无忧启动论坛

标题: 真正的UEFI启动逻辑 [打印本页]

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作者: plutoshen    时间: 2024-8-3 12:37
标题: 真正的UEFI启动逻辑
现在的电脑基本上都是采取UEFI启动了，之前看过一些资料，大抵都讲道“现在UEFI不需要制作引导分区了，系统会自动从EFI分区下的\EFI\Boot\Bootx64.efi文件启动”，这种说法其实是以偏概全了。导致很多情况下出现了一些奇怪的问题（比如当我准备把操作系统安装到一个移动硬盘上的时候）。

究其错误的原因，从根本上来说是忽略了了主板上NVRAM（非易失性随机访问存储器，主板上自带的一小块配置存储器，不在硬盘上，你把整块硬盘都擦了它还在）中启动配置的存在。

真正的UEFI启动逻辑

1. def 从EFI文件启动(文件路径):
   
2.     根据文件路径加载EFI文件
   
3.     if 开启了SecureBoot功能:
   
4.         if not SecureBoot校验通过:
   
5.             启动失败报错退出 # 一般可以在屏幕上看到错误信息
   
6.     执行EFI # 一般来说也就从这里进入了操作系统或者Grub，所以不会返回
   
7. 
   
8. def 从存储设备启动(存储设备):
   
9.     # 可以是是GPT分区，也可以是MBR分区
   
10.     for 分区 in 存储设备:
    
11.         # 分区类型在MBR/GPT的分区表中标注，其本质是个普通FAT文件系统分区
    
12.         if 分区类型 == EFI系统分区:
    
13.             # 注意，FAT文件系统路径不区分大小写，且由于出自Windows，所以其路径习惯用反斜杠\而非斜杠/
    
14.             # 对于非x86_64类型的硬件，默认路径也有差异
    
15.             if 分区根目录下存在"\EFI\Boot\Bootx64.efi"文件:
    
16.                 从EFI文件启动(分区索引 + 该文件在分区下路径)
    
17. 
    
18. def 从EFI启动项启动(启动项):
    
19.     if 该启动项指向的是一个EFI文件路径:
    
20.         从EFI文件启动(启动项所指文件路径)
    
21.     elif 启动项指向的是一个存储设备:
    
22.         从存储设备启动(启动项所指设备)
    
23. 
    
24. def 启动():
    
25.     根据主板NVRAM中启动项配置，以及扫描的硬件（比如刚插入装机U盘等），生成启动顺序表
    
26.     if 用户无操控:
    
27.         for 启动项 in 启动顺序表:
    
28.             从EFI启动项启动(启动项) # 成功则返回，失败可能会返回，也可能是报错退出
    
29.     else:
    
30.         根据启动顺序表选择界面
    
31.         if 用户选择了一个启动项:
    
32.             # 这对应了手动从列表中选择一个启动设备
    
33.             从EFI启动项启动(启动项)
    
34.         elif 用户手动选择了一个具体的EFI文件:
    
35.             # 这对应了手动浏览EFI分区并选择某一个具体的文件
    
36.             从EFI文件启动(文件路径)
    
37.     这次启动失败了，死机？退出主界面？或者重新尝试？结果因机器而异
    
38. 
    
39. 
    
40. 硬件扫描和准备
    
41. 启动()

复制代码

所以，总结说来，UEFI并不是单纯地找到启动设备上的EFI分区里的某固定文件路径就启动了，而是会结合NVRAM中的配置来完成整个过程。NVRAM中的启动配置包括一系列启动项和响应的预设优先顺序，Linux下可以用efibootmgr -v命令查看。它会在以下情况下发生更改：

当安装操作系统完成后，操作系统会自动添加一条启动项，如ubuntu会生成一条名为ubuntu的项目并指向EFI分区的\EFI\ubuntu\shimx64.efi文件，而Windows会生成一条名为Windows Boot Manager的项目指向EFI分区的\EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi文件。
在操作系统中通过efibootmgr等工具手动修改，使用grub-install命令时如果没有指定--no-nvram也会添加一个启动项
在BIOS（UEFI不是BIOS，但是习惯上还是管机器的UEFI配置界面叫BIOS）中修改
由于Windows用户实在太多了，有的主板生产商会自动为Windows添加启动项（避免小白搞坏配置），甚至强制将其列为第一优先级（这就很恶心了）
手动从某个设备成功启动后，硬件可能会自动地将其对应的EFI文件加入启动项（因硬件而异）
硬件检测到不存在的设备/文件，自动删除启动项（因硬件而异）
……
总之这个NVRAM中的启动项配置的编辑策略各不相同，甚至不排除可能有的主板出于安全（恰烂钱）考虑拒绝你对它进行编辑，强制你从Windows启动，所以需要根据自己的电脑自行实验。一般来说，台式机自由度比较大，绝大多数都是允许你自行编辑的，且不会强制更改你自定义优先级；而高端或者新的笔记本也和台式机差不多，但是又老又旧的笔记本的坑就比较多了。

因此，到这里就可以解释如下现象了：

为啥删除了EFI分区下的\EFI\BOOT目录也还能正常启动？

因为NVRAM中的启动项配置直接指向\EFI\ubuntu或者\EFI\microsoft目录，不依赖于\EFI\BOOT，\EFI\BOOT下的东西只在直接从该设备启动时生效，相当于作为一个后备。

为啥换了主板后就只能从Windows启动了？

NVRAM在主板上，换了后自然全没了，剩下Windows是因为前面说的有的主板为了方便小白使用自动探测Windows启动项的存在并添加之，Linux就没福气了，这可以需要通过引导盘进入Live环境后用efibootmgr修复。

为什么安装Linux后安装Windows，无法进入Linux（Grub）？

还是能进入的，只不过Windows把自己设置成了第一优先级，默认直接进Windows；所以一般先装Windows再装Linux，这样Linux把自己设置成第一优先级，可以在Grub界面二选一。不过其实这都是小问题，改一下NVRAM配置就行，并不是很多教程说的必须先装Windows，没那么死板。

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作者: plutoshen    时间: 2024-8-3 12:39
这才是我笔记本上Windows争夺启动优先权的真相。

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作者: yyz2191958    时间: 2024-8-3 12:43
惭愧，我看不懂

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作者: dayeye    时间: 2024-8-3 13:02


我怀疑我的笔记本没有efi文件也可以启动，（删除EFI\Boot文件夹，同时删除EFI\Microsoft\Boot下的bootmgfw.efi）。怀疑主板会自动添加一个efi用于启动。

折腾中有发现提示没有efi，但是能继续启动进系统，觉得奇怪，没特意测试。所以只能用“怀疑”。

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作者: yc2428    时间: 2024-8-3 13:11
谢谢分享

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作者: ring8511    时间: 2024-8-3 13:29
这个还真看不懂

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作者: 2012andyle113    时间: 2024-8-3 13:43
不知道你在真相什么，只能说你自己没有搞清楚而已，无论什么时代，其实都没变过，肯定是需要主板先把硬件设置检测认出来了，才能进入下一阶段常规系统引导，UEFI无非相比BIOS更加强大功能更多了，可以说是完整的底层小系统了，所以可以接管上层操作系统的一部分功能

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作者: plutoshen    时间: 2024-8-3 13:45

dayeye 发表于 2024-8-3 13:02
我怀疑我的笔记本没有efi文件也可以启动，（删除EFI\Boot文件夹，同时删除EFI\Microsoft\Boot下的bootmgfw. ...

你要只是怀疑，可以把esp分区里所有文件都移动到一个文件夹里，包括隐藏的，然后再重启试试。

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作者: plutoshen    时间: 2024-8-3 13:47

2012andyle113 发表于 2024-8-3 13:43
不知道你在真相什么，只能说你自己没有搞清楚而已，无论什么时代，其实都没变过，肯定是需要主板先把硬件设 ...

你不应该看不懂。

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作者: cutebe    时间: 2024-8-3 14:31
看着挺复杂的。
是要先读主板上启动配置，再根据配置进入不同的启动项吗？

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作者: waimaggie    时间: 2024-8-3 14:47

cutebe 发表于 2024-8-3 14:31
看着挺复杂的。
是要先读主板上启动配置，再根据配置进入不同的启动项吗？

就是先读NVRAM里面的引导配置。

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作者: cutebe    时间: 2024-8-3 15:11

waimaggie 发表于 2024-8-3 14:47
就是先读NVRAM里面的引导配置。

感谢回答！

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作者: wang1126    时间: 2024-8-3 15:17
谢谢分享

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作者: ynb168c    时间: 2024-8-3 15:24
谢谢分享

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作者: bobo_901    时间: 2024-8-3 15:28
感谢分享。

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作者: wcs    时间: 2024-8-3 15:42
好分享，支持了

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作者: wondaol    时间: 2024-8-3 15:46
前来学习

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作者: fegr    时间: 2024-8-3 15:53
感谢分享

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作者: wwwlhp    时间: 2024-8-3 16:08
多谢分享！！！

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作者: 13325531750    时间: 2024-8-3 16:13
感谢分享！进来学习一下。

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作者: wn168cn@163.com    时间: 2024-8-3 18:20
谢谢分享

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作者: 2011medp7060    时间: 2024-8-3 18:25
学习了！

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作者: ldg_2    时间: 2024-8-3 18:51
学习下，似懂非懂，感谢分享！

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作者: hilsonma    时间: 2024-8-3 19:27


8楼说的启动过程是对的

主要是看主板制造商固化在主板上的引导程序(以前叫bios现在叫uefi)，就是rom里面的程序，为了不引起混乱，一般都表达为主板固件

不同的厂家主板固件的内容是不同的，虽然有uefi规范，但厂家不一定完全遵从，或者符合uefi规范了但厂家又做了不同的扩展增强。

所以才会导致从一些设备上得来的经验结论，到另一些设备又不一定符合了。

而nvram则是主板上的存储，相当于以前的cmos，是用来储存一些主板固件检测及设置的数据，也储存了一些系统应用设置的启动数据。

按照uefi规范，uefi启动文件为efi文件，放在fat/fat32分区，路径为
\EFI\发行商目录\
或者
\EFI\发行商目录\Boot\
备用路径为
\EFI\Boot\

U盘使用备用路径

有的主板厂家设定引导分区不局限于fat/fat32，同时支持ntfs等，所以有的主板即使磁盘没有fat/fat32分区也能uefi引导

也有的主板厂家设定不局限于 \EFI\发行商目录，同时支持由用户指定的任意路径，所以有的主板即使引导分区没有 \EFI\Microsoft\Boot 没有\EFI\UOS 没有 \EFI\Boot 这些路径 也能uefi引导

由于uefi规范的存在，\EFI\Boot 这样的路径一般是自动识别的，由于Microsoft是uefi规范发起人之一，所以 \EFI\Microsoft\Boot 一般的主板也是自动识别的，而 \EFI\UOS ，\EFI\Ubuntu 之类通常是由安装程序写到nvram的。

至于优先级及自动改变之类，一般都是主板固件引起的，所以我们要参考uefi规范及主板固件的要求去设置及部署启动文件，尽量做到简单通用。

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作者: plutoshen    时间: 2024-8-3 19:47
最可恨的就是不遵守规范胡来的厂家。

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作者: ljm008    时间: 2024-8-3 21:13
谢谢，学习下

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作者: wsdyleon    时间: 2024-8-4 10:19
确实不错，正想知道的就是这个
网上很多半吊水平的。都会说一些太浅薄的理论，根本没有说明白实质。

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作者: wintoflash    时间: 2024-8-4 11:07


是正确的。
其实这些在 UEFI Spec 中都写得很清楚，但很多半桶水的非得自己瞎猜还搞不对。
https://uefi.org/specifications
UEFI Spec 是英文的，但是其实没那么难读，语法都很简单，看不懂的稍微查下就能明白。

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作者: plutoshen    时间: 2024-8-4 11:19

wintoflash 发表于 2024-8-4 11:07
是正确的。
其实这些在 UEFI Spec 中都写得很清楚，但很多半桶水的非得自己瞎猜还搞不对。
https://uefi. ...

感谢大佬提供链接。

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作者: 邪    时间: 2024-8-4 11:36
其实按规范搞，总没错，一些厂家乱搞，提供的也是额外扩展，总不可能去否定规范标准设计

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作者: lbw2007    时间: 2024-8-5 11:12
我想说，很多三线主板根本就不按照uefi开发标准去写，导致启动引导混乱。
至少经验证华硕和微星都是这个逻辑的。支持一下

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作者: liujiana    时间: 2024-8-11 01:00

dayeye 发表于 2024-8-3 13:02
我怀疑我的笔记本没有efi文件也可以启动，（删除EFI\Boot文件夹，同时删除EFI\Microsoft\Boot下的bootmgfw. ...

主板自己用shell去找到了，相当于主板内置bootx64.efi

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作者: dayeye    时间: 2024-8-11 01:16

liujiana 发表于 2024-8-11 01:00
主板自己用shell去找到了，相当于主板内置bootx64.efi

多次试验，主板只是储存了上次成功启动的BCD菜单。
没有efi时，会自动出现BCD菜单。但不一定能成功启动。
可能成功过，没弄明白原因。

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作者: hilsonma    时间: 2024-8-12 06:10

dayeye 发表于 2024-8-11 01:16
多次试验，主板只是储存了上次成功启动的BCD菜单。
没有efi时，会自动出现BCD菜单。但不一定能成功启动 ...

用bootice查看一下UEFI启动序列就知道了
象我的技嘉450MG主板，原来不支持ntfs开机的的，升级l固件后，现在也支持ntfs开机了，不用fat分区也能uefi启动。

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作者: ytfqifw    时间: 2024-8-20 14:51
你说的是对的，我就是主板厂商，而且有时放电也不管用，我通常都是刷 BIOS才从彻底从BOOT项里清除这些曾经曾在的值，

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作者: wxbxdwq    时间: 2024-8-24 17:11
这个确实值得一看

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作者: 假大空    时间: 2024-8-25 19:58
学习了，uefi规范看下

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作者: duboy    时间: 2024-10-12 10:27
有种恍然大悟的感觉，感谢楼主分享

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作者: 524280981    时间: 2024-10-16 21:21
感谢分享

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作者: fdongh    时间: 2024-10-22 08:49

感谢分享

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作者: fzzf    时间: 2024-10-22 08:54
谢谢， 值得分享

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作者: wy-tooold    时间: 2024-11-24 09:23
厉害，谢谢分享

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作者: kappa01    时间: 2024-12-13 15:53
前来学习

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作者: wyit    时间: 2024-12-14 11:49

ytfqifw 发表于 2024-8-20 14:51
你说的是对的，我就是主板厂商，而且有时放电也不管用，我通常都是刷 BIOS才从彻底从BOOT项里清除这些曾经 ...

直接用UEFI启动项管理工具，比如上图的BootIce，不能删除这些启动项么？

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作者: wn168cn@163.com    时间: 2024-12-14 12:06
感谢分享

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作者: Paudy    时间: 2024-12-16 15:49
涨姿势了~

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作者: 周爱瑶    时间: 2024-12-18 13:40
能用就是王道

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作者: brant8    时间: 2024-12-24 11:47
感谢分享

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作者: rqtvqjf    时间: 2024-12-24 12:02
感谢分享

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作者: moshi518    时间: 2025-1-10 22:01
学习了，感谢

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作者: youxia1220    时间: 2025-1-10 22:14
难怪没有esp分区，Windows所在分区没有efi文件夹也能启动了。

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作者: liaimin123    时间: 2025-2-10 08:39
感谢回答！

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作者: 农村户口_1201    时间: 2025-2-11 13:25

hilsonma 发表于 2024-8-12 06:10
用bootice查看一下UEFI启动序列就知道了
象我的技嘉450MG主板，原来不支持ntfs开机的的，升级l固件后， ...

这里查看到的信息是不是就是nvram信息？

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作者: iaanqrm    时间: 2025-2-11 13:59

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作者: hilsonma    时间: 2025-2-11 16:07

农村户口_1201 发表于 2025-2-11 13:25
这里查看到的信息是不是就是nvram信息？

是的，但只是其中一部分：就是启动序列这一部分。
相当于 bcdedit /enum firmware 所显示的这部分内容。

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作者: 农村户口_1201    时间: 2025-2-11 23:35
C:\Windows\system32>bcdedit.exe /enum FIRMWARE

固件启动管理器
---------------------
标识符                  {fwbootmgr}
displayorder            {bootmgr}
                        {af51f5d4-a7f5-11ee-b299-806e6f6e6963}
                        {af51f5d5-a7f5-11ee-b299-806e6f6e6963}
                        {af51f5d6-a7f5-11ee-b299-806e6f6e6963}
                        {6424e130-e493-11ef-b3dd-004238abce1b}
timeout                 0

Windows 启动管理器
--------------------
标识符                  {bootmgr}
device                  partition=\Device\HarddiskVolume1
path                    \EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi
description             Windows Boot Manager
locale                  zh-CN
inherit                 {globalsettings}
default                 {current}
resumeobject            {7c6ec704-a72c-11ee-baac-c33f0ff2b95b}
displayorder            {current}
                        {75a33506-1284-42df-8be0-cdff7e8620a6}
toolsdisplayorder       {memdiag}
timeout                 30

固件应用程序(101fffff)
-------------------------------
标识符                  {6424e130-e493-11ef-b3dd-004238abce1b}
device                  partition=\Device\HarddiskVolume1
path                    \EFI\refind\refind_x64.efi
description             rEFInd Boot Manager

固件应用程序(101fffff)
-------------------------------
标识符                  {af51f5d4-a7f5-11ee-b299-806e6f6e6963}
description             EFI USB Device

固件应用程序(101fffff)
-------------------------------
标识符                  {af51f5d5-a7f5-11ee-b299-806e6f6e6963}
description             EFI DVD/CDROM

固件应用程序(101fffff)
-------------------------------
标识符                  {af51f5d6-a7f5-11ee-b299-806e6f6e6963}
description             EFI Network

我这是不是厂商太霸道，故意把Windows Boot Manager设成默认的，固件是不是应该为Bootx64.efi?

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作者: youxia1220    时间: 2025-2-11 23:54
谢谢分享

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作者: hilsonma    时间: 2025-2-12 06:07

农村户口_1201 发表于 2025-2-11 23:35
C:\Windows\system32>bcdedit.exe /enum FIRMWARE

固件启动管理器

这个倒不是。
在没有指定的情况下，固件识别的是 \EFI\Boot\Bootx64.efi
但一般安装程序在安装操作系统的时候，都会指定了默认启动是该操作系统的引导
如果不这样指定反而是安装程序的问题。
你想，安装了操作系统，结果重启没有进入这个系统，这是不是安装有问题？

所以，安装windows的时候，一般都会设置默认启动是{bootmgr}，也就是Windows Boot Manager，路径是 \EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi
在你上面就有显示
标识符  {bootmgr}
path  \EFI\Micrfosoft\Boot\bootmgfw.efi
description  Windows Boot Manager

description 就是菜单标题
在bootice中就是显示菜单标题的，比较直观
而bcdedit /enum firmware 显示的是标识符 (guid)

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作者: 农村户口_1201    时间: 2025-2-12 08:18

hilsonma 发表于 2025-2-12 06:07
这个倒不是。
在没有指定的情况下，固件识别的是 \EFI\Boot\Bootx64.efi
但一般安装程序在安装操作系统 ...

非常感谢大佬的分享

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作者: liangda    时间: 2025-2-27 14:39
学习了，谢谢！

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作者: ahh    时间: 2025-2-27 14:43
好东西，学习了

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作者: wavelu    时间: 2025-2-27 18:28
看得有点费劲，无非就是优先和默认的区别。很多笔电默认就是Windows，所以优先启动/EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi，然后才会考虑默认的/EFI/BOOT/bootx64.efi（32位，bootia32.efi）文件。至于Linux等少数系统，也都是通过bootx64.efi链式启动跳转到grubx64.efi，有些linux比如Ubuntu会自己添加默认的启动项，防止bootx64.efi被抢占。

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作者: rollsroys    时间: 2025-3-11 20:37

dayeye 发表于 2024-8-3 13:02
我怀疑我的笔记本没有efi文件也可以启动，（删除EFI\Boot文件夹，同时删除EFI\Microsoft\Boot下的bootmgfw. ...

用xorboot看一下efi启动序列就清楚了，可能有重复的bootmgfm.efi

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作者: softwarezheng1    时间: 2025-3-24 21:26
原来UEFI是这样子启动系统的，真是学到了，也赚到了

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作者: stiggg    时间: 2025-5-18 15:08
学习一下。

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作者: zhou116yan    时间: 2025-5-18 15:17
谢谢分享

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作者: sqg333    时间: 2025-5-18 15:39
看了就知道了解的更多了。

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作者: 2011whp    时间: 2025-5-22 13:12
近几年的 电脑 能用  uefishell的  bcfg  加驱动 和序列

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作者: wahmlt321    时间: 2025-5-24 07:56
谢谢分享

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作者: Q646643964    时间: 2025-5-29 10:33
感谢楼主分享

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作者: neartree    时间: 2025-5-30 22:39
NVRAM中有没有可能除了列表，还有可执行的.efi文件存在？

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作者: phwike    时间: 2025-5-31 11:11
感谢分享，虽然没看懂

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作者: z_wd    时间: 2025-6-6 21:49

感谢分享

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