真正的UEFI启动逻辑

plutoshen

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

1. def 从EFI文件启动(文件路径):
   
2.     根据文件路径加载EFI文件
   
3.     if 开启了SecureBoot功能:
   
4.         if not SecureBoot校验通过:
   
5.             启动失败报错退出 # 一般可以在屏幕上看到错误信息
   
6.     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
   
7. 
   
8. def 从存储设备启动(存储设备):
   
9.     # 可以是是GPT分区，也可以是MBR分区
   
10.     for 分区 in 存储设备:
    
11.         # 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
    
12.         if 分区类型 == EFI系统分区:
    
13.             # 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/
    
14.             # 对于非x86_64类型的硬件，默认路径也有差异
    
15.             if 分区根目录下存在"\EFI\Boot\Bootx64.efi"文件:
    
16.                 从EFI文件启动(分区索引 + 该文件在分区下路径)
    
17. 
    
18. def 从EFI启动项启动(启动项):
    
19.     if 该启动项指向的是一个EFI文件路径:
    
20.         从EFI文件启动(启动项所指文件路径)
    
21.     elif 启动项指向的是一个存储设备:
    
22.         从存储设备启动(启动项所指设备)
    
23. 
    
24. def 启动():
    
25.     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
    
26.     if 用户无操控:
    
27.         for 启动项 in 启动顺序表:
    
28.             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
    
29.     else:
    
30.         根据启动顺序表选择界面
    
31.         if 用户选择了一个启动项:
    
32.             # 这对应了手动从列表中选择一个启动设备
    
33.             从EFI启动项启动(启动项)
    
34.         elif 用户手动选择了一个具体的EFI文件:
    
35.             # 这对应了手动浏览EFI分区并选择某一个具体的文件
    
36.             从EFI文件启动(文件路径)
    
37.     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
    
38. 
    
39. 
    
40. 硬件扫描和准备
    
41. 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。

xpzzj

涨知识了，多谢楼主分享及各位大佬的回复

zsr

厉害，又学到了

zsr

感谢，收获了无上的知识

bixueqingchi

1. 为啥删了 EFI 分区里的 \EFI\BOOT 文件夹，电脑还能正常启动？
因为 NVRAM 里的启动项根本没指向这个文件夹！它直接指向 Windows 或 Linux 自己的启动文件目录（比如 \EFI\Microsoft 或 \EFI\ubuntu）。\EFI\BOOT 里的文件只是个 “备胎”—— 只有当你直接选设备启动，且 NVRAM 里没对应启动项时，才会用到这个备胎。
2. 为啥换了主板，就只能进 Windows 了？
因为 NVRAM 在主板上！换主板等于换了一块新的 “永久记忆”，原来的启动项全没了。而新主板可能会自动检测硬盘里的 Windows 启动文件，自动加个启动项；Linux 没这待遇，所以就只能进 Windows 了。想恢复 Linux 启动项，得用 Linux 引导盘进系统，再用 efibootmgr 命令修复。
3. 为啥先装 Linux 再装 Windows，就看不到 Linux 的启动项了？
不是看不到，是 Windows 装完后，把自己的启动项设成了 NVRAM 里的第一优先级，电脑开机直接进 Windows，根本不给 Linux 露脸的机会。解决办法很简单：进 BIOS 调启动项顺序，把 Linux 调到前面；或者进 Windows 用工具改，根本不用像有些教程说的 “必须先装 Windows”，纯属没必要。

0070317

解决了我困扰许久的问题学习了！感谢分享！

it323

学习了！感谢分享！

2012_dice

解决了我困扰许久的问题

yfx1

知识渊博啊

wqsohu

谢谢分享

ql1307096

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. ...

不用怀疑，有些引导程序确实不需要efi也能启动系统，比如我电脑的主引导用的是xorboot，直接用它来引导别的分区的win系统，或者引导windows的vhd文件都不成问题，此时我的esp分区中只有一个xorboot的efi文件和它的配置文件。

ashchen

有个疑问，能否启动vhdx里虚拟的esp分区内的efi引导文件

tzblue

感谢分享！我慢慢看

konataizumi

伪代码？

wsj999

感谢分享

进士小站

特意前来学习

wsj999

学习一下

z_wd

感谢分享

phwike

感谢分享，虽然没看懂

neartree

NVRAM中有没有可能除了列表，还有可执行的.efi文件存在？

Q646643964

感谢楼主分享

wahmlt321

谢谢分享

2011whp

近几年的 电脑 能用  uefishell的  bcfg  加驱动 和序列

sqg333

看了就知道了解的更多了。

zhou116yan

谢谢分享

stiggg

学习一下。

softwarezheng1

原来UEFI是这样子启动系统的，真是学到了，也赚到了

rollsroys

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. ...

用xorboot看一下efi启动序列就清楚了，可能有重复的bootmgfm.efi

wavelu

看得有点费劲，无非就是优先和默认的区别。很多笔电默认就是Windows，所以优先启动/EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi，然后才会考虑默认的/EFI/BOOT/bootx64.efi（32位，bootia32.efi）文件。至于Linux等少数系统，也都是通过bootx64.efi链式启动跳转到grubx64.efi，有些linux比如Ubuntu会自己添加默认的启动项，防止bootx64.efi被抢占。

ahh

好东西，学习了

liangda

学习了，谢谢！