGeek.UEFI

• 1.点：Windows boot manager（这个就是Windows启动项）。
• 2.启动分区：选择ESP盘符。
• 3.启动文件：\EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi，如果不是，把这串路径复制到红框3内。
• 4.点：保存当前启动设置，最好把“下一次启动该项”打勾。

WeiyiGeek.bootManager

补充：uefi添加修复启动项设置完毕，如果是双系统需要添加启动项(安装上述即可),在修复UEFI的时候必须进入UEFI模式;

控制启动管理器: bcdedit  
主启动代码更新: bootsect  
启动文件修复：bcdboot

其它问题：

• 1.手工运行ghost并不会修复esp分区
• 2.用老大们的一键还原，现在慢慢加上了还原后esp引导修复功能，如实测深山的一键还原就自带esp分区uefi引导修复
• 3.用微软原版系统光盘安装或PE下安装，当然都会自动修复esp引导。

0x0n 补充参考

推荐工具：

• it天空：https://www.itsk.com
• u盘魔术师 ： https://www.sysceo.com
• WePe ： http://www.wepe.com.cn/
• 软媒魔方：https://mofang.ruanmei.com/

注意WePE安装至开机启动项详细规格:http://www.wepe.com.cn/learnmore.html

• Legacy启动时：可安装到32和64位系统开机启动项
• EFI启动时：只可安装到64位系统开机启动项,支持PE密码最长16位