该文译自 Adam Willianson 的 “UEFI boot:how does that actually work, then?”
又是 AdamW 文章时间了！如果你是想找简短而生动的文章，请到别处。
Kamil Paral 友好地提示我，我是一名狂热的纸制化着。时刻注意自己有什么问题。
对行业大众的重要注解： 这篇博客只针对普通大众：目的是消除一些普通神话和帮助普通大众更好的理解 UEFI。这不是低级的完全的详细描述也不能保证 100% 技术上准确的解释，我不是一名专业的固件工程师或者类似的人。如果你实际上是在构建操作系统或者其他的东西，请不要依赖我的简单说明或者向我请求帮助；我只是互联网上的白痴。如果你想做善事并且有钱的话，加入 UEFI 论坛询问您的供应商或检查您的参考实施或其他。如果你没有钱，那就问你有经验的同事，好的。重要注解结束
也许你已经在网上读了很多关于 UEFI 的文章了。这里有一点很重要的信息你应该知道：它们 95% 的都是垃圾。如果你想知道关于 UEFI，或者拓展关于 UEFI 规范以外的知识，mig59’s blog 和一些看起来可靠的相关人员 - Rod Smith, Peter Jones，Chris Murphy 和一些相对较少的文档，这些 OS 的开发人员实际上知道 UEFI 到底做了什么。你所认为你认识像误解的混合毒药，误解、半真相、炒作和彻底的谎言。所以你应该完全忘了它们。
好的，我们已经走上正道了。我最想讨论的就是引导加载了，因为那是对于大多数人最重要的固件，一些网站一直发一些误解的东西并且引起人们的误解。
术语
首先，让我们摆脱一些术语。BIOS 和 UEFI 都是计算机的固件。BISO 类型的固件（大多数）仅在 IBM PC 兼容计算机上找到。UEFI 相对来说更大通用，可以在非 IMB 兼容计算机上找到。UEFI
你不能有 ‘UEFI BIOS’，也没有 ‘UEFI BIOS‘。请千万不要说 ‘UEFI BIOS’. BIOS 并非所有 PC 固件的通用术语。它只是 PC 固件的一种类型。你的计算机有一个固件。如果它是 IBM PC 兼容计算机，几乎可以肯定是一个 BIOS 或者 UEFI 固件。如果你正在跑 Coreboot，先生/女士祝贺您，您是个例外，你应该为你自己感到自豪。
安全启动和 UEFI 并非是一个事。千万不要交换使用这些术语。安全系统是 UEFI 规范里一个单独有效的可选项，在 UEFI 规范的版本 2.2 中添加。稍后我再确切的讨论它是什么，但是现在，只需要记住它和 UEFI 不是一样东西。你需要明白安全启动是什么，UEFI 是什么，任何时间你应该知道你自己在说什么。我们先来说 UEFI，后面我们再说安全启动作为 UEFI 的拓展，因为基本上就是这样。
奖金历史记录：UEFI 不是微软发明，不被它控制，并且从未被微软控制。它的前生和基础，EFI 是英特尔开发并推行的。UEFI 被UEFI 联盟管理。微软是 UEFI 联盟成员之一。还有红帽、苹果还有很多主要的 PC 厂家，英特尔（很明显）、AMD、和其他主要的次要的硬件软件公司和组织的清单。这是一个广泛的共识规范，和一大堆必要的麻烦，这些我们后面再单独讲。这不是任何一家公司的 “邪恶之车”。
参考
如果你真正的想理解 UEFI，去读 UEFI 规范是一个很好的办法。你可以这样做，这也很简单。不你用花一分钱，我不是在告诉你阅读是让你最快乐的事情了，因为它不是。但是它会浪费你的时间，你可以在这里找到 UEFI 的官网。你必须确认一些选项，但是你不会把你的灵魂签署给撒旦，不用担心。当我写这些事，当前版本是 2.4 Errata A，那就是这篇文章写的版本。这里没有 BIOS 规范，BIOS 是实事上的标准-它的工作方式与1980年代在实际IBM PC上的工作方式相同。这也是 UEFI 存在的原因之一。
现在，让事情简单点，我们来考虑下两个世界。一个是 IBM PC 兼容计算机世界-以下简称为 PCs - 在 UEFI 和 GPT 存在之前。你们很多人可能对这个世界很熟悉并且可能非常了解。我们来说下在具有 BIOS 固件的 PC 是如何启动的。
BIOS 启动
它有效，实际上是一种非常非常简单的方式。在你老派的 BIOS PC 上，你有一个或者多个是 MBR 的硬盘。这个 MBR 是另一个实事标准；基本上，磁盘的最开始以特定格式描述了磁盘上的分区，包含一个 ‘启动引导’,一段非常小 BIOS 固件知道如何执行的代码，它的任务是启动操作系统。（现代的启动引导通常更大能够包含 MBR 空间和必要使用的多阶段设计，MBR 中的位知道如何从其他位置加载下一阶段，但这对于我们来说并不是现在的重点）。
所有 BIOS 固件都知道，在启动系统的上下文中，是哪个磁盘有操作系统。你，BIOS 基础计算机的所有者，可以告诉 BIOS 固件你要启动的哪个磁盘上的系统。固件不明白这范围以外的事情了。它执行启动引导找到具体硬盘上的 MBR ，就完了。固件再也不会被调用了。
在 BIOS 的世界里，显然所有形式的多重引导都在固件层之上处理。固件层不知道什么是启动引导，或者什么是操作系统。它更不知道分区是什么。所有它能做的只是从磁盘的 MBR 分区执行启动引到程序。您也无法从固件外部配置引导过程。
UEFI 启动：背景
好的，我们已经有 BIOS 世界的基础了。现在让我们看一下在UEFI系统上启动的工作方式。使您不了解这篇文章的细节，也请理解：它完全不同。彻底完全地不同与 BIOS 的启动方式。你不能将你对 BIOS 引导过程来理解 UEFI 启动。你需要知道这是一个完全不同的世界。
这还有一件重要的十需要知道：许多 UEFI 固件实现了某种 BIOS 兼容模式，通常被叫称为 CSM。许多 UEFI 固件能像 BIOS 固件一样启动-它们会找磁盘上的 MBR，并且执行 MBR 里的启动引导，然后将所有内容留给该引导程序。人们有时会错误地将使用此功能称为“禁用 UEFI”，这是语法上的错误。你不能“禁用”你系统上的固件。这是很笨的术语。不要用它，但理解人们真正想说的东西。他们想说 UEFI 固件能以”BIOS 模式“启动系统而不是原生 UEFI 模式。
我将描述下原生 UEFI 启动。如果你有基于 UEFI 系统，其固件具有 BIOS 兼容性功能，并且你决定使用它。那么就启动而言，你可以假装你的系统是基于 BIOS 的，做所有事的方式跟 BIOS 启动方式一样。但是，如果要执行此操作，请确保您始终应用它。我真心强烈不推荐你将 UEFI-原生 与 BIOS-兼容的永久安装操作系统的引导，特别是在相同的磁盘上。这是非常非常糟糕的主意，这会造成你身心痛苦。如果你决定这样做，不要来向我哭。
为了理智，我假设磁盘尺有所短 GPT 分区表，和 EFI FAT32 EFI 系统分区。根据要深入研究这些内容的深度，您可能会发现，并不是严格说来，您可以始终假设在处理UEFI本机启动时将要使用 GPT 磁盘和 EFI FAT32 ESP，但是 UEFI 规范与 GPT 磁盘和 EFI FAT32 ESP 紧密相关，在99％的情况下，这是您要处理的问题。除非你正在使用 Macs，坦白说，Macs 很混乱。
编辑注解: 以下内容（取决于含义和复杂性）在 2014-01-26 经过大量修改，此帖子的初始版本发布后几个小时根据 Peter Jones 的反馈。认为这是 V2.0 版的文章。早期版本以不太准确和混乱的方式编写。
UEFI 原生启动：它背后真正做了什么
好吧，顺便说一句，让我们开始讨论。这就是原生 UEFI 引导实际上是如何工作的。拥有一些高级背景知道可能会有所帮助。
UEFI 在固件级提供了很多基础架构来处理系统启动。它远不及 BIOS 那么简单。不像 BIOS，UEFI 真正地理解，要从不同程度上，磁盘分区、启动引导程序和操作系统等概念。
你可以看一下 BIOS 引导过程，再看一下 UEFI 过程，看 UEFI 流程如何扩展各种位以解决特定问题。
这 BIOS/MBR 查找引导程序的方式非常简陋，当你思考它时。它就像非特别的酱：这是在磁盘头一段极小的空间里包含神奇的代码，它只对系统固件有意义，只能用特殊工具来写它。这种方法存在几个问题。
- 这不方便处理 - 你需要特殊的固件来写 MBR 分区， 也就只有一个办法搞清楚它是什么，dd 出内容然后分析它。
- 如上所述，MBR 它本身没那么大不足以容纳许多现代引导程序。它所做的是安装它们自身的一小部分到 MBR 适当的位置，剩余的空间到磁盘常规 MBR 结束到第一分区开始之的空白空间。这有一个很大的问题（好吧，这整个设计就是个大问题，但是从未注意到），这就是关于第一分区的开始位置没有可靠的约定，因此很难确保会有足够的空间。通常可以认为，没有足够的空间用于某些引导加载程序配置。
- 设计没有提供为选择引导目标（磁盘除外）的任何标准代理层或机制…但是对于人们想选择磁盘意外的引导目标。比如，他们想有个可启动的东西-通常是操作系统-每个磁盘。唯一的方式是这样，在 BIOS/MBR 时间里是引导程序来处理它；但是仍没有一个被广泛认可的约定来完成以正常的方式来完成这些。有许多许多的方法，没有一个可以与其他任何一个互操作，写一个在 OS/OS 安装代理层能干净地处理多重引导问题的工具那太难了。
- 该设计没有提供从磁盘以外的任何东西引导的标准方法。我不想在这篇文章真正的讨论这个问题，但请注意，这是 UEFI 引导的另一个优势：它提供了从例如远程服务器引导的标准方式。
- 没有提供机制可以用于配置高于固件的级别来配置固件的启动行为。
所以你能想象 UEFI 精灵围坐在一起考虑这个问题，并提出了解决方案。取代固件只知道磁盘和每个磁盘上的“魔术”区域-引导加载程序代码可能驻留的位置，UEFI 对于处理启动引导的固件有更多的基础设施。让我们看看它定义的所有与这里相关的东西。
EFI 可执行文件
UEFI 规格定义了一种可执行格式并要求所有 UEFI 固件能够执行这种格式的代码。当您为本机 UEFI 编写引导加载程序时，你将以这种格式编写。这种方式十分简单明了，不需要过多的解释：这是个好东西，现在我们有了一个固件规范真正地定义了固件可执行通用代码格式。
GPT(GUID 分区表)格式
GUID 分区表 格式非常贴符合 UEFI 规范，此外，没有什么特别复杂的或需要过多解释的，这只是规范提供的基础。GPT 只是做分区表的标准-信息在磁盘的头部，它定义了磁盘包含什么分区。它是在许多方面比 MBR/‘MS-DOS’ 做更好的分区标准，UEFI 规范要求符合 UEFI 的固件必须能够解释 GPT（它同样要求能够执行 MBR，为了向后兼容）。所有这些都是有用的基础：这里正在发生的事情是规范正在建立某些功能，固件层以上的所有内容都可以依赖于固件。
EFI 系统分区
实际上，在修订本文时，我确实想将头放在 EFI 系统分区概念上，因为它非常精彩的部分。实际上，”EFI 系统分区“这概念正是回答 MBR 空间“特殊调味料”的问题。正如我们在上面看到的，在磁盘开始时一些未定义的空白空间的概念是“引导加载程序代码所在的位置”，这是一个非常糟糕的设计。EFI 系统分区就是来解决这个问题的。
解决办法是：我们要求固件能够一些具体的文件系统。UEFI 规范要求合格的固件应该能读取 FAT12， FAT 格式的 FAT16 和 FAT32 变体。实际上，它所做的是编篆对那么格式特定的解释，因为他们在 UEFI 被接受时就已经存在了，就是说符合 UEFI 的固件必须能够读这些格式。规范如下：
“被可扩展固件接口支持的文件系统是基于 FAT 文件系统。EFI 定义了明确记录和可测试的 FAT 版本。符合 EFI 规范
