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EFI和GPT分区组合介绍

微机原理 彭东稳 8668次浏览 已收录 0个评论

BIOSEFI

BIOS

BIOS(Basic Input/Output System—基本输入输出系统)。BIOS可以视为是一个永久地记录在ROM中的一个软件,是操作系统输入输出管理系统的一部分。它包括post自检程序,基本启动程序,基本的硬件驱动程序等。主要用来负责机器的启动和系统中重要硬件的控制和驱动,并为高层软件提供基层调用。因ROM中主要存储的就是BIOS,因此,也可混称为ROM BIOS,或系统ROM BIOS。此外,操作系统还在硬盘上存储了一个重要文件IO.SYS—输入输出接口模块,主要提供操作系统与硬件的接口,并扩充了ROM BIOS的某些功能。

早期的ROM BIOS芯片确实是只读的,里面的内容是用一种烧录器写入的,一旦写入,就不能更改,除非更换芯片,现在的主机板都使用一种叫Flash EPROM的芯片来存储系统BIOS,里面的内容可通过使用主板厂商提供的擦写程序擦除后重新写入,这样就给用户升级BIOS提供了极大的.

BIOS,几乎和PC有着同样的寿命,当年康柏第一台“克隆”PC诞生的时候,它为了简化启动的设置,引入了固化程序的概念,在启动时负责将PC初始化,然后再将控制权交给磁盘上的操作系统。而今天,“康柏”这个品牌已经消失,而BIOS却作为无心插柳柳成荫之作,延续至今。

风华已去,佳人已老,BIOS在十几年的守护中,一步步逐渐落后于硬件的发展,趋于落寞,垂垂老暮。BIOSPC启动时,将PC初始化,然后控制权交给磁盘上的操作系统,在后面的阶段,用户的感觉是在通过操作系统直接和硬件对话,可实际上,操作系统想要与硬件进行沟通,仍然必须通过BIOS

现有的BIOS不但在工作方式存在令人不满之处,在工作能力上,也令人颇有微词。BIOS发展到现在,用来存放BIOS程序的芯片最大不过2Mb,换成实际字节就是256KB,面对这个数值,即使你想为BIOS编写一些新的功能,BIOS芯片中也不会有足够的空间让你写入。这也是BIOS这十几年来一直停滞不前的原因之一。

所以BIOS经过了这些年的辉煌期,已经逐渐脱离了时代的发展,成为了PC功能和性能进一步提升的瓶颈,只有寻求BIOS的接任者。而BIOS,必将在璀璨光环的环绕中,落下帷幕,成为历史的记录。

 

EFI

EFI,可扩展固件接口,英文名Extensible Firmware Interface 的缩写,是英特尔一个主导个人电脑技术研发的公司推出的一种在未来的类PC的电脑系统中替代BIOS的升级方案。

EFI在开机时的作用和BIOS一样,就是初始化PC,但在细节上却又不一样。BIOSPC的初始化,只是按照一定的顺序对硬件通电,简单地检查硬件是否能工作,而EFI不但检查硬件的完好性,还会加载硬件在EFI中的驱动程序,不用操作系统负责驱动的加载工作。 EFI的最革命之处,是颠覆了BIOS的界面概念,让操作界面和Windows一样易于上手。在EFI的操作界面中,鼠标成为了替代键盘的输入工具,各功能调节的模块也做的和Windows程序一样,可以说,EFI就是一个小型化的Windows系统。如图:

EFI和GPT分区组合介绍

对于操作系统来说,如果主板使用的是BIOS,那么操作系统就必须面对所有的硬件,大到主板显卡,小到鼠标键盘,每次重装系统或者系统升级,都必须手动安装新的驱动,否则硬件很可能无法正常工作。而基于EFI的主板则方便很多,因为EFI架构使用的驱动基于EFI Byte CodeEFI Byte Code有些类似于Java的中间代码,并不由CPU直接执行操作,而是需要EFI层进行翻译。对于不同的操作系统来说,EFI将硬件层很好地保护了起来,所有操作系统看到的,都只是EFI留给EFI Byte Code的程序接口,而EFI Byte Code又直接和WindowsAPI联系,这就意味着无论操作系统是Windows还是Linux,只要有EFI Byte Code支持,只需要一份驱动程序就能吃遍所有操作系统平台。

更为神奇的是,EFI Byte Code驱动还能绕过操作系统,直接安装在EFI环境中,这样对硬件的控制就由EFI层负责,EFI向操作系统直接提供硬件操作的接口,不需要操作系统再调用驱动。这种方式的优点是不需要进入操作系统,只需要进入EFI界面,更新驱动程序就可以完成,而且不需要对每一个操作系统进行驱动升级,只要EFI界面中升级一次,所有上层的操作系统都可以直接调用新的EFI接口。

EFI在开机之始就能够驱动所有的硬件,网络当然也不会例外,所以在EFI的操作界面中,程序可以直接连接上互联网,向外界求助操作系统的维修信息或者在线升级驱动程序。

EFI功能那么强大,那它存放在什么地方?是存放在原来的BIOS芯片中吗?答案当然是NoBIOS芯片只有256KB,远远不够EFI使用。EFI是以小型磁盘分区的形式存放在硬盘上的。EFI的安装,必须在支持EFI功能的主板上,使用光驱引导系统,然后对磁盘进行EFI化的处理,这个处理的过程,主要就是划分EFI独用的磁盘空间。

EFI的存储空间大约为50MB100MB,具体视驱动文件多少而定。在这部分空间中,包含以下几个部分:

1. Pre-EFI初始化模块

2. EFI驱动执行环境

3. EFI驱动程序

4. 兼容性支持模块(CSM

5. EFI高层应用

6. GUID 磁盘分区

在实现中,EFI初始化模块和驱动执行环境通常被集成在一个只读存储器中。Pre-EFI初始化程序在系统开机的时候最先得到执行,它负责最初的CPU、北桥、南桥、内存和硬盘的初始化工作,紧接着载入EFI驱动。当EFI驱动程序被载入运行后,系统便具有控制所有硬件的能力。在EFI规范中,一种突破传统MBR磁盘分区结构限制的GUID磁盘分区系统(GPT)被引入,新结构中,磁盘的分区数不再受限制(在MBR结构下,只能存在4个主分区),并且分区类型将由GUID来表示。在众多的分区类型中,EFI系统分区可以被EFI系统存取,用于存放部分驱动和应用程序。CSM是在x86平台EFI系统中的一个特殊的模块,它将为不具备EFI引导能力的操作系统提供类似于传统BIOS的系统服务。

由于EFI驱动开发简单,所有的硬件厂商都可以参与,为自家的硬件定制最为合适的驱动。基于EFI的驱动模型可以使EFI系统接触到所有的硬件功能,不进入操作操作系统就浏览网站不再是天方夜谭,甚至实现起来也非常简单。这对基于传统BIOS的系统来说是件不可能的任务,在BIOS中添加几个简单的USB设备支持都曾使很多BIOS设计师痛苦万分,更何况除了添加对无数网络硬件的支持外,还得凭空构建一个16位模式下的TCP/IP协议。

EFI的出现,可以说是充分弥补了BIOS原有的不足。因为BIOS过于自信芯片的安全,所以当遇上CIH病毒,启动机制也被完全破坏。而EFI将主要程序文件放在了硬盘上,被破坏了还可以使用光盘进行维修,对操作系统而言,这种“破坏-维修”的方式是完全透明的,不会影响操作系统的使用。虽然看起来EFI更容易受到损坏,但也更为易于修复。

MBRGPT

MBR(master boot record)

传统的分区方案(称为MBR分区方案)是将分区信息保存到磁盘的第一个扇区(MBR扇区)中的64个字节中,每个分区项占用16个字节,这16个字节中存有活动状态标志、文件系统标识、起止柱面号、磁头号、扇区号、隐含扇区数目(4个字节)、分区总扇区数目(4个字节)等内容。由于MBR扇区只有64个字节用于分区表,所以只能记录4个分区的信息。这就是硬盘主分区数目不能超过4个的原因。后来为了支持更多的分区,引入了扩展分区及逻辑分区的概念。但每个分区项仍用16个字节存储。

MBR分区方案不是用得好好的吗?为什么要提出新的方案呢?那就让我们看看MBR分区方案有什么问题。前面已经提到了主分区数目不能超过4个的限制,这是其一,很多时候,4个主分区并不能满足需要。另外最关键的是MBR分区方案无法支持超过2TB容量的磁盘。因为这一方案用4个字节存储分区的总扇区数,最大能表示232次方的扇区个数,按每扇区512字节计算,每个分区最大不能超过2TB。磁盘容量超过2TB以后,分区的起始位置也就无法表示了。在硬盘容量突飞猛进的今天,2TB的限制将很快被突破。由此可见,MBR分区方案已经无法满足需要了。

GPT(GUID Partition Table)

一种由基于 Itanium 计算机中的可扩展固件接口 (EFI) 使用的磁盘分区架构。与主启动记录 (MBR) 分区方法相比,GPT 具有更多的优点,因为它允许每个磁盘有多达 128 个分区,支持高达 18 千兆兆字节的卷大小,允许将主磁盘分区表和备份磁盘分区表用于冗余,还支持唯一的磁盘和分区 ID (GUID)

与支持最大卷为 2 TB (terabytes) 并且每个磁盘最多有 4 个主分区(或 3 个主分区,1 个扩展分区和无限制的逻辑驱动器)的主启动记录 (MBR) 磁盘分区的样式相比,GUID 分区表 (GPT) 磁盘分区样式支持最大卷为 18 EB (exabytes) 并且每磁盘最多有 128 个分区。与 MBR 分区的磁盘不同,至关重要的平台操作数据位于EFI分区,而不是位于非分区或隐藏扇区。另外,GPT 分区磁盘有多余的主要及备份分区表来提高分区数据结构的完整性。

EFI+GPT

虽然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。而每台电脑的具体情况又不尽相同,有时候即使想用BIOS+MBR也不是肯定能成功的。


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