UEFI+GPT与BIOS+MBR详细引导过程及多系统引导原理

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UEFI+GPT与BIOS+MBR详细引导过程及多系统引导原理

UEFI+GPT与BIOS+MBR各自有什么优缺点

uefi,bios主板和mbr,gpt磁盘之间的关系

GPT+UEFI与BIOS+MBR有什么区别

一、UEFI+GPT与BIOS+MBR详细引导过程及多系统引导原理

系统启动的两种引导方式

计算机系统引导方式主要有两种：一种是传统的BIOS模式，另一种是新型UEFI(全称统一的可扩展固件接口)模式。UEFI启动也可以看作是Bios的升级版。不同模式对应不同的磁盘分区类型，BIOS只可以识别MBR分区；而UEFI可同时识别MBR分区和GPT分区，所以在UEFI下可以启动不同磁盘类型中的操作系统。

BIOS芯片

BIOS+MBR引导过程

BIOS引导过程：开机自检>BIOS>MBR(主引导记录)–>DPT(磁盘分区表)>PBR(分区引导记录)> Bootmgr(引导管理器)/NTLDR>BCD(从vista开始的引导配置数据)/boot.ini（XP 引导配置文件）>Winload.exe>内核加载 >windows vista+/windows xp

开机自检，BIOS先要对CPU初始化，然后跳转到BIOS启动处进行POST自检，(此过程如有严重错误，则电脑会用不同的报警声音提醒)，接下来采用读中断的方式加载各种硬件，完成硬件的初始化。读入MBR(主引导记录),MBR主要功能是在分区表(DPT)中寻找可引导的活动分区(也叫激活主分区)，并找到该分区的引导扇区(分区的第一个扇区)中的分区引导记录(PBR)，载入PBR中的启动管理器(bootmgr.exe或NTLDR)。注意：MBR磁盘分区格式下，一个磁盘只允许有一个分区是活动的，因此启动文件(bootmgr、BCD)必须存放在活动的主分区内，这样才能找到系统载入程序。启动管理器读取该分区boot文件夹里的启动配置文本BCD(或根目录下boot.ini)，然后根据启动设置文件定位并加载二级引导载入程序winload.exe来加载OS内核。如果有多个系统，启动配置文件就会有多个启动项，相应的bootmgr也会提供选择菜单，然后则根据用户选择来决定加载哪个系统的Winload(多系统引导选择)。UEFI+GPT 引导过程

UEFI引导过程：开机>UEFI>GPT分区表>ESP分区(也称EFI分区)>\efi\Microsoft\boot\bootmgfw.efi>efi\Microsoft\BCD>\Windows\system32\winload.efi。此过程没有MBR参与。

开机启动自检，执行UEFI初始化模块；UEFI执行后，会进行CPU、北桥、南桥及存储器初始化工作，当这部分设备就绪后，紧接着它就载入UEFI驱动执行环境(Driver Execution Environment，简称DXE)。当DXE被载入时，系统就可以加载硬件设备的UEFI驱动程序了。DXE使用了枚举的方式加载各种总线及设备驱动，UEFI驱动程序可以放置于系统的任何位置，只要保证它可以按顺序被正确枚举。借助这一点，我们可以把众多设备的驱动放置在磁盘的UEFI专用分区中(ESP分区)，当系统正确加载这个磁盘后，这些驱动就可以被读取并应用了。在这个特性的作用下，即使新设备再多，UEFI也可以轻松地一一支持，由此克服了传统BIOS捉襟见肘的情形。UEFI能支持网络设备并轻松联网，原因就在于此。从EFI分区找到启动管理器(\efi\Microsoft\boot\bootmgfw.efi)。启动管理器导入EFI分区BCD文件(efi\Microsoft\BCD)，然后根据其配置内容加载引导加载程序winload.efi(C:\Windows\system32\winload.efi)来加载OS内核。如果BCD中有多个配置项，则会让用户选择要启动的系统。如果有多个系统，启动设置文件就会有多个启动项，相应的bootmgr也会提供选择菜单，然后则根据用户选择来决定加载哪个系统的Winload(多系统引导原理)。

在GPT磁盘格式下，windows系统的启动文件和启动配置文件（bootmgfw.efi、BCD）是存放在一个不可见的FAT格式的分区里的(也叫ESP分区或EFI分区)。

多系统启动原理

多系统启动(以Windows系统为例)中，BIOS+MBR和UEFI+GPT的引导方法基本上是一样的，都是通过启动配置文件(BCD或boot.ini)来显示启动菜单，当用户选中其中某个启动项后，启动管理器会加载不同分区的Winload以启动此分区下的操作系统。

以下是通过BOOTICE修改启动配置文件(BCD)，添加多系统启动项：

名词解释

BIOS：基本输入输出系统(Basic Input Output System)。它是一组固化到计算机主板上一个ROM芯片上的程序，它保存着计算机最重要的基本输入输出的程序、开机后自检程序和系统自启动程序，它可从CMOS中读写系统设置的具体信息。完成硬件的初始化后，开始读入磁盘中的主引导记录(MBR)。

MBR：主引导记录（Master Boot Record）是位于磁盘最前边的一段引导（Loader）代码，主要有启动代码、硬盘分区表和结束标志字三部分组成。它负责磁盘操作系统(DOS)对磁盘进行读写时分区合法性的判别、分区引导信息的定位，硬盘的主引导记录（MBR）是不属于任何一个操作系统的，它先于所有的操作系统而被调入内存，并发挥作用，然后才将控制权交给主分区(活动分区)内的操作系统。

DPT：磁盘分区表(Disk Partition Table)属于主引导记录中的第二部分，占据主引导扇区的64个字节(偏移01BEH--偏移01FDH)，可以对四个分区的信息进行描述，其中每个分区的信息占据16个字节。

PBR：分区引导记录 (Partition Boot Record)可以加载该分区的io.sys (dos / win9x) 或 ntldr(win2000 xp 2003) 或 bootmgr (vista/win2008/win7/win10 )。

bootmgr：启动管理器(Boot Manager)，是在Windows Vista、Windows 7、windows 8/8.1和windows 10中使用的新的启动管理器，以代替Windows NT系列操作系统（Windows XP、Windows 2003）中的启动管理器——NTLDR。

NTLDR：是一个隐藏的、只读的系统文件，位置在系统盘的根目录，功能是读取boot.ini，之后装载所选操作系统。是windows nt 4.0/windows 2000/windows xp/windows server 2003的引导文件。

BCD：启动设置数据(Boot Configuration Data) ,BCD是操作系统中的启动设置数据，在有vista或windows7的多重操作系统中，系统通过bootmgr程序导入BCD文件完成启动菜单的引导。可以在高级 系统设置-启动和故障恢复 中调整开机默认操作系统和等待时间。

boot.ini：启动配置文件，Windows NT、Windows 2000、Windows XP、Windows Server 2003主要依赖Boot.ini文件来确定计算机在引导过程中显示的可供选取的操作系统类别、等待时间等。

UEFI：统一的可扩展固件接口(Unified Extensible Firmware Interface)， 这种接口用于操作系统自动从预启动的操作环境，加载到一种操作系统上。

GPT：GUID磁盘分区表（GUID Partition Table）是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。用于替代BIOS系统存储逻辑块地址和大小信息的主开机纪录(MBR)分区表。

一、UEFI+GPT与BIOS+MBR各自有什么优缺点

链接：

UEFI+GPT最好用64位操作系统。

似乎人人都可以张嘴就说“我懂电脑”，但是总有一些看起来完全不懂但实际上非常基础的东西让“懂”与“不懂”清晰地划清界限。比如UEFI+GPT就是其中之一，那些之前认为自己已经精通电脑的人，遇到这个东西，忽然发现自己连系统都不会装了。 尽管UEFI以及GPT从诞生迄今已经十余年了，但是由于它们的不普及性，导致对于绝大多数人来讲它们是完全陌生的 ，甚至根本就不知道还有这种东西。 但是由于Windows8操作系统的面世，预装Windows8的电脑开始统一采用UEFI+GPT，很多人被迫接触到，感觉就像突然从天上掉下来的东西一样，无所适从，一筹莫展—— “这到底是个什么东西呢？” 一旦出现系统问题，唯一能做的解决办法除了品牌机自带的系统还原，最大能力不过就是把UEFI关闭，把硬盘从GPT再转成MBR，从而彻底毁掉UEFI+GPT的优势，重新回到陈旧落后的BIOS+MBR的系统安装和运行方式上来。

1、GPT能使用大于2.2T的硬盘，MBR不行。支持最大卷为18 EB（1EB=1048576TB）。

2、GPT可以支持无限个分区，微软目前的限定是128个。Linux、ubuntu、macos都能支持这种分区格式。MBR最多4个主分区，超过4个再分区只能通过逻辑分区。

3、GPT分区磁盘有备份分区表来提高分区数据结构的完整性。

4、UEFI + GPT 开机启动更快，开机时跳过外设检测，并且可以实现启动时原生分辨率，搭载固态硬盘开机时间很短，十秒左右。（没有开机硬件自检会稍微快了那么1、2秒）

5、UEFI + GPT 支持Secure Boot。通过保护预启动或预引导进程，抵御bootkit攻击，从而提高安全性。所有在开机时比Windows内核更早加载，实现内核劫持的技术，都可以称之为Bootkit。

6、UEFI BIOS 可用鼠标操作图形界面，不再是枯燥的蓝底白字的英文。（Intel提出，用于取代BIOS）。UEFI的优越特性：可操作性、安全性、兼容性、可扩展性。

BIOS+MBR的系统引导文件可以和系统文件在同一分区的根目录，也可以不与系统文件同一分区，只要系统引导文件所在分区为活动的主分区即可启动操作系统；而UEFI+GPT只能把系统引导文件放置在ESP分区，且操作系统必须在另外的主分区，也就是说，UEFI+GPT强制要求系统启动文件与系统文件必须分离，不在同一分区。

BIOS+MBR一旦系统安装好之后，如果系统引导文件在单独的分区，此分区可以在操作系统中可见，也可以设置此分区为隐藏，系统都可以正常启动；而UEFI+GPT系统引导文件所在的ESP分区在操作系统中为不可见，进入系统后自动隐藏。

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这个是传统的Legacy运行流程：

这个是UEFI运行流程：

对比采用传统BIOS引导启动方式，UEFI BIOS减少了BIOS自检的步骤，节省了时间，从而加快平台的启动。

----------拓展，兴趣就往下读--------------

BIOS和UEFI、MBR和GPT 搭配情况：

（1）BIOS+MBR：可用，可启动系统。最常见！ 这是最传统的，系统都会支持；唯一的缺点就是不支持容量大于2T的硬盘。

（2）BIOS+GPT：可用，但是无法启动系统。 BIOS是可以使用GPT分区表的硬盘来作为资料盘的，但不能引导系统；若电脑同时带有容量小于2T的硬盘和容量大于2T的硬盘，小于2T的可以用MBR分区表安装系统，而大于2T的可以使用GPT分区表来存放资料也没什么问题。但系统须使用64位系统。

BIOS+GPT也是合理的模式，但这种模式下无法启动此硬盘上的系统，而如果只是作为存储盘，则没有什么影响。主硬盘BIOS+MBR装系统、软件，次硬盘BIOS+GPT存储文件，这是很多影音文件发烧友在使用的模式。

（3）UEFI+MBR： 可以把UEFI设置成Legacy模式（传统模式）、打开CSM兼容模块，让其支持传统MBR启动，但纯属瞎折腾，带来的效果同BIOS+MBR。 没有意义。

（4）UEFI+GPT：可用，可启动系统。最常见！未来趋势。 如果要把大于2T的硬盘作为系统盘来安装系统的话，就必须如此。而且系统须使用64位系统，否则无法引导。但系统又不是传统在PE下安装后就能直接使用的，引导还得经过处理才行。UEFI和GPT是相辅相成的。

UEFI+GPT并不能非常有效的提高开机速度（当然，还是有点作用的），网传的X秒启动，大多数是混淆了WIN8/8.1的假关机功能造成的。理性对待UEFI+GPT，这只是一个新模式，不是神话。

二、uefi,bios主板和mbr,gpt磁盘之间的关系

MBR是传统的分区表类型，最大缺点是不支持容量大于2T的硬盘。GPT则弥补了MBR这个缺点，最大支持18EB的硬盘，是基于UEFI使用的磁盘分区架构。
其中，目前所有的Windows系统均支持MBR，但GPT却只有64位系统才能支持。
此外，BIOS只支持MBR引导系统，而GPT仅支持UEFI引导系统。所以，现在电脑的主板大多采用BIOS集成UEFI，或UEFI集成BIOS的方式达到同时兼容MBR和GPT引导系统的目的。

三、GPT+UEFI与BIOS+MBR有什么区别

GPT+UEFI是近年来流行的一种U盘装系统模式，与传统的Bios+MBR相比具有着更好的可操作性、安全性、兼容性、可扩展性等诸多优点，对此U盘启动盘制作工具的UEFI版应运而生，同时还支持GPT分区，但是，GPT+UEFI与BIOS+MBR究竟有什么区别，不少新手表示完全不知所云何物，因此快启动小编整理了以下关于GPT+UEFI与BIOS+MBR一些明显的区别之处:

　　不同点：

　　1、BIOS+MBR安装系统要求硬盘只要存在非隐藏、活动的主分区就可以了;而UEFI+GPT要求硬盘上除了存在ESP分区，还必须存在至少一个主分区;

　　2、BIOS+MBR一旦系统安装好之后，如果系统引导文件在单独的分区，此分区可以在操作系统中可见，也可以设置此分区为隐藏，系统都可以正常启动;而UEFI+GPT系统引导文件所在的ESP分区在操作系统中为不可见;

　　3.BIOS+MBR启动要求的活动的主分区不是唯一固定的，可以任意设定某一分区为活动的主分区，然后MBR就可以通过分区表指引操作系统从此分区启动，也就是说，可以在任意分区(主分区无论是否活动或者扩展分区)安装操作系统，只要存在任意的活动主分区，就可以从此分区启动操作系统;而UEFI+GPT只能把系统引导文件放置在ESP分区;

　　4.BIOS+MBR的系统引导文件可以和系统文件在同一分区的根目录，也可以不与系统文件同一分区，只要系统引导文件所在分区为活动的主分区即可启动操作系统;而UEFI+GPT只能把系统引导文件放置在ESP分区，且操作系统必须在另外的主分区，也就是说，UEFI+GPT强制要求系统启动文件与系统文件必须分离，不在同一分区;

　　5.从上图可知，理论上GPT+UEFI比BIOS+MBR模式的开机速度更快，但事实上并不明显。

　　相同点：

　　1.BIOS+MBR和UEFI+GPT的系统引导文件都可以放置在单独的分区，这一点在上面不同点的第四点可以知晓;

　　2.BIOS+MBR的系统引导文件所在的活动主分区位置不是固定的，可以随意设置任意分区满足此条件，UEFI+GPT的ESP的位置也是可以随意设置的，在硬盘起始位置、中间位置、末尾，都可以，只要分区属性和其中的引导文件正确，就可以引导启动操作系统;

　　3.BIOS+MBR的系统引导文件所在的分区和UEFI+GPT的ESP分区都可以分配任意大小，而不是ESP必须100M;

　　4.BIOS+MBR安装系统所需的非隐藏、活动主分区和UEFI+GPT的系统的ESP分区，都可以同时设置多个，但是即使有多个相同属性的分区，系统安装时安装程序都是自动写入第一个，启动时也都是从第一个启动。

　　(注：使用快启动U盘启动盘GPT下U盘重装系统时也是需要创建ESP分区的，但无需另外创建，只需在GPT分区是将“创建新ESP分区 ”打钩即可自动创建