大部分PC机仍然使用BIOS引导,默认(通用)的引导加载器(boot loader)。BIOS是一种类型的固件,提供一些简单的菜单项,用户通过这写菜单项可以修改主板参数、引导设备顺序等内容。固件(firmware)可以看做一种软件,这种软件被写入芯片,所以是“固化”的。固件代码本身可以保存在只读存储器(ROM)中。也可保存在可编程只读存储器(PROM)或者电可擦除只读存储器(EEPROM)中,后两种形式更为常见。
- 自诊断程序:通过读取CMOS中的硬件配置,并对其自检和初始化
- CMOS设置程序:引导过程中,用特殊热键启动,进行设置后,存入CMOS RAM中
- 系统自举装载程序(bootstrap):在自检成功后将磁盘相对0道0扇区上的引导程序装入内存运行
- 主要I/O设置的驱动程序和中断服务
BIOS和固件的功能是一样的:加载一些基本的自举(bootstrap)代码给CPU执行。自举程序和BIOS或者固件的职责是:初始化硬件、检测硬件、定位这些引导设备、执行引导加载器程序;引导加载器程序的职责是:寻找选择的操作系统、将所有必要的命令行参数传递给操作系统内核。
传统的BIOS引导操作系统(Windows)如下图:
计算机开机后,固化在ROM中的BIOS会被加载到内存运行,BIOS自检完毕后就会加载COMS的参数,通过COMS的参数,BIOS加载启动磁盘的MBR到内存运行。通过运行MBR的代码,记录在MBR分区表中,标记为活动分区的磁盘分区PBR(Partition Boot Record)被加载到内存运行,PBR在运行后可加载操作系统加载器(如Windows的bootmgr)的代码到内存运行,操作系统加载器可加载操作系统内核到内存运行,进而完成BIOS的引导流程。
EFI(Extensible Firmware Interface)是一种取代传统BIOS的技术。BIOS是一个固定的程序,而且通常是封闭的。EFI是一个全功能的运行时系统,在引导期间提供了更为强大的接口,甚至在之后的运行时也提供了接口,EFI程序通常是引导加载器。EFI程序实际上是一个二进制程序。
EFI的一般由一下几部分组成:
- Pre-EFI初始化模块
- EFI驱动执行环境
- EFI驱动程序
- 兼容性支持模块(CSM)
- EFI高层应用
- GUID磁盘分区
NVRAM是固件接口中一个非常强大的功能,而且这显然是BIOS没有的功能,NARAM变量是在系统范围内存在的,操作系统和固件本身都可以访问。一般来说。NVRAM变量可以分为以下几类:
- 引导相关的变量:用于指定要引导的内核和根文件系统,还负责向内核传递参数。
- 固件内部变量:固件使用的变量,一般被操作系统忽略
- 临时变量:根据需要设置或清空,通常在重新引导的时候不会保留
EFI引导操作系统(Windows)过程如下图:
计算机开机后,就会加载固化在只读存储器RAM中的pre-EFI初始化程序,进行主桥及存储器的初始化工作,紧接着载入EFI驱动执行环境(DXE),EFI驱动会被相继加载及初始化,接着加载、启动EFI系统,在EFI系统启动后,GUID分区表就会被识别,之后EFI系统通过加载 NVRAM的参数来决定是否启动BootCamp程序(苹果双重引导的解决方案),不启动BootCamp程序就会启动启动装载程序(Boot Loader)加载操作系统内核,完成EFI的引导流程。
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