UEFI 系统简介

UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，统一可扩展固件接口）是现代计算机的固件标准，用于取代沿用数十年的传统 BIOS。

目录

1. 什么是 UEFI
2. UEFI 与 BIOS 的区别
3. UEFI 的核心组成
4. UEFI 启动流程
5. Secure Boot 安全启动
6. UEFI Shell
7. UEFI 与操作系统的交互
8. 常见 UEFI 设置项说明
9. 常见问题与排查

1. 什么是 UEFI

UEFI 是一种固件规范，定义了操作系统与平台固件之间的软件接口。它存储在主板上的 SPI Flash 芯片中，是计算机上电后最先运行的程序，负责：

• 初始化 CPU、内存、总线等核心硬件
• 进行 POST（Power-On Self Test，上电自检）
• 加载并移交控制权给操作系统引导程序

UEFI 最初由 Intel 开发（前身为 EFI，用于 Itanium 架构），2005 年移交给 UEFI Forum 维护。目前最新规范为 UEFI 2.10（2022 年发布）。

2. UEFI 与 BIOS 的区别

3. UEFI 的核心组成

3.1 固件核心（PI 阶段）

UEFI 规范中，固件启动分为以下阶段：

SEC（安全验证）→ PEI（预 EFI 初始化）→ DXE（驱动执行环境）→ BDS（启动设备选择）→ TSL/RT（系统加载 / 运行时服务）

3.2 UEFI 服务

UEFI 向操作系统暴露两类服务：

• Boot Services（引导服务）：内存分配、协议接口、事件模型等，操作系统接管后失效。
• Runtime Services（运行时服务）：时间读写、NVRAM 变量访问、系统重置等，操作系统运行期间持续可用。

3.3 NVRAM 变量

UEFI 使用 NVRAM（非易失性内存） 存储启动配置，包括：

• 启动顺序（BootOrder）
• 各启动项路径（Boot####）
• Secure Boot 密钥数据库（db、dbx、PK、KEK）

在 Linux 中通过 efibootmgr 命令读写这些变量。

4. UEFI 启动流程

上电  │  ▼SEC 阶段：CPU 微代码加载，缓存初始化  │  ▼PEI 阶段：内存初始化，芯片组配置  │  ▼DXE 阶段：加载 UEFI 驱动（磁盘、网卡、显卡等）  │  ▼BDS 阶段：读取 NVRAM 启动项 → 定位 EFI 系统分区（ESP）  │  ▼加载 .efi 引导文件（如 \EFI\debian\grubx64.efi）  │  ▼引导程序加载操作系统内核  │  ▼操作系统接管（Boot Services 终止，Runtime Services 保留）

5. Secure Boot 安全启动

5.1 原理

Secure Boot 通过 公钥基础设施（PKI） 验证每一个被加载的引导组件，防止未签名或被篡改的代码在启动链中执行。

5.2 密钥层级

PK（平台密钥，主板厂商持有）  └── KEK（密钥交换密钥，OS 厂商注册）        ├── db（允许数据库，存放可信签名）        └── dbx（拒绝数据库，存放黑名单哈希）

5.3 Linux 与 Secure Boot

• Ubuntu / Fedora：预装 shim 引导程序，已由微软签名，可在 Secure Boot 下直接启动。
• Debian：同样提供 shim-signed 包，安装后支持 Secure Boot。
• Arch Linux / Gentoo：需手动注册自己的密钥或关闭 Secure Boot。

5.4 关闭 Secure Boot

进入 UEFI 固件界面（开机按 F2 / Del / F10），找到 Security → Secure Boot 选项，将其设置为 Disabled 并保存退出。

6. UEFI Shell

UEFI Shell 是固件内置的命令行环境，可在操作系统之外执行诊断和管理操作。

6.1 常用命令

# 列出所有文件系统设备map -r# 切换到第一个 EFI 分区fs0:# 列出目录ls EFI\# 运行引导程序\EFI\debian\grubx64.efi# 查看 NVRAM 启动变量bcfg boot dump# 添加启动项bcfg boot add 0 fs0:\EFI\debian\grubx64.efi "Debian"# 删除启动项（编号 0）bcfg boot rm 0# 重启reset

6.2 进入 UEFI Shell

• 部分主板固件直接内置 Shell，在启动菜单中可选。
• 也可将 BOOTX64.EFI（来自 edk2 或 UEFI Shell 项目）放入 U 盘 \EFI\Boot\ 目录，从 U 盘启动进入。

7. UEFI 与操作系统的交互

7.1 Linux 中管理 UEFI

# 查看当前启动项efibootmgr -v# 添加启动项sudo efibootmgr --create \  --disk /dev/sda \  --part 1 \  --label "Debian" \  --loader '\EFI\debian\grubx64.efi'# 删除启动项（Boot0003）sudo efibootmgr -b 0003 -B# 修改启动顺序sudo efibootmgr -o 0001,0002,0003# 查看 EFI 变量ls /sys/firmware/efi/efivars/# 读取具体变量efivar --list

7.2 检查当前是否以 UEFI 模式启动

# 若目录存在，则为 UEFI 模式启动ls /sys/firmware/efi# 或使用[ -d /sys/firmware/efi ] && echo "UEFI mode" || echo "Legacy BIOS mode"

8. 常见 UEFI 设置项说明

9. 常见问题与排查