### UEFI与Legacy引导机制详解
#### 一、概述
随着计算机技术的发展，系统的启动机制也经历了从传统的Legacy BIOS向现代的UEFI过渡的过程。本文将深入探讨EFI（可扩展固件接口）、UEFI（统一可拓展固件接口）以及BIOS（基本输入输出系统）之间的区别，并详细阐述它们的工作原理。
#### 二、EFI与UEFI概念
- **EFI (Extensible Firmware Interface)**: EFI是一种固件接口标准，它取代了传统的BIOS，旨在提供更加灵活、高效的启动和初始化过程。EFI最早由英特尔公司开发，并逐渐成为业界标准。
- **UEFI (Unified Extensible Firmware Interface)**: UEFI是EFI的一种实现形式，它提供了更丰富的功能和服务，包括图形化用户界面、支持大容量磁盘、更快的启动速度等。UEFI是现代计算机中普遍采用的标准。
#### 三、BIOS简介
- **BIOS (Basic Input Output System)**: BIOS是早期计算机中用于连接硬件和软件的一个关键组件。它负责系统的初始化和硬件检测，并提供一个简单的设置界面供用户配置系统参数。BIOS使用的是较旧的技术栈，限制了其功能性和性能。
#### 四、引导机制比较
**1. Legacy BIOS引导**
- **流程**: 通电开机 → BIOS初始化 → BIOS自检 → 寻找活动主分区中的主引导记录 (bootmgr) → 开始引导（包括加载设备驱动等过程）→ 欢迎界面（登录）→ 桌面
- **特点**: 使用MBR分区表，支持的最大磁盘容量为2TB，最多支持4个主分区。
- **引导条件**: 启动盘分区表必须为MBR模式；系统所在分区应为主分区并被标记为活动分区；分区应包含正确的bootmgr版本。
**2. UEFI引导**
- **流程**: 通电开机 → BIOS初始化 → UEFI初始化 → 寻找EFI引导分区中的`bootx64.efi` → 开始引导（包括加载设备驱动等过程）→ 欢迎界面（登录）→ 桌面
- **特点**: 使用GPT分区表，支持更大容量的磁盘和更多分区；引导过程更安全。
- **引导条件**: 启动盘分区表必须为GPT模式；系统盘必须包含一个FAT16/32格式的ESP分区；ESP分区中必须包含正确的EFI引导文件。
#### 五、引导差异
- **肉眼可见的区别**: 在纯Legacy引导模式下，可以看到传统的主板LOGO、DOS界面以及Windows LOGO的加载过程；而在纯UEFI引导模式下，显示的则是更为简洁的LOGO动画直至桌面。
- **键盘示例**: 在UEFI引导模式下，可能遇到无法通过按键进入BIOS的情况，这需要特定的操作才能解决。
#### 六、分区表模式
- **MBR (Master Boot Record)**: 适用于Legacy BIOS模式，支持最大2TB的磁盘和最多4个主分区。
- **GPT (GUID Partition Table)**: 适用于UEFI模式，支持更大容量的磁盘和更多的分区。GPT模式下，磁盘包含两个额外的隐藏分区：ESP分区（EFI引导分区）和MSR分区（微软保留分区）。
#### 七、自检
- **POST (Power-On Self Test)**: 在启动过程中，系统会进行自检以确保硬件正常工作。在Legacy模式下，自检完成后会通过固件命令寻找启动设备，并将权限交给MBR进行后续操作；而在UEFI模式下，则通过查找EFI引导分区来完成引导。
#### 八、引导方式原理
**1. Legacy Boot引导**
- **原理**: 通过POST自检检查硬件，并通过固件命令寻找启动设备。从MBR加载第一个扇区，将引导程序装入RAM中运行。MBR拿到权限后寻找活动主分区中的PBR（分区引导记录），再根据操作系统版本找到对应的引导程序。
**2. EFI Boot引导**
- **原理**: 通过ESP分区中的EFI可执行程序（如`bootx64.efi`）进行引导。这些程序可以直接通过UEFI固件访问并运行，从而加载操作系统。
#### 九、启动菜单
- **UEFI Metro菜单**: Win10和8.1双系统中，默认启动8.1，开机后立即显示LOGO，直到完成引导后才会出现Metro菜单。
- **Legacy DOS菜单**: XP和Win7双系统中，无论默认哪个系统，自检结束后都会进入DOS菜单，用户从中选择要启动的系统。
- **UEFI DOS菜单**: 类似的，Win10和8.1双系统在自检结束后也会进入DOS菜单，用户选择系统进行启动。
#### 十、兼容性支持模板 (CSM)
- **老式主板**: 通常只支持Legacy BIOS。
- **支持UEFI的主板**: 支持多种模式，包括纯Legacy、纯UEFI或两者共存模式。通过CSM功能可以在UEFI模式下兼容Legacy设备。
#### 十一、安全启动 (Secure Boot)
- **Secure Boot**: 是一种安全性特性，用于验证启动过程中的每个组件是否来自可信来源。为了完全启用Secure Boot，系统必须处于纯UEFI模式，并关闭CSM。
通过以上分析可以看出，UEFI相较于Legacy BIOS具有明显的优势，不仅提升了系统的启动速度，还增强了系统的安全性和兼容性。对于现代计算机来说，UEFI已经成为主流标准，而Legacy BIOS则逐渐被淘汰。
