UEFI、BIOS、GPT、MBR等概念的辨析


(本文轉移自本人的舊博客)

從各個地方包括知乎,Wiki,CSDN搜索到的一些整理,這些概念極易混淆。

先說互相的關系

  1. BIOS和UEFI是兩種固件接口標准
  2. MBR和GPT是兩種分區表
  3. Legacy模式和UEFI模式是兩種啟動模式

然后說概念

BIOS

IBM推出的業界標准的固件接口,存儲於主板的ROM/EEPROM/flash中,提供的功能包括:

開機自檢
加載引導程序(MBR中的,通常是bootloader的第一級)
向OS提供抽象的硬件接口

PS:CMOS是PC上的另一個重要的存儲器,用於保存BIOS的設置結果,CMOS是RAM。

UEFI

Unified Extensible Firmware Interface,架設在系統固件之上的軟件接口,用於替代BIOS接口,EFI是UEFI的前稱。

一般認為,UEFI由以下幾個部分組成:

Pre-EFI初始化模塊
EFI驅動程序執行環境(DXE)
EFI驅動程序
兼容性支持模塊(CSM)
EFI高層應用
GUID磁盤分區表(GPT)

通常初始化模塊和DXE被集成在一個ROM中;EFI驅動程序一般在設備的ROM中,或者ESP中;EFI高層應用一般在ESP中。CSM用於給不具備UEFI引導能力的操作系統提供類似於傳統BIOS的系統服務。

MBR分區表

傳統的分區方案(稱為MBR分區方案)是將分區信息保存到磁盤的第一個扇區(MBR扇區)中的64個字節中,每個分區項占用16個字節,這16個字節中存有活動狀態標志、文件系統標識、起止柱面號、磁頭號、扇區號、隱含扇區數目(4個字節)、分區總扇區數目(4個字節)等內容。由於MBR扇區只有64個字節用於分區表,所以只能記錄4個分區的信息。這就是硬盤主分區數目不能超過4個的原因。后來為了支持更多的分區,引入了擴展分區及邏輯分區的概念。但每個分區項仍用16個字節存儲。

主分區數目不能超過4個的限制,很多時候,4個主分區並不能滿足需要。另外最關鍵的是MBR分區方案無法支持超過2TB容量的磁盤。因為這一方案用4個字節存儲分區的總扇區數,最大能表示2的32次方的扇區個數,按每扇區512字節計算,每個分區最大不能超過2TB。磁盤容量超過2TB以后,分區的起始位置也就無法表示了。在硬盤容量突飛猛進的今天,2TB的限制早已被突破。由此可見,MBR分區方案現在已經無法再滿足需要了。

GPT分區表

一種由基於 Itanium 計算機中的可擴展固件接口 (EFI) 使用的磁盤分區架構。與主啟動記錄(MBR) 分區方法相比,GPT 具有更多的優點,因為它允許每個磁盤有多達 128 個分區,支持高達 18 千兆兆字節的卷大小,允許將主磁盤分區表和備份磁盤分區表用於冗余,還支持唯一的磁盤和分區 ID (GUID)。  

GUID 分區表 (GPT) 磁盤分區樣式支持最大卷為 18 EB(exabytes,1EB=1024PB,1PB=1024TB,1TB=1024GB,1GB=1024MB,1MB=1024KB。18EB=19 327 352 832GB) 並且每磁盤最多有 128 個分區。

與 MBR 分區的磁盤不同,至關重要的平台操作數據位於分區,而不是位於非分區或隱藏扇區。另外,GPT 分區磁盤有多余的主要及備份分區表來提高分區數據結構的完整性。

Legacy mode

即通過MBR/BIOS進行引導的傳統模式,流程如下:

BIOS加電自檢(Power On Self Test -- POST)。
讀取主引導記錄(MBR)。BIOS根據CMOS中的設置依次檢查啟動設備:將相應啟動設備的第一個扇區(也就是MBR扇區)讀入內存。
檢查MBR的結束標志位是否等於55AAH,若不等於則轉去嘗試其他啟動設備,如果沒有啟動設備滿足要求則顯示"NO ROM BASIC"然后死機。
當檢測到有啟動設備滿足要求后,BIOS將控制權交給相應啟動設備的MBR。
根據MBR中的引導代碼啟動引導程序。

UEFI mode

UEFI啟動不依賴於Boot Sector(比如MBR),大致流程如下:

Pre-EFI初始化模塊運行,自檢
加載DXE(EFI驅動程序執行環境),枚舉並加載EFI驅動程序(設備ROM或ESP中)
找到ESP中的引導程序,通過其引導操作系統。

易混淆的點

  1. Legacy mode=BIOS + MBR分區表;UEFI mode=UEFI + GPT分區表
  2. GUID並不是針對於GPT的一個名詞,在 Windows 平台上,GUID 廣泛應用於微軟的產品中,用於標識如注冊表項、類及接口標識、數據庫、系統目錄等對象。
  3. 現在常見的主板都能包括BIOS和UEFI兩種標准,並提供兩種啟動模式
  4. Legacy+MBR模式可以安裝任何系統,支持磁盤分區為MBR結構,也就是說必須要有主分區,且主分區必須要有系統;而UFEI+GPT只支持64位系統,磁盤分區必須為GPT結構,也就是說esp分區必須有引導文件。
  5. win7在使用UEFI啟動安裝時會出現很多問題,但是並非不能安裝


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