Unified Extensible Firmware Interface (Русский)
Unified Extensible Firmware Interface (или UEFI для краткости) представляет из себя новый тип прошивки, который изначально был разработан Intel (известно было тогда как просто EFI) в основном для систем на базе Itanium. Он вводит новый способ загрузки операционных систем, который отличается от обычного "загрузочного кода MBR" использующийся в BIOS системах. Она началась как Intel EFI в версии 1.x и после группы компании UEFI Forum взяла на себя её дальнейшее развитие и начиная с версии 2.x стала именоваться как Unified EFI. По состоянию на 23 мая 2012 года, спецификация UEFI 2.3.1 является самой последней.
Contents
Загрузка ОС с помощью BIOS
BIOS или Базовая Система Ввода-Вывода - это первая программа, которая выполняется после включения компьютера. После инициализации всего оборудования и завершения самотестирования, BIOS выполняет первый загрузочный код на первом устройстве в списке загрузочных устройств.
Если список начнается с устройства CD/DVD, выполняется запись El-Torito на CD/DVD. Так работают загрузочные CD/DVD. Если список начинается с HDD, BIOS выполняет загрузочный код MBR, находящийся на первых 440байтах. Загрузочный код в свою очередь загружает(chainloads or bootstraps) гораздо более большой и сложный загрузчик, а тот уже загружает ОС
В основном BIOS понятия не имеет как читать таблицу разделов файловой системы. Все, что он делает - это инициализирует оборудование и загружает 440байт загрузочного кода
Мультизагрузка с помощью BIOS
Since very little can be achieved by a program which fits into the 440-byte boot code area, multi-booting using BIOS requires a multi-boot capable bootloader (multi-boot refers to booting multiple operating systems, not to booting a kernel in the Multiboot format specified by the GRUB developers). So usually a common bootloader like GRUB or GRUB2 or Syslinux or LILO would be loaded by the BIOS, and it would load an operating system by either chain-loading or directly loading the kernel.
Загрузка ОС с помощью UEFI
UEFI не поддерживает загрузку вышеописанным методом, который только BIOS-ом и поддерживается. UEFI умеет работать как с таблицами разделов, так и с файловыми системами.
Стандартно используемые версии UEFI имеют поддержку таблиц разделов MBR и GPT. EFI в компьютерах Apple на базе процессоров Intel поддерживают кроме того ещё и Apple Partition Map(Таблицу разделов Apple). Большинство прошивок UEFI поддерживают работу с файловыми системами FAT12(флоппи диски), FAT16 FAT32 на жестких дисках и с файловой системой ISO9660 на CD/DVD дисках. EFI на компьютерах Apple имеют возможность работать кроме описанных ещё и с HFS/HFS+.
UEFI не выполняет никакой код из MBR даже если он есть. Вместо этого используется специальный раздел на жестком диске называемый "EFI SYSTEM PARTITION", на которой и располагаются файлы, которые необходимо запустить для загрузки. Каждый, кому необходимо может хранить необходимые ему загрузочные файлы по следующему пути: <EFI SYSTEM PARTITION>/EFI/<ИМЯ ВЛАДЕЛЬЦА>/. Если Вы имеете вот такую вот директорию, то у Вас появляется уникальная возможность загрузить свои файлы из консоли(UEFI shell). Среди таких файлов может быть Вам приятный загрузчик операционных систем. Обычно UEFI system partition отформатирована с файловой системой FAT32.
Under UEFI, every program whether they are OS loaders or some utilities (like memory testing apps) or recovery tools outside the OS, should be a UEFI Application corresponding to the EFI firmware architecture. Most of the UEFI firmware in the market, including recent Apple Macs use x86_64 EFI firmware. Only some older macs use i386 EFI firmware while no non-Apple UEFI system is known to use i386 EFI firmware.
A x86_64 EFI firmware does not include support for launching 32-bit EFI apps unlike the 64-bit Linux and Windows which include such support. Therefore the bootloader must be compiled for that architecture correctly.
Мультизагрузка с помощью UEFI
Так как каждая операционная система или поставщик, никому не мешая, может сохранять свои собственные файлы в системный раздел EFI, мульти-загрузка с использованием UEFI является лишь вопросом запуска приложения UEFI, соответствующего загрузчику конкретной ОС. Это избавляет от необходимости полагаться на механизм цепочной загрузки (chainloading), заключающейся в передаче управления от boot-менеджера к boot-сектору диска с загружаемой ОС, для переключения операционных систем.
Linux Windows x86_64 UEFI-GPT мультизагрузка
Windows Vista (SP1+) and 7 pr 8 x86_64 versions support booting natively using UEFI firmware. But for this they need GPT partitioning of the disk used for UEFI booting. Windows x86_64 versions support either UEFI-GPT booting or BIOS-MBR booting. Windows 32-bit versions support only BIOS-MBR booting. Follow the instructions provided in the forum link given in the references sections as to how to do this. See http://support.microsoft.com/default.aspx?scid=kb;EN-US;2581408 for more info.
This limitation does not exist in Linux Kernel but rather depends on the bootloader used. For the sake of Windows UEFI booting, the Linux bootloader used should also be installed in UEFI-GPT mode if booting from the same disk.
Процесс загрузки в UEFI
- Система включена - POST проверка.
- Прошивка UEFI загружена.
- Прошивка запускает диспетчер загрузки чтобы определить, какие приложения UEFI будут запущены и откуда (т.е., с каких дисков и разделов).
- Прошивка запускает UEFI приложение с файловой системой FAT32 раздела UEFISYS как это определено в загрузочной записи менеджера загрузки микропрограммы.
- UEFI приложение может запустить другое приложение (в случае UEFI консоли или менеджера загрузки, как rEFInd) или ядро и initramfs (в случае загрузчика как GRUB2) в зависимости от того, как приложение UEFI было настроено.
Определение разрядности прошивки UEFI
Не-Mac системы
Если каталог /sys/firmware/efi
существует, то ядро загружено в режиме EFI. В этом случае UEFI имеет такую же разрядность, как у ядра. (т.е. i686 или x86_64)
Apple Mac
Mac, выпущенные до 2008 года, в основном имеют прошивку i386-efi, а выпущенные в 2008 или позднее - x86_64-efi. Все Mac, способные работать с 64-битным ядром Mac OS X Snow Leopard имеют прошивку x86_64 EFI 1.x.
Чтобы узнать разрядность прошивки EFI в Mac, введите следующую команду в терминале Mac OS X:
ioreg -l -p IODeviceTree | grep firmware-abi
Если команда возвращает значение EFI32, то прошивка IA32 EFI (32-битная), а если значение EFI64 - прошивка x86_64 EFI (64-битная). Большинство Mac не имеют прошивку UEFI 2.x, так как реализация EFI от Apple не полностью совместима со спецификацией UEFI 2.x.
Поддержка UEFI в ядре Linux
Параметры конфигурации ядра Linux для UEFI
The required Linux Kernel configuration options for UEFI systems are :
CONFIG_EFI=y CONFIG_EFI_STUB=y CONFIG_RELOCATABLE=y CONFIG_FB_EFI=y CONFIG_FRAMEBUFFER_CONSOLE=y
UEFI Runtime Variables/Services Support - 'efivars' kernel module . This option is important as this is required to manipulate UEFI Runtime Variables using tools like efibootmgr.
CONFIG_EFI_VARS=m
GUID Partition Table GPT config option - mandatory for UEFI support
CONFIG_EFI_PARTITION=y
Retrieved from http://git.kernel.org/?p=linux/kernel/git/torvalds/linux.git;a=blob_plain;f=Documentation/x86/x86_64/uefi.txt;hb=HEAD .
Переменные для поддержки UEFI
UEFI defines variables through which an operating system can interact with the firmware. UEFI Boot Variables are used by the boot-loader and used by the OS only for early system start-up. UEFI Runtime Variables allow an OS to manage certain setting sof the firmware like the UEFI Boot Manager or managing the keys for UEFI Secure Boot Protocol etc.
Access to UEFI Runtime services is provided by "efivars" kernel module which is enabled through the CONFIG_EFI_VAR=m
kernel config option. This module once loaded exposes the variables under the directory /sys/firnware/efi/vars
. One way to check whether the system has booted in UEFI boot mode is to load the "efivars" kernel module and check for the existence of /sys/firnware/efi/vars
directory with contents similar to :
Sample output (x86_64-UEFI 2.3.1 in x86_64 Kernel): # ls -1 /sys/firmware/efi/vars/ Boot0000-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ BootCurrent-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ BootOptionSupport-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ BootOrder-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ ConIn-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ ConInDev-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ ConOut-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ ConOutDev-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ ErrOutDev-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ Lang-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ LangCodes-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ MTC-eb704011-1402-11d3-8e77-00a0c969723b/ MemoryTypeInformation-4c19049f-4137-4dd3-9c10-8b97a83ffdfa/ PlatformLang-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ PlatformLangCodes-8be4df61-93ca-11d2-aa0d-00e098032b8c/ RTC-378d7b65-8da9-4773-b6e4-a47826a833e1/ del_var new_var
The UEFI Runtime Variables will not be exposed to the OS if you have used "noefi" kernel parameter in the boot-loader menu. This parameter instructs the kernel to completely ignore UEFI Runtime Services.
Пользовательские приложения
There are few tools that can access/modify the UEFI variables, namely
- efibootmgr - Used to create/modify boot entries in the UEFI Boot Manager - efibootmgr or efibootmgr-gitAUR[ссылка недействительна: package not found]
- uefivars - simply dumps the variables - uefivars-gitAUR - uses efibootmgr library
- Ubuntu's Firmware Test Suite - fwts - fwts-gitAUR - uefidump command -
fwts uefidump
Не-Mac UEFI системы
efibootmgr
efibootmgr
command will work only if you have booted the system in UEFI mode itself, since it requires access to UEFI Runtime Variables which are available only in UEFI boot mode (with "noefi" kernel parameter NOT being used).
Initially the user may be required to manually launch the boot-loader from the firmware itself (using maybe the UEFI Shell) if the UEFI boot-loader was installed when the system is booted in BIOS mode. Then efibootmgr
should be run to make the UEFI boot-loader entry as the default entry in the UEFI Boot Manager.
To use efibootmgr, first load the 'efivars' kernel module:
# modprobe efivars
If you get no such device found error for this command, that means you have not booted in UEFI mode or due to some reason the kernel is unable to access UEFI Runtime Variables (noefi?).
Verify whether there are files in /sys/firmware/efi/vars/ directory. This directory and its contents are created by "efivars" kernel module and it will exist only if you have booted in UEFI mode, without the "noefi" kernel parameter.
If /sys/firmware/efi/vars/ directory is empty or does not exist, then efibootmgr
command will not work. If you are unable to make the ISO/CD/DVD/USB boot in UEFI mode try https://gitorious.org/tianocore_uefi_duet_builds/pages/Linux_Windows_BIOS_UEFI_boot_USB.
Assume the boot-loader file to be launched is /boot/efi/efi/arch_grub/grubx64.efi
. /boot/efi/efi/arch_grub/grubx64.efi
can be split up as /boot/efi
and /efi/arch_grub/grubx64.efi
, wherein /boot/efi
is the mountpoint of the UEFI System Partition, which is assumed to be /dev/sdXY (here X and Y are just placeholders for the actual values - eg:- in /dev/sda1 , X=a Y=1).
To determine the actual device path for the UEFI System Partition, try :
# cat /proc/self/mounts | grep /boot/efi | awk '{print $1}' /dev/sdXY
Then create the boot entry using efibootmgr as follows :
# efibootmgr --create --gpt --disk /dev/sdX --part Y --write-signature --label "Arch Linux (GRUB2)" --loader '\EFI\arch_grub\grubx64.efi'
In the above command /boot/efi/efi/arch_grub/grubx64.efi
translates to /boot/efi
and /efi/arch_grub/grubx64.efi
which in turn translate to drive /dev/sdX
-> partition Y -> file /EFI/arch_grub/grubx64.efi
.
UEFI uses backward slash as path separator (similar to Windows paths).
The 'label' is the name of the menu entry shown in the UEFI boot menu. This name is user's choice and does not affect the booting of the system. More info can be obtained from efibootmgr GIT README .
FAT32 filesystem is case-insensitive since it does not use UTF-8 encoding by default. In that case the firmware uses capital 'EFI' instead of small 'efi', therefore using \EFI\arch_grub\grubx64.efi
or \efi\arch_grub\grubx64.efi
does not matter (this will change if the filesystem encoding is UTF-8).
Загрузчики Linux для UEFI
Смотреть UEFI загрузчики.
Создание UEFI раздела в Linux
Для GPT разметки диска
Two choices:
- Using GNU Parted/GParted: Create a FAT32 partition. Set "boot" flag on for that partition.
- Using GPT fdisk (aka gdisk): Create a partition with gdisk type code "EF00". Then format that partition as FAT32 using
mkfs.vfat -F32 /dev/<THAT_PARTITION>
Для MBR разметки диска
Two choices:
- Using GNU Parted/GParted: Create FAT32 partition. Change the type code of that partition to 0xEF using fdisk, cfdisk or sfdisk.
- Using fdisk: Create a partition with partition type 0xEF and format it as FAT32 using
mkfs.vfat -F32 /dev/<THAT_PARTITION>
UEFI консоль
The UEFI Shell is a shell/terminal for the firmware which allows launching uefi applications which include uefi bootloaders. Apart from that, the shell can also be used to obtain various other information about the system or the firmware like memory map (memmap), modifying boot manager variables (bcfg), running partitioning programs (diskpart), loading uefi drivers, editing text files (edit), hexedit etc.
Ссылки для скачивания UEFI консоли
You can download a BSD licensed UEFI Shell from Intel's Tianocore UDK/EDK2 Sourceforge.net project.
- x86_64 UEFI Shell 2.0 (Beta)
- x86_64 UEFI Shell 1.0 (Old)
- i386 UEFI Shell 2.0 (Beta)
- i386 UEFI Shell 1.0 (Old)
Shell 2.0 works only in UEFI 2.3+ systems and is recommended over Shell 1.0 in those systems. Shell 1.0 should work in all UEFI systems irrespective of the spec. version the firmware follows. More info at ShellPkg and this mail
Запуск UEFI консоли
Few Asus and other AMI Aptio x86_64 UEFI firmware based motherboards (from Sandy Bridge onwards) provide an option called "Launch EFI Shell from filesystem device"
. For those motherboards, download the x86_64 UEFI Shell and copy it to your UEFI SYSTEM PARTITION as <UEFI_SYSTEM_PARTITION>/shellx64.efi
(mostly /boot/efi/shellx64.efi
) .
Systems with Phoenix SecureCore Tiano UEFI firmware are known to have embedded UEFI Shell which can be launched using either F6, F11 or F12 key.
Важные команды UEFI консоли
More info at http://software.intel.com/en-us/articles/efi-shells-and-scripting/
bcfg
BCFG command is used to modify the UEFI NVRAM entries, which allow the user to change the boot entries or driver options. This command is described in detail in page 83 (Section 5.3) of "UEFI Shell Specification 2.0" pdf document.
To dump a list of current boot entries -
Shell> bcfg boot dump -v
To add a boot menu entry for grub2's grubx64.efi (for example) as 4th (numbeering starts from zero) option in the boot menu
Shell> bcfg boot add 3 fs0:\EFI\arch\grubx64.efi "Arch Linux (GRUB2)"
where fs0: is the mapping corresponding to the UEFI System Partition and \EFI\arch\grubx64.efi is the file to be launched.
To remove the 4th boot option
Shell> bcfg boot rm 3
To move the boot option #3 to #0 (i.e. 1st or the default entry in the UEFI Boot menu)
Shell> bcfg boot mv 3 0
For bcfg help text
Shell> help bcfg -v -b
or
Shell> bcfg -? -v -b
edit
EDIT command provides a basic text editor with an interface similar to nano text editor, but slightly less functional. It handles UTF-8 encoding and takes care or LF vs CRLF line endings.
To edit, for example grub2's grub.cfg in the UEFI System Partition (fs0: in the firmware)
Shell> fs0: FS0:\> cd \efi\grub FS0:\efi\grub\> edit grub.cfg
Исправление проблем
Windows изменяет порядок загрузки
Допустим, если вы обновились с Windows 8 до Windows 8.1 и вы больше не видите загрузочного меню после этого обновления, (то есть сразу грузится Windows):
- Убедитесь, что как Secure Boot (настраивается в UEFI), так и Fast Startup (настраивается в опциях питания в Windows) отключены.
- Убедитесь, что в вашем UEFI Linux Boot Manager первичнее, чем Windows Boot Manager (настраивается в UEFI настройках, таких как Hard Disk Drive Priority).
Для того, чтобы Windows 8.X не изменяли порядок загрузки, вы должны настроить групповые политики для Windows и выполнить скрипт (.bat) при запуске. В Windows:
- Откройте командную строку с правами администратора. Выполните
bcdedit /enum firmware
- Найдите приложение, в котором в описании "Linux", например "Linux Boot Manager"
- Скопируйте ID, включая скобки, например
{31d0d5f4-22ad-11e5-b30b-806e6f6e6963}
. - Создайте bat-файл (например,
bootorder.bat
) со следующим содержанием:bcdedit /set {fwbootmgr} DEFAULT {скопированный_ID}
(например,bcdedit /set {fwbootmgr} DEFAULT {31d0d5f4-22ad-11e5-b30b-806e6f6e6963}
). - Откройте gpedit и в Local Computer Policy > Computer Configuration > Windows Settings > Scripts(Startup/Shutdown), выберите Startup. Должно открыться окно с заголовком Startup Properties.
- Во вкладке Scripts, нажмите кнопку Add
- Нажмите Browse и выберите созданный bat-файл.
См. также
- Wikipedia's page on UEFI
- Wikipedia's page on UEFI SYSTEM Partition
- Linux Kernel UEFI Documentation
- UEFI Forum - contains the official UEFI Specifications - GUID Partition Table is part of UEFI Specification
- Intel's Tianocore Project for Open-Source UEFI firmware which includes DuetPkg for direct BIOS based booting and OvmfPkg used in QEMU and Oracle VirtualBox
- Intel's page on EFI
- FGA: The EFI boot process
- Microsoft's Windows and GPT FAQ - Contains info on Windows UEFI booting also
- Convert Windows Vista SP1+ or 7 x86_64 boot from BIOS-MBR mode to UEFI-GPT mode without Reinstall
- Create a Linux BIOS+UEFI and Windows x64 BIOS+UEFI bootable USB drive
- Rod Smith - A BIOS to UEFI Transformation
- UEFI Boot problems on some newer machines (LKML)
- EFI Shells and Scripting - Intel Documentation
- UEFI Shell - Intel Documentation
- UEFI Shell - bcfg command info
- Some useful 32-bit UEFI Shell utilities