真正的UEFI启动逻辑

plutoshen · 发表于 2024-8-3 12:37:03

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

def 从EFI文件启动(文件路径):
根据文件路径加载EFI文件
if 开启了SecureBoot功能:
if not SecureBoot校验通过:
启动失败报错退出 # 一般可以在屏幕上看到错误信息
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
def 从存储设备启动(存储设备):
# 可以是是GPT分区，也可以是MBR分区
for 分区 in 存储设备:
# 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
if 分区类型 == EFI系统分区:
# 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/
# 对于非x86_64类型的硬件，默认路径也有差异
if 分区根目录下存在"\EFI\Boot\Bootx64.efi"文件:
从EFI文件启动(分区索引 + 该文件在分区下路径)
def 从EFI启动项启动(启动项):
if 该启动项指向的是一个EFI文件路径:
从EFI文件启动(启动项所指文件路径)
elif 启动项指向的是一个存储设备:
从存储设备启动(启动项所指设备)
def 启动():
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
if 用户无操控:
for 启动项 in 启动顺序表:
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
else:
根据启动顺序表选择界面
if 用户选择了一个启动项:
# 这对应了手动从列表中选择一个启动设备
从EFI启动项启动(启动项)
elif 用户手动选择了一个具体的EFI文件:
# 这对应了手动浏览EFI分区并选择某一个具体的文件
从EFI文件启动(文件路径)
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
硬件扫描和准备
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。

plutoshen · 发表于 2024-8-3 12:39:03

这才是我笔记本上Windows争夺启动优先权的真相。

yyz2191958 · 发表于 2024-8-3 12:43:56

惭愧，我看不懂

dayeye · 发表于 2024-8-3 13:02:16

本帖最后由 dayeye 于 2024-8-3 17:28 编辑

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”。

yc2428 · 发表于 2024-8-3 13:11:15

谢谢分享

ring8511 · 发表于 2024-8-3 13:29:57

这个还真看不懂

2012andyle113 · 发表于 2024-8-3 13:43:40

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

plutoshen · 发表于 2024-8-3 13:45:22

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。

plutoshen · 发表于 2024-8-3 13:47:39

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。

cutebe · 发表于 2024-8-3 14:31:40

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？

waimaggie · 发表于 2024-8-3 14:47:11

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。

cutebe · 发表于 2024-8-3 15:11:53

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！

wang1126 · 发表于 2024-8-3 15:17:36

谢谢分享

ynb168c · 发表于 2024-8-3 15:24:06

谢谢分享

bobo_901 · 发表于 2024-8-3 15:28:49

感谢分享。

wcs · 发表于 2024-8-3 15:42:21

好分享，支持了

wondaol · 发表于 2024-8-3 15:46:43

前来学习

fegr · 发表于 2024-8-3 15:53:04

感谢分享

wwwlhp · 发表于 2024-8-3 16:08:02

多谢分享！！！

13325531750 · 发表于 2024-8-3 16:13:28

感谢分享！进来学习一下。

wn168cn@163.com · 发表于 2024-8-3 18:20:09

谢谢分享

2011medp7060 · 发表于 2024-8-3 18:25:07

学习了！

ldg_2 · 发表于 2024-8-3 18:51:12

学习下，似懂非懂，感谢分享！

hilsonma · 发表于 2024-8-3 19:27:06

本帖最后由 hilsonma 于 2024-8-3 19:30 编辑

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。

plutoshen · 发表于 2024-8-3 19:47:27

最可恨的就是不遵守规范胡来的厂家。

ljm008 · 发表于 2024-8-3 21:13:21

谢谢，学习下

wsdyleon · 发表于 2024-8-4 10:19:45

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。

wintoflash · 发表于 2024-8-4 11:07:59

本帖最后由 wintoflash 于 2024-8-4 11:10 编辑

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。

plutoshen · 发表于 2024-8-4 11:19:18

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。

邪 · 发表于 2024-8-4 11:36:03

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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