Платформы, применяющие EFI; сопутствующий инструментарий. Биос UEFI — что это такое и как работает

Массовый переход на UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) уже начался. Microsoft требует использовать этот интерфейс на всех компьютерах, которые будут поставляться с Windows 8. Точнее говоря, речь идет об UEFI с функцией Secure Boot. При этом без проблем работать на подобных ПК может только «восьмерка»: ни Windows XP, ни «семерку» не удастся установить на UEFI-машину без дополнительных манипуляций. С флеш-накопителя Linux Live или Windows загрузиться тоже не получится. Что именно может произойти, если попытаться запуститься с установочной флешки на ноутбуке Sony VAIO, показано на картинке вверху. И на этом проблемы с UEFI не заканчиваются. Каждый производитель аппаратных компонентов по своему усмотрению конфигурирует UEFI, тем самым создавая для пользователя ненужные трудности. Лэптоп IdeaPad от Lenovo и вовсе не смог распознать тот же самый флеш-накопитель в качестве загрузочного носителя. При этом Lenovo не в чем упрекнуть: дело в том, что загрузочная флешка отформатирована в файловой системе NTFS, а UEFI не поддерживает загрузку с таких носителей. Если подключить этот же накопитель к ноутбуку EliteBook от HP, то он загрузится без проблем и позволит выполнить установку Windows. Проблема же заключается в том, что все данные, имевшиеся на диске EliteBook, после установки оказались бы удаленными.

Каждый конфигурирует по-своему

Вы в замешательстве? Ничего удивительного: UEFI с функцией Secure Boot устанавливает новые правила инсталляции и загрузки операционных систем, а производители аппаратных средств по-своему трактуют эти правила, что создает для пользователя дополнительные сложности. Поэтому в рамках данной статьи мы поставили перед собой цель устранить неразбериху вокруг UEFI. На примере ноутбуков от основных производителей мы расскажем, как работает UEFI, какая роль отводится функции Secure Boot, как обойти расставляемые новым интерфейсом «ловушки» и что нужно для того, чтобы использовать загрузочные флеш-накопители, не опасаясь никаких разрушительных последствий.

Как работает UEFI

UEFI загружается строго в соответствии с установленными правилами. Если ОС не поддерживает UEFI, активируется режим эмуляции BIOS. Процесс загрузки ПК на основе BIOS достаточно прост: после нажатия кнопки включения запускается BIOS, которая проверяет состояние оборудования и загружает микропрограммное обеспечение - простые драйверы для отдельных аппаратных компонентов. После этого BIOS выполняет поиск загрузчика ОС и активирует его. Тот в свою очередь загружает операционную систему или выводит на экран список доступных ОС.

Компьютеры на базе UEFI загружаются аналогичным образом лишь до момента поиска параметров загрузки. После этого все происходит иначе. UEFI имеет собственный загрузчик ОС с интегрированными менеджерами запуска установленных систем. Для него на диске создается небольшой раздел (100–250 Мбайт), отформатированный в файловой системе FAT32, который называется Extensible Firmware Interface System Partition (системный раздел расширяемого микропрограммного интерфейса, ESP). На нем находятся драйверы аппаратных компонентов, к которым может получать доступ запущенная операционная система. Общее правило таково: за исключением DVD, UEFI может загружаться только с носителя, отформатированного в файловой системе FAT32.

UEFI - сложный механизм

У ESP есть свои преимущества: благодаря драйверам UEFI и загрузчику ОС, Windows запускается быстрее и более адекватно реагирует на критические ошибки драйверов. Но интерфейс UEFI накладывает и ограничения: он позволяет устанавливать ОС только на жесткие диски, которые размечены по стандарту GPT. Последний не поддерживается ни одной версией BIOS, так как, в отличие от традиционной схемы разметки (MBR), использует адреса секторов длиной 64 бита. Помимо Windows 8 интерфейс UEFI поддерживают только 64-битные версии Windows Vista и 7, а также Linux с ядром 3.2 и выше. Более того, для ПК, сертифицированных для работы с «восьмеркой», компания Microsoft предписывает использование опции Secure Boot. В этом режиме UEFI запускает лишь подтвержденные загрузчики ОС, которые содержат драйверы с цифровой подписью Microsoft.

Наряду с Windows 8 только загрузчик Shim (Linux) обладает драйверами с необходимыми для Secure Boot подписями. В других ОС они отсутствуют. Поэтому, если вы захотите установить на подобном компьютере помимо «восьмерки» еще и Windows 7 или Vista, необходимо открыть меню UEFI и отключить Secure Boot. Если в качестве второй ОС вы выберете несовместимую с UEFI, вам потребуется задействовать модуль поддержки совместимости (Compatibility Support Module, CSM), который можно включить в UEFI. К сожалению, производители используют различные версии UEFI, и иногда сложно понять, как отключить Secure Boot и перейти в режим эмуляции BIOS. Эти вопросы мы и рассмотрим далее.

Процесс загрузки ПК на основе UEFI

В зависимости от конфигурации, UEFI либо самостоятельно загружает компьютер, либо переходит в режим эмуляции стандартной BIOS. Только после этого запускается менеджер загрузки Windows.

Установка Windows на ПК с UEFI и функцией Secure Boot

На ПК с Windows 8 на базе UEFI Secure Boot другие версии ОС можно инсталлировать только при определенных условиях. Пользователь должен заранее выбрать правильный режим загрузки и соответствующим образом подготовить установочный флеш-накопитель.

Включение режима эмуляции BIOS

Полная неразбериха: способ перехода в режим эмуляции BIOS зависит от версии UEFI. На Sony VAIO (1) необходимо активировать опцию «Legasy», на ASUS Zenbook (2) - «Launch CSM».

Настройка UEFI

Каждый производитель использует в ноутбуках и ультрабуках свою версию UEFI. При этом он открывает доступ не ко всем нужным функциям. Зачастую при загрузке ПК или лэптопа на дисплей не выводится название кнопки, с помощью которой можно вызвать меню настроек UEFI. Мы предлагаем поступить следующим образом: в интерфейсе Metro перейдите в меню «Параметры | Изменение параметров компьютера» на боковой панели и активируйте пункт «Общие | Особые варианты загрузки». После перезапуска появится менеджер загрузки ОС, который позволит открыть меню UEFI. Исключением является UEFI от HP, где данная опция отсутствует. Здесь поможет следующее: во время загрузки удерживайте нажатой клавишу «Esc». В любом случае необходимо вначале осведомиться, какая кнопка позволяет войти в меню UEFI. Если вы измените режим загрузки на CSM или Legasy BIOS, чтобы загрузиться с аварийной флешки, после операции восстановления необходимо вновь переключиться с CSM на UEFI, иначе Windows 8 не запустится. Но и здесь есть исключения: Aptio Setup Utility на компьютерах ASUS активирует UEFI автоматически при отсутствии совместимого с BIOS загрузочного носителя, поэтому достаточно просто отсоединить флешку.

Отключение Secure Boot потребуется в том случае, если помимо «восьмерки» вы захотите установить 64-битную версию Windows Vista или 7. Иногда поддерживается так называемый гибридный режим, как в устройствах от HP, при котором UEFI может загружаться со всех загрузочных носителей и при необходимости переключаться в режим BIOS. В широко распространенной версии UEFI InsydeH2O это зависит от того, предусмотрел ли производитель ноутбука возможность отключения Secure Boot или нет. В Acer Aspire S7 данная функция недоступна, и для ее деактивации нужно переключиться с UEFI в режим BIOS и обратно.

Сложности с восстановлением

С появлением UEFI производители изменили методы работы с системой восстановления ОС. Сочетание клавиш «Alt+F10», которое использовалось ранее, например, в моделях Acer, больше не работает или закреплено за другими функциями. А кнопка «F9» загружает на новом Zenbook не ASUS Preload Wizard, а программу восстановления Windows 8 с расширенным меню загрузки.

Режим восстановления VAIO Care в ноутбуках Sony можно открыть в аналогичном меню, выбрав опцию «Панель управления | Устранение неполадок | Восстановление». Но если запустить менеджер загрузки ОС и выбрать «Диагностика | Восстановить» или «Вернуть в исходное состояние», устройство попросит вставить оригинальный диск Windows 8, которого нет в комплекте поставки. На Acer-моделях бэкап выполняется с помощью предустановленной Windows-программы, а восстановление из резервной копии осуществляется с внешнего USB-носителя. Однако предварительно необходимо зайти в меню UEFI и указать такой диск в качестве загрузочного.

Переход в меню UEFI из Windows

Если активирована функция запуска Windows 8 с расширенными настройками, то, выбрав пункт «Диагностика» (1) и «Дополнительные параметры» (2), можно получить доступ к меню «Параметры встроенного ПО UEFI» (3).

Полезные функции UEFI

Каждый производитель ноутбуков использует разные версии интерфейса UEFI и реализует его в системе в соответствии со своими представлениями. Из таблицы, разбитой по моделям, вы узнаете, где находятся основные функции UEFI.

Решение проблемы: отключение Secure Boot

В некоторых случаях Secure Boot невозможно деактивировать напрямую. В Acer Aspire S7, например, данная функция недоступна. Но если переключиться в «Legasy BIOS» (1) и снова назад (2), Secure Boot будет отключена.

В гибридном режиме возможно все

В версии интерфейса UEFI от HP есть поддержка гибридного режима, в котором, в зависимости от загрузочного носителя, запускается один из двух режимов - либо UEFI, либо CSM. При этом функция Secure Boot отключается автоматически.

Запуск с флешки

Старые флеш-носители для аварийной загрузки и восстановления работают только в режиме BIOS. Мы сделаем их совместимыми с UEFI.

USB-флешки в последнее время все чаще используются в качестве загрузочных носителей для восстановления или установки Windows. Это связано с тем, что в современных ноутбуках очень редко устанавливаются оптические приводы. Если вы изучили настройки UEFI в своем компьютере, рекомендуется также выполнить и апгрейд флеш-накопителей. С появлением UEFI все имеющиеся загрузочные флешки уже не получится использовать привычным образом. Например, если вы создали загрузочный USB-носитель в программе UNetbootin, вам необходимо будет запустить ПК в режиме CSM. То же самое относится ко всем старым флешкам, так как разработчики дистрибутивов Linux Live (например, GParted) только в последних, наиболее свежих версиях своих приложений начали добавлять загрузчик с поддержкой UEFI и функции Secure Boot.

Наиболее простым является способ, при котором Secure Boot отключается в UEFI, затем с помощью бесплатной программы Rufus создается совместимый с UEFI флеш-накопитель, после чего на него копируется последняя версия GParted.

Программа от Microsoft устарела

В отношении загрузочных USB-носителей с операционной системой Windows действуют несколько иные правила. Для совместимости с UEFI они должны быть отформатированы в файловой системе FAT32. Многие пользователи даже для Windows 8 создают загрузочные накопители на флешках, отформатированных с помощью программы от Microsoft, входящей в состав «семерки». Однако данное приложение по умолчанию форматирует накопитель в файловой системе NTFS, в результате чего имеющуюся на носителе систему впоследствии невозможно установить на компьютер с UEFI. Чтобы не дожидаться выхода обновленной программы от Microsoft, можно создать загрузочный накопитель вручную. Для этого вначале отформатируйте USB-флешку с помощью бесплатной утилиты. Затем откройте в Windows 8 образ ISO и скопируйте содержащиеся в нем файлы на носитель.

А вот чтобы совместимый с UEFI флеш-накопитель с 64-битной Windows 7 загружался без каких-либо проблем, вам потребуется скопировать UEFI-загрузчик в нужный каталог на флешке. Для этого, используя бесплатный архиватор 7-Zip, найдите в образе ISO, который содержит установочные файлы Windows 7, в папке Sources файл архива Install.wim и откройте его. После этого из директории 1\Windows\Boot\EFI скопируйте файл bootmgfw.efi. Затем сохраните его на флеш-накопителе в каталоге efi\boot и переименуйте, присвоив ему имя bootx64.efi. После этого с USB-носителем можно будет работать в режиме UEFI, и вы сумеете без проблем установить с него Windows 7.

Создание загрузочных флешек на основе Live-систем

Для совместимости с UEFI флешки должны быть отформатированы в FAT32. Например, программа UNetbootin (1) создает загрузочные накопители на основе дистрибутивов Linux Live, форматируя их в FAT. Однако утилита Rufus (2) предлагает более правильную опцию.

Флеш-накопитель для восстановления ОС на ПК с UEFI

Флеш-накопители на основе свежих Live-систем, такие как GParted, способны без проблем получать доступ к ПК с UEFI, так как встроенные в них инструменты - например, GPart (1) и TestDisk (2) - могут работать с GPT-разделами.

Форматирование загрузочной флешки с Windows

64-битную версию Windows 7 можно установить и на ПК с UEFI. Если вы хотите выполнить данную операцию с USB-накопителя, необходимо отформатировать его с помощью Windows-программы DiskPart в файловой системе FAT32 и сделать его загрузочным.

Извлечение UEFI-загрузчика

Совместимый с UEFI флеш-накопитель с Windows 7 дополнительно нуждается в загрузчике UEFI - bootmgfw.efi. Его необходимо вручную скопировать из архива install.wim на флешку, используя программу 7-Zip или любой другой архиватор.

Источник

BIOS – хорошо известный термин в рядах владельцев компьютеров, который используется уже на протяжении многих лет. Осенью 2017 года Intel сообщила о своих планах полностью отказаться от BIOS на всех своих платформах до 2020 года. Вместо BIOS теперь будет использоваться только UEFI, что может навести многих на логичный вопрос: чем UEFI лучше BIOS и какая вообще между ними разница?

Чип BIOS на материнской плате Gigabyte.

UEFI и BIOS относятся к разряду так называемого «низкоуровневого» программного обеспечения, которое стартует еще до того, как компьютер начнет загружать операционную систему. UEFI - это более современное решение и оно поддерживает большое количество удобных функций, полезных на современных компьютерах. Часто бывает так, что производители называют UEFI на своих компьютерах традиционным словом “BIOS”, чтобы не заплутать пользователя. Все же между UEFI и BIOS большая разница, а современные компьютеры в основном комплектуются именно UEFI.

Что такое BIOS

BIOS – это сокращенно “Basic Input -Out System ” или "базовая система ввода-вывода" . Она живет на специальном чипе внутри материнской платы (на фото выше) и не зависит от того, установлен ли в компьютер жесткий диск. При включении компьютера первым делом включается BIOS. Эта система ответственна за «пробуждение» хардверных компонентов вашего компьютера, проверку их нормального функционирования, активацию загрузчика и дальнейшего старта операционной системы.

Старый как мир BIOS.

Пользователь может настроить большое количество различных параметров внутри BIOS. Конфигурация компонентов, системное время, порядок загрузки и так далее. Зайти в BIOS можно при помощи специальной клавиши во время включения ПК. У разных компьютеров она может быть разной. К примеру, Esc, F2, F10 или Delete. Производитель сам решает, какую выбирать. После изменения настроек все параметры записываются в саму материнскую плату .

BIOS также отвечает за процесс под названием POST – “Power -On Self -Test ” или "проверка при включении" . POST проверяет пригодность конфигурации компьютера и исправность хардверных компонентов. Если что-то идет не так, на экране отображается соответствующая ошибка или же компьютер начинает издавать ряд определенных звуков (также существует понятие POST-кодов и в некоторых материнских платах даже установлен соответствующий дисплей для их отображения). Интенсивность этих звуков зависит от типа ошибки, и чтобы их расшифровать, надо обратиться на сайт производителя или к руководству пользователя.

После завершения POST BIOS ищет Master Boot Record (MBR) или "главную загрузочную запись", которая сохранена на носителе компьютера. Затем инициализируется загрузчик (бутлоадер) и стартует операционная система. В BIOS также часто используется термин CMOS, что расшифровывается как «Complementary Metal -Oxide Semiconductor » или "вспомогательный металл-оксидный полупроводник ". Это обозначение специальной памяти, которая питается от встроенной в материнскую плату батарейки. Память хранит в себе различные настройки BIOS и часто для сброса параметров БИОС советуют извлечь батарейку из материнской платы. В современных компьютерах на смену CMOS пришла флеш-память (EEPROM).

Почему BIOS устарел

BIOS – это очень старая система, которая существовала еще в 1980 году (а разработана была и того раньше), на момент запуска MS-DOS. Конечно, со временем BIOS развивалась и улучшалась, но концепция и основные принципы работы остались прежними. Развитие BIOS фактически нулевое, если сравнивать его с развитием компьютеров и технологий в целом.

Традиционный BIOS имеет много серьезных ограничений. К примеру, он может запустить систему только из раздела объемом не больше 2.1 Тб (максимум 4 раздела) или меньше. В современных реалиях пользователи покупают очень емкие накопители, объем которых часто превышает 4 и даже 8 Тб. BIOS не сможет работать с таковыми носителями. Это обусловлено тем, как работает MBR (главная загрузочная запись использует 32-битные элементы). Кроме того, BIOS работает в 16-битном режиме (так как был разработано еще в 70-х годах) и имеет всего лишь 1 Мб адресуемого пространства для операции. У BIOS также проблемы с инициализацией большого количества компонентов за раз, что приводит к замедленному старту компьютера.

BIOS нуждается в замене уже на протяжении большого периода времени. Intel начала разработку EFI (Extensible Firmware Interface) еще в 1998 году и Apple перешла на использование EFI в 2006 году, когда состоялся переход на архитектуру Intel. В 2007 году Intel, AMD, Microsoft и различные производители компьютеров одобрили спецификацию UEFI – "Unified Extensible Firmware Interface " или "объединенный расширяемый интерфейс встроенного программного обеспечения ". Windows получила поддержку UEFI в Windows Vista SP1 и Windows 7. Сегодня почти все компьютеры используют UEFI вместо BIOS.

Чем UEFI лучше БИОС

UEFI устанавливается вместо BIOS на различных ПК, которые вы можете найти в магазинах электроники. Сразу же надо отметить, что пользователь не может перейти с BIOS на UEFI на существующем железе. Для этого надо приобретать новое железо, которое поддерживает UEFI. Подавляющее большинство UEFI-компьютеров включают в себя BIOS-эмуляцию (зачастую это называется Legacy BIOS) , чтобы пользователь мог установить и загрузить старую операционную систему, для работы которой нужен BIOS. Иными словами, UEFI обратно совместима.

Куда более современный и дружелюбный к пользователю интерфейс UEFI.

Новый стандарт избавился от неприятных ограничений BIOS. Компьютер с UEFI может загружаться с накопителей объемом больше 2.2 Тб. Теоретически, максимальный объем носителя для UEFI составляет 9.4 Зтб (9.4 триллиона гигабайт). Это очень много. Вся суть в том, что UEFI использует схему GPT с 64-битными элементами..

UEFI запускается в 32 и 64-битном режимах, а также имеет больше памяти для работы. Это в свою очередь конвертируется в ускоренную загрузку процессора, и удобство использования. UEFI-системы зачастую имеют красивые интерфейсы с поддержкой ввода с мыши (на скриншоте выше). Есть также и ряд других преимуществ. К примеру, UEFI поддерживает Secure Boot. Это специальная процедура, которая проверяет загружаемую операционную систему и убеждается в том, что во время ее загрузки вредоносное или просто сторонеее программное обеспечение не будет вмешиваться. Также в UEFI есть поддержка различных сетевых функций, что полезно при решении технических проблем с компьютером. В традиционном BIOS пользователь должен иметь физический доступ к компьютеру, тогда как в UEFI есть возможность удаленного доступа для конфигурации.

В целом UEFI – это такая маленькая операционная система. Она может храниться на флеш-памяти материнской платы или же ее можно загрузить из жесткого / сетевого диска. Разные компьютеры с разными UEFI имеют не менее разные интерфейсы и возможности. Все зависит от предпочтений производителя вашего компьютера.

UEFI стало большим обновлением для современных компьютеров, но подавляющее большинство пользователей вряд ли заметит какую-то существенную разницу. Да и многих этот вопрос не интересует вообще. Все же надо понимать, что приход UEFI вместо BIOS стал исключительно положительным эволюционным изменением в мире современных компьютеров, пусть даже все его прелести и новшества остаются спрятанными глубоко в материнской плате компьютера. Сейчас индустрия все еще находится в переходном состоянии от BIOS к UEFI, поэтому все прелести нового стандарта раскроются в ближайшем будущем. Чтобы ускорить этот процесс, Intel решила полностью отказаться от BIOS до 2020 года и это хорошо.

UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) - замена устаревшему BIOS. Эта спецификация была придумана Intel для Itanium, тогда она еще называлась EFI (Extensible Firmware Interface), а потом была портирована на x86, x64 и ARM. Она разительно отличается от BIOS как самой процедурой загрузки, так и способами взаимодействия с ОС. Если вы купили компьютер в 2010 году и позже, то, вероятнее всего, у вас UEFI.

Основные отличия UEFI от BIOS:

• Поддержка GPT (GUID Partition Table)

GPT - новый способ разметки, замена MBR. В отличие от MBR, GPT поддерживает диски размером более 2ТБ и неограниченное количество разделов, в то время как MBR поддерживает без костылей только 4. UEFI по умолчанию поддерживает FAT32 с GPT-разделов. MBR сам UEFI не поддерживает, поддержка и загрузка с MBR осуществляется расширением CSM (Compatibility Support Module).

• Поддержка сервисов

В UEFI есть два типа сервисов: boot services и runtime services. Первые работают только до загрузки ОС и обеспечивают взаимодействие с графическими и текстовыми терминалами, шинами, блочными устройствами и т.д., а runtime services может использовать ОС. Один из примеров runtime services - variable service, который хранит значения в NVRAM. ОС Linux использует variable service для хранения креш дампов, которые можно вытащить после перезагрузки компьютера.

• Модульная архитектура

Вы можете использовать свои приложения в UEFI. Вы можете загружать свои драйверы в UEFI. Нет, правда! Есть такая штука, как UEFI Shell. Некоторые производители включают его в свой UEFI, но на моем лаптопе (Lenovo Thinkpad X220) его нет. Но можно его просто скачать из интернета и поставить на флешку или жесткий диск. Также существуют драйверы для ReiserFS, ext2/3/4 и, возможно, еще какие-то, я слишком не углублялся. Их можно загрузить из UEFI Shell и гулять по просторам своей файловой системы прямо из UEFI.
Еще UEFI поддерживает сеть, так что если найдете UEFI-драйвер к своей сетевой карте, или если он включен производителем материнской платы, то можете попинговать 8.8.8.8 из Shell.
Вообще, спецификация UEFI предусматривает взаимодействия драйверов UEFI из ОС, т.е. если у вас в ОС нет драйвера на сетевую карту, а в UEFI он загружен, то ОС сможет использовать сетевую карту через UEFI, однако таких реализаций я не встречал.

• Встроенный менеджер загрузки

В общем случае, для UEFI не требуется ставить загрузчик, если вы хотите мультизагрузку. Можно добавлять свои пункты меню, и они появятся в загрузочном меню UEFI, прямо рядом с дисками и флешками. Это очень удобно и позволяет грузить Linux вообще без загрузчика, а сразу ядро. Таким образом, можно установить Windows и Linux без сторонних загрузчиков.

Как происходит загрузка в UEFI?

С GPT-раздела с идентификатором EF00 и файловой системой FAT32, по умолчанию грузится и запускается файл \efi\boot\boot[название архитектуры].efi, например \efi\boot\bootx64.efi
Т.е. чтобы, например, создать загрузочную флешку с Windows, достаточно просто разметить флешку в GPT, создать на ней FAT32-раздел и просто-напросто скопировать все файлы с ISO-образа. Boot-секторов больше нет, забудьте про них.
Загрузка в UEFI происходит гораздо быстрее, например, загрузка моего лаптопа с ArchLinux с нажатия кнопки питания до полностью работоспособного состояния составляет всего 30 секунд. Насколько я знаю, у Windows 8 тоже очень хорошие оптимизации скорости загрузки в UEFI-режиме.

Secure Boot

Я видел много вопросов в интернете, вроде:

«Я слышал, что Microsoft реализовывает Secure Boot в Windows 8. Эта технология не позволяет неавторизированному коду выполняться, например, бутлоадерам, чтобы защитить пользователя от malware. И есть кампания от Free Software Foundation против Secure Boot, и многие люди были против него. Если я куплю компьютер с Windows 8, смогу ли я установить Linux или другую ОС? Или эта технология позволяет запускать только Windows?»

Начнем с того, что эту технологию придумали не в Microsoft, а она входит в спецификацию UEFI 2.2. Включенный Secure Boot не означает, что вы не сможете запустить ОС, отличную от Windows. На самом деле, сертифицированные для запуска Windows 8 компьютеры и лаптопы обязаны иметь возможность отключения Secure Boot и возможность управления ключами, так что беспокоится тут не о чем. Неотключаемый Secure Boot есть только на планшетах на ARM с предустановленной Windows!

Что дает Secure Boot? Он защищает от выполнения неподписанного кода не только на этапе загрузки, но и на этапе выполнения ОС, например, как в Windows, так и в Linux проверяются подписи драйверов/модулей ядра, таким образом, вредоносный код в режиме ядра выполнить будет нельзя. Но это справедливо только, если нет физического доступа к компьютеру , т.к., в большинстве случаев, при физическом доступе ключи можно заменить на свои.

В Secure Boot есть 2 режима: Setup и User. Первый режим служит для настройки, из него вы можете заменить PK (Platform Key, по умолчанию стоит от OEM), KEK (Key Exchange Keys), db (база разрешенных ключей) и dbx (база отозванных ключей). KEK может и не быть, и все может быть подписано PK, но так никто не делает, вроде как. PK - это главный ключ, которым подписан KEK, в свою очередь ключами из KEK (их может быть несколько) подписываются db и dbx. Чтобы можно было запустить какой-то подписанный.efi-файл из-под User-режима, он должен быть подписан ключом, который в db, и не в dbx.

Для Linux есть 2 пре-загрузчика, которые поддерживают Secure Boot: Shim и PRELoader. Они похожи, но есть небольшие нюансы.
В Shim есть 3 типа ключей: Secure Boot keys (те, которые в UEFI), Shim keys (которые можно сгенерировать самому и указать при компиляции), и MOKи (Machine Owner Key, хранятся в NVRAM). Shim не использует механизм загрузки через UEFI, поэтому загрузчик, который не поддерживает Shim и ничего не знает про MOK, не сможет выполнить код (таким образом, загрузчик gummiboot не будет работать). PRELoader, напротив, встраивает свои механизмы аутентификации в UEFI, и никаких проблем нет.
Shim зависит от MOK, т.е. бинарники должны быть изменены (подписаны) перед тем, как их выполнять. PRELoader же «запоминает» правильные бинарники, вы ему сообщаете, доверяете вы им, или нет.
Оба пре-загрузчика есть в скомпилированном виде с валидной подписью от Microsoft, поэтому менять UEFI-ключи не обязательно.

Secure Boot призван защитить от буткитов, от атак типа Evil Maid, и, по моему мнению, делает это эффективно.
Спасибо за внимание!

Большинство современных компьютеров вместо привычной всем первичной системы ввода/вывода оснащается новейшим управляющим инструментом, получившим название UEFI. Что это такое, пока еще знают далеко не все пользователи компьютеров и ноутбуков. Далее будут рассмотрены некоторые важные аспекты, связанные с этой разработкой. Кроме того, кратко коснемся вопросов, касающихся инсталляции операционных систем через этот интерфейс с помощью загрузочных USB-носителей, а также определим, как отключить UEFI, если использование этой системы по каким-то причинам является нецелесообразным. Но для начала разберемся в первичном понимании того, что это за система.

UEFI: что это такое?

Многие пользователи привыкли к тому, что для настройки первичных параметров компьютерной системы еще до старта ОС нужно использовать BIOS. По сути, режим UEFI, который используется вместо BIOS, представляет собой практически то же самое, но сама система выстроена на основе графического интерфейса.

При загрузке этой системы, которую, кстати, многие называют своеобразной мини-ОС, сразу же обращает внимание на себя факт поддержки мыши и возможность установки для интерфейса регионального языка. Если пойти дальше, можно заметить, что, в отличие от BIOS, UEFI может работать с поддержкой сетевых устройств и отображать оптимальные режимы работы некоторых компонентов установленного оборудования.

Некоторые данную систему называют сдвоенным термином - BIOS UEFI. Хотя это и не противоречит логике программного-аппаратного обеспечения, тем не менее такое определение является несколько некорректным. Во-первых, UEFI является разработкой корпорации Intel, а BIOS-системы разрабатываются множеством других брендов, хотя кардинально между собой не отличаются. Во-вторых, BIOS и UEFI функционируют по несколько отличающимся принципам.

Основные отличия UEFI от BIOS

Теперь еще один взгляд на UEFI. Что это в более четком понимании, можно определить, выяснив отличия этой системы от BIOS. Как считается, UEFI позиционируется как некая альтернатива BIOS, поддержка которой сегодня заявлена многими производителями материнских плат. А вот отличия лучше рассматривать на основе минусов устаревающих систем BIOS.

Самое первое отличие состоит в том, что первичные системы ввода/вывода BIOS не позволяют корректно работать с жесткими дисками, объем которых составляет 2 Тб и более, что состоит в том, что система не имеет возможности полноценного использования дискового пространства.

Второй момент касается того, что для BIOS-систем установлено ограничение по работе с дисковыми разделами, в то время как UEFI поддерживает до 128 разделов, что становится возможным, благодаря наличию таблицы разделов стандарта GPT.

Наконец, в UEFI реализованы совершенно новые алгоритмы обеспечения безопасности, что полностью исключает подмену загрузчика при старте основной ОС, предупреждая даже воздействие вирусов и вредоносных кодов, и предоставляет выбор загружаемой операционной системы без использования специфичных средств внутри загрузчиков самих ОС.

Немного истории

Такова система UEFI. Что это такое, уже немного понятно. Теперь посмотрим, с чего же все начиналось. Ошибочно считать, что UEFI является относительно недавней разработкой.

Создание UEFI и универсального интерфейса началось еще в начале 90-годов. Как тогда оказалось для серверных платформ Intel возможностей стандартных BIOS-систем оказалось недостаточно. Поэтому была разработана совершенно новая технология, которая впервые была внедрена в платформе Intel-HP Itanium. Сначала она называлась Intel Boot Initiative, а вскоре была переименована в Extensible Firmware Interface или EFI.

Первая модификация версии 1.02 была представлена в 2000 году, в 2002 году вышла версия 1.10, а с 2005 года новой разработкой стал заниматься сформированный тогда альянс из нескольких компаний, получивший название Unified EFI Forum, после чего и сама система стала называться UEFI. На сегодняшний день в составе разработчиков можно встретить многие именитые бренды, как Intel, Apple, AMD, Dell, American Megatrends, Microsoft, Lenovo, Phoenix Technologies, Insyde Software и др.

Система безопасности UEFI

Отдельно стоит остановиться на механизмах системы защиты. Если кто не знает, сегодня существует особый класс вирусов, которые способны прописывать собственные вредоносные коды при внедрении в саму микросхему, изменяя начальные алгоритмы системы ввода/вывода, что приводит к появлению возможности запуска основной операционной системы с расширенными правами по управлению. Именно таким образом вирусы могут получить несанкционированный доступ ко всем компонентам ОС и средствам управления ей, не говоря уже о пользовательской информации. Установка UEFI полностью исключает появление таких ситуаций за счет реализации режима безопасной загрузки под названием Secure Boot.

Не вдаваясь в технические аспекты, стоит отметить только то, что сам алгоритм защиты (безопасной загрузки) основан на использовании особых сертифицированных ключей, поддерживаемых некоторыми известными корпорациями. Но, как почему-то считается, данную опцию поддерживают только операционные системы Windows 8 и выше, а также некоторые модификации Linux.

Чем UEFI лучше BIOS?

То, что UEFI по своим возможностям превосходит BIOS, отмечается всеми специалистами. Дело в том, что новая разработка позволяет решать некоторые задачи даже без загрузки операционной системы, старт которой, кстати, при установленном оптимальном режиме работы основных «железных» компонентов вроде процессора или оперативной памяти, происходит намного быстрее. По некоторым данным, та же Windows 8 загружается в течение 10 секунд (правда, показатель этот является явно условным, поскольку нужно учитывать общую конфигурацию оборудования).

Однако поддержка UEFI имеет и ряд неоспоримых преимуществ, среди которых можно выделить следующие:

• простой интуитивно понятный интерфейс;
• поддержка региональных языков и управления мышью;
• работа с дисками 2 Тб и выше;
• наличие собственного загрузчика;
• возможность работы на базе процессоров с архитектурой x86, x64 и ARM;
• возможность подключения к локальным и виртуальным сетям с доступом в интернет;
• наличие собственной системы защиты от проникновения вредоносных кодов и вирусов;
• упрощенное обновление.

Поддерживаемые операционные системы

К сожалению, далеко не все операционные системы поддерживают работу с UEFI. Как уже говорилось, в основном такая поддержка заявлена для некоторых модификаций Linux и Windows, начиная с восьмой версии.

Теоретически можно установить и Windows 7 (UEFI инсталляционный дистрибутив распознает). Но вот полной гарантии, что установка будет завершена успешно, никто не даст. К тому же в случае использования Windows 7 UEFI-интерфейс и все сопутствующие возможности новой системы останутся просто невостребованными (а часто и недоступными). Таким образом, на компьютер или ноутбук с поддержкой UEFI ставить именно эту систему нецелесообразно.

Особенности режима загрузки Secure Boot

Как уже было сказано выше, система безопасной загрузки основана на использовании сертифицированных ключей для предотвращения проникновения вирусов. Но такую сертификацию поддерживает ограниченное количество разработчиков.

Когда для операционной системы производится повторная установка через UEFI, проблем не будет при условии, что инсталлируемая система приближена к оригиналу установленной ранее по максимуму. В противном случае (что не редкость) может быть выдан запрет на установку. Однако и тут выход есть, поскольку сам режим Secure Boot можно отключить в настройках. Об этом будет сказано отдельно.

Нюансы доступа и настройки UEFI

Самих версий UEFI существует достаточно много, и разные производители компьютерной техники устанавливают собственные варианты запуска первичной системы. Но иногда при попытке доступа к интерфейсу могут возникать проблемы вроде того, что не отображается главное меню настроек.

В принципе, для большинства компьютеров и ноутбуков с поддержкой UEFI можно использовать универсальное решение - нажатие клавиши Esc при входе в систему. Если такой вариант не срабатывает, можно воспользоваться и собственными средствами Windows.

Для этого необходимо войти в раздел параметров, выбрать меню восстановления и в строке особых вариантов загрузки кликнуть по ссылке «перезагрузить сейчас», после чего на экране появится несколько вариантов старта.

Что касается основных настроек, от стандартных систем BIOS они практически не отличаются. Отдельно можно отметить наличие режима эмулятора BIOS, который в большинстве случаев может называться либо Legacy, либо Launch CSM.

Кроме того, стоит обратить внимание на то, что при переходе на режим работы Legacy при первом удобном случае следует снова задействовать настройки UEFI, поскольку операционная система может и не загрузиться. Кстати сказать, отличия между разными версиями UEFI состоят в том, что в одних предусмотрен гибридный режим запуска либо эмулятора BIOS, либо UEFI, в других же такая возможность при работе в штатном режиме отсутствует. Иногда это может касаться и невозможности отключения безопасной загрузки Secure Boot.

Загрузочная флешка UEFI: обязательные условия для создания

Теперь посмотрим, как создать загрузочный USB-носитель для последующей установки операционной системы с использованием интерфейса UEFI. Первое и главное условие состоит в том, что загрузочная флешка UEFI должна иметь объем не менее 4 Гб.

Вторая проблема касается файловой системы. Как правило, Windows-системы по умолчанию производят форматирование съемных накопителей с использованием NTFS. А вот UEFI USB-носители с файловыми системами, отличными от FAT32, не распознает. Таким образом, на первом этапе следует произвести форматирование именно с применением такого параметра.

Форматирование и запись образа дистрибутива

Теперь самый главный момент. Форматирование лучше всего производить из командной строки (cmd), запущенной с правами администратора.

В ней сначала вводится команда diskpart, после чего прописывается строка list disk, и командой select disk N, где N - порядковый номер USB-флешки, выбирается нужное устройство.

Далее для полной очистки используется строка clean, а затем командой create partition primary создается первичный раздел, который активируется командой active. После этого используется строка list volume, строкой select volume N (вышеуказанный порядковый номер раздела) выбирается флешка, а затем командой format fs=fat32 активируется старт процесса форматирования. По окончании процесса командой assign носителю можно присвоить определенную литеру.

После этого на носитель записывается образ будущей системы (можно использовать либо обычное копирование, либо создание загрузочной флешки в программах вроде UltraISO). При перезагрузке выбирается нужный носитель, и производится инсталляция ОС.

Иногда может появиться сообщение о том, что установка в выбранный раздел MBR невозможна. В этом случае нужно зайти в настройки приоритета загрузки UEFI. Там отобразится не одна, а две флешки. Старт загрузки нужно произвести с того устройства, в названии которого отсутствует сокращение EFI. При этом отпадает необходимость преобразования MBR в GPT.

Обновление прошивки UEFI

Как оказывается, обновить прошивку UEFI намного проще, чем выполнять аналогичные операции для BIOS.

Достаточно просто на официальном сайте разработчика найти и скачать самую свежую версию, после чего запустить загруженный файл от имени администратора в среде Windows. Процесс обновления пройдет после перезагрузки системы без участия пользователя.

Отключение UEFI

Наконец, посмотрим, как отключить UEFI, например, для случаев, когда загрузка со съемного носителя оказывается невозможной только по причине того, что само устройство не поддерживается.

Сначала нужно зайти в раздел безопасности Security и отключить режим безопасной загрузки Secure Boot (если это возможно), установив для него параметр Disabled. После этого в загрузочном меню Boot в строке приоритета Boot Priority следует выставить значение Legacy First. Далее из списка нужно выбрать устройство, которое будет первым для загрузки (жесткий диск) и выйти из настроек, предварительно сохранив изменения (Exit Saving Changes). Процедура полностью аналогична настройкам BIOS. Вместо команд меню можно использовать клавишу F10.

Краткие итоги

Вот кратко и все о системах UEFI, которые пришли на смену BIOS. Преимуществ у них, как уже можно было заметить, достаточно много. Многих пользователей особо радует графический интерфейс с поддержкой родного языка и возможность управления при помощи мыши. Впрочем, поклонников седьмой версии Windows придется огорчить. Ее установка в компьютерные системы с поддержкой UEFI выглядит не то что нецелесообразной, а иногда становится и вовсе невозможной. В остальном же использование UEFI выглядит очень простым, не говоря о некоторых дополнительных функциях, которые можно задействовать даже без загрузки операционной системы.

Спецификация UEFI (Unified Extensible Firmware Interface, Унифицированный расширяемый микропрограммный интерфейс, унифицированный расширяемый интерфейс прошивки или расширяемый аппаратный интерфейс), ранее известная как Extensible Firmware Interface (EFI ), определяет интерфейс между операционной системой и микрокодом (микропрограммами), управляющим оборудованием. Другими словами, UEFI это интерфейс, который располагается “поверх” аппаратных компонентов компьютера, которые, в свою очередь, функционируют на собственных прошивках (микрокодах).

В самом названии UEFI определение "расширяемый интерфейс" говорит о том, что это модульная система, которая может функционально легко расширяться и модернизироваться.

Для большего понимания, UEFI по сравнению с BIOS - это, грубо говоря, новый тип или следующее поколение прошивки, и оно уже не ограничено только лишь персональными компьютерами архитектуры x86 (IBM PC), но и претендует на всеплатформенный стандарт. Однако, в отличии от BIOS, UEFI базируется на принципиально новой топологии кода, которая называется "драйверность".

• Основное назначение EFI - замена устаревающей (теряющей актуальность) технологии BIOS и связанных с ней ограничений.
• Основная цель разработки UEFI заключается в стандартизации взаимодействия операционной системы с микропрограммами платформы в ходе процесса загрузки. В классическом BIOS основным механизмом взаимодействия с аппаратурой на этапе загрузки были программные прерывания и порты ввода-вывода, однако современные системы в состоянии обеспечить более эффективное выполнение операций ввода-вывода между оборудованием и программным обеспечением.
• Основная задача EFI - корректно инициализировать оборудование и передать управление загрузчику операционной системы. В этом плане задача не сильно то и отличается от задачи традиционного BIOS, но алгоритмы принципиально другие.

UEFI можно смело назвать самостоятельной миниатюрной операционной системой, которая представляет собой интерфейс между основной пользовательской операционной системой, функционирующей на компьютере и микрокодом оборудования.

Давайте теперь совершим небольшой экскурс в историю персональных компьютеров, с целью понять причины, которые приводили к попыткам замены стандартного BIOS на что-то принципиально новое.

Старый-добрый BIOS

Основные принципы функционирования BIOS (базовой системы ввода-вывода) для персональных компьютеров были определены еще в конце 70х годов прошлого века. На протяжении довольно большого промежутка времени, прошедшего с той поры, компьютерная отрасль интенсивно развивалась, это приводило к тому, что на определенных этапах возможностей BIOS было недостаточно, поскольку выпускаемые производителями устройства имели на борту новые технологии, часто не совместимые с текущими версиями BIOS. Что бы уйти от подобных проблем, разработчикам приходилось порой довольно существенно модифицировать код BIOS, однако целый ряд ограничений так и остался неизменным до настоящего времени. И, если первоначально архитектура BIOS была достаточно простой, то по прошествии времени, она усложнялась, адаптируясь под все новые и новые технологии, поэтому, к определенному моменту она стала напоминать нагромождение различного рода устаревшего и плохо взаимодействующего между собой кода. Ограничения, которые и по сей день можно встретить в коде BIOS, объясняются необходимостью сохранять совместимость с базовыми функциями, необходимыми для функционирования старого ПО. Всё это привело к тому, что BIOS, по сути, стал самым устаревшим компонентом современных ПК. На данный момент BIOS мало удовлетворяет требованиям новейшего оборудования и имеет следующие недостатки:

1. 16-битный код, реальный режим. BIOS написан на языке ассемблера и функционирует на 16-битном коде в реальном режиме (real mode) процессора со свойственными ему ограничениями, самое существенное из которых - ограничение адресного пространства памяти объемом 1 Мегабайт.
2. Отсутствие доступа к 64-битному железу. BIOS не способна напрямую взаимодействовать с 64-битным оборудованием, доминирующим на рынке в настоящее время.
3. Отсутствие единого стандарта. Для BIOS отсутствует единая спецификация - каждый производитель предлагает собственный вариации реализации.
4. Сложность разработки. Проблема заключается в том, что практически для каждой очередной модели системной платы производителем разрабатывается собственная версия BIOS, в которой реализуются уникальные технические особенности данного устройства: взаимодействие с модулями чипсета, периферийного оборудования и прч. Разработку BIOS можно разделить на два этапа. На первом этапе создается базовая версия микропрограммы, в которой реализуются те функции, которые не зависят от специфики оборудования. Разработчики подобного кода хорошо известны, это такие компании как American Megatrends (AMIBIOS), Phoenix Technologies (+ приобретенная ею легендарная Award Software (AwardBIOS)) и некоторые другие. На втором этапе к разработке BIOS подключаются программисты производителя материнской платы. Тут уже базовая сборка модифицируется под специфику каждой конкретной модели платы, учитываются ее особенности. После выхода системной платы на рынок, работа над прошивкой продолжается, регулярно выпускаются обновления, в которых исправляются ошибки, добавляется поддержка нового оборудования (например, процессоров) и, иногда даже расширяются функциональные возможности прошивки.

Все эти, а так же некоторые другие, недостатки традиционной модели BIOS и привели к тому, что коалиция производителей аппаратуры и ПО начала работать над созданием спецификации UEFI. Начиная, по собственным наблюдениям, где-то с 2010 года, спецификация UEFI начала массово внедряться во все вновь выпускаемые материнские платы ведущих производителей, поэтому на данный момент найти новый компьютер с традиционным BIOS практически невозможно. Однако, сильно огорчаться из-за этого не стоит, поскольку многие производители в своих системных платах сохраняют совместимость с функционалом традиционных BIOS. К примеру, очень важным моментом является поддержка традиционного режима загрузки при помощи MBR. С этой целью был разработан UEFI-модуль режима эмуляции BIOS, который носит название Compatibility Support Module (CSM). Правда, я так полагаю, со временем все меньше и меньше производителей будут поддерживать в своих прошивках данный режим.

Преимущества UEFI

Тут я хотел бы определить достоинства интерфейса UEFI:

1. Поддержка носителей информации (дисков) большого объема. Поддержкой больших дисков UEFI обязан новому стандарту таблиц разделов под названием GPT (GUID Partition Table). Традиционный способ загрузки в BIOS использовал загрузочный сектор Master Boot Record (MBR), содержащий в себе таблицу разделов, которая описывала размещение разделов (партиций) диска. У записей таблицы разделов в MBR имеется один существенный недостаток: номер первого сектора начала раздела в формате LBA (смещение 08h от начала записи о разделе), имеет разрядность всего-лишь 4 байта (32 бита), соответственно, адресовать возможно только 4 миллиарда секторов. А это, при "классическом" размере сектора в 512 байт, всего-лишь ~2 терабайта дискового пространства. UEFI же, при помощи GPT, дает возможность адресовать диски объемом до 18 экзабайт.
2. Прямая поддержка файловых систем и таблиц разделов. UEFI имеет модули поддержки файловых систем и таблиц разделов, то есть умеет работать как с таблицами разделов, так и с файловыми системами напрямую. Спецификация подразумевает обеспечение поддержки таблицы разделов GPT, файловых системам FAT12 , FAT16 , FAT32 на жестких дисках и файловой системы ISO9660 на CD/DVD дисках. Это избавляет нас от необходимости писать код начальной загрузки (по аналогии с MBR), который будет по цепочке грузить загрузчики различных стадий.
3. Отсутствие других традиционных ограничений MBR. Например больше не требуется втискивать код начальной загрузки в миниатюрный сектор размером в 512 байт. Можно сосредоточиться на написании единого модуля загрузки, который будет совмещать в себе все необходимые стадии.
4. Независимые от платформы драйвера оборудования. UEFI имеет доступ к аппаратному обеспечению компьютера посредством платформо-независимых драйверов. Производителю устройства достаточно написать всего-лишь одну версию драйвера для всех платформ (x86, ARM, Itanium, Alpha), а это значительно упрощает разработку и ускоряет процесс выявления ошибок. Спецификация UEFI описывает взаимодействие драйверов UEFI с операционной системой, таким образом, в случае, когда в ОС отсутствует драйвер, к примеру, видеокарты, а в UEFI он присутствует, загружен и функционирует, то ОС имеет возможность выводить данные на монитор посредством стандартных интерфейсов UEFI.
5. Поддержка стека протоколов TCP: IPv4/IPv6. Позволяет использовать богатые сетевые возможности непосредственно из интерфейса UEFI. Теперь можно разрабатывать различные загрузки по http/ftp протоколам, тут же на ум приходит загрузка с указанием URL, по которому лежит обычный EFI-модуль, либо полноценный ISO-образ. Стало возможным обойти уже успевшую стать единственно-возможным вариантом, загрузку по сети с использованием PXE/TFTP. Некоторые, особенно продвинутые реализации, могут реализовать поддержку PXE через IPv6.
6. Поддержка традиционной модели BIOS. UEFI не нужен классический BIOS, однако многие производители встраивают код эмуляции BIOS с целью поддержки работоспособности старых операционных систем. Называется этот модуль - модулем поддержки совместимости Compatibility Support Module (CSM). CSM включает 16-битный модуль (CSM16), реализуемый изготовителем BIOS, и слой, связывающий CSM16 с инструментарием (интерфейсом и оборудованием). Совместимость подразумевает поддержку загрузки посредством MBR и поддержку на уровне кода программных прерываний (int 10h - видеосервис, int 13h - сервис работы с диском, int 15h - сервисные функции, int 16h - сервис клавиатуры, int 18h - ROM-BASIC сервис, int 19h - сервис начальной загрузки (bootstrap loader)). Поэтому те ОС и ПО, которым для работы как воздух необходим был старый-добрый BIOS, свободно могут работать и на машинах с UEFI.
7. Интуитивно-понятный интерфейс UEFI. Так называемая “простота управления”. Достаточно спорный момент, невозможно однозначно отнести его к плюсу или минусу. Утверждается, что управление BIOS было не интуитивно, представляя собой плохо документированный, аскетичный текстовый интерфейс, разобраться в котором мог только подкованный в компьютерных технологиях пользователь. В противовес этому, во многих оболочках UEFI поддерживаются графический интерфейс, манипулятор “мышь”, которые в большинстве BIOS просто не реализованы. Однако, если мне не изменяет память, я еще в 90х годах наблюдал попытки реализации поддержки мыши в BIOS от (кажется) Phoenix. Сам интерфейс может быть графическим, по мнению некоторых - более дружелюбным и интуитивным для большинства, но может быть и традиционным, то есть схожим с классическим текстовым, тут все зависит от предпочтений разработчика и позиционирования оборудования. Имеется возможность поддержки нескольких языков.
8. Скорость работы UEFI. Утверждается, что код UEFI выполняется быстрее кода традиционного BIOS (хотя и написан на C), за счет того, что целиком написан “с нуля”, без необходимости "волочить" за собой обоз устаревшего кода поддержки различного нестандартного железа и разнообразных логических анахронизмов.
9. Скорость загрузки ОС. Утверждается, что с UEFI загрузка происходит существенно быстрее. Достигается это за счет распараллеливания инициализации устройств, в противоположность BIOS, который инициализировал оборудование последовательно, а так же уменьшения времени запуска по причине отсутствия необходимости искать загрузчик методом перебора всех устройств (загрузчик указывается в UEFI и вызывается непосредственно). Склонен поверить, поскольку подтвердить либо опровергнуть на данный момент не могу. Однако, если измерить сколько времени уходит на моей старой машинке на Celeron 450/GA-G31M-ES2L с SSD с момента включения и до появления окна авторизации оптимизированной Windows XP, то получится всего 23 секунды. Вероятно, для определенных категорий устройств этого будет недостаточно.
10. UEFI - мини ОС. Можно, конечно же, обозвать UEFI миниатюрной операционной системой, и это, от части, будет справедливо, но корректнее считать её виртуальной платформой, которая предоставляет интерфейсы к оборудованию. Можно работать только в консоли, а можно написать и полноценный графический интерфейс. UEFI, при наличии модулей необходимого функционала, может, к примеру, помочь разобраться в проблемах загрузки основной ОС, или выполнить другие сервисные функции.
11. Дополнительные программные модули. Непосредственно до загрузки операционной системы с носителя UEFI позволяет запускать собственные UEFI-модули и драйвера широкого назначения: по работе с сетью, диском (архивация/бэкап/антивирус), конфигурацией параметров, тестированию оборудования. Очевидно, что с популяризацией стандарта список UEFI-приложений будет только расширяться. Уже сейчас можно даже написать полноценную игру, разработать собственную консоль для сервисных нужд в виде отдельного UEFI-модуля (пример: shell.efi), интернет-браузер, обеспечить работу с медиаданными (просмотр фильмов, прослушивание музыки), организовать резервное копирование дисков.
12. UEFI содержит встроенный менеджер загрузок. То есть, реализует собственный загрузчик кода ОС, который очень функционален и может выступать аналогом знакомых нам по не столь далекому прошлому мультизагрузчиков нескольких операционных систем.
13. Размер блока ввода-вывода. В UEFI при чтении используется особый размер блока EFI ввода-вывода, позволяющий читать по 1Мб данных (в BIOS ограничение – 64Кб).
14. Безопасность. Якобы UEFI защищена от вредоносного кода этапа загрузки. Утверждается, что вредоносный код не может загрузить себя до загрузки операционной системы, перехватив тем самым управление. Это достигается и за счет подписывания всего подряд в самой прошивке, так и за счет существования безопасной процедуры загрузки под названием “Secure Boot”.
15. Простота масштабирования функционала. Прошивка UEFI может легко расширяться - достаточно вставить поддерживаемый накопитель (к примеру USB-флешку). После этого с внешнего устройства можно подключить дополнительные драйверы, приложения UEFI. Если подумать, тем самым открываются прекрасные возможности расширения функционала, которые нельзя было получить с помощью традиционного BIOS, поскольку он был ограничен исключительно зашитым в ROM кодом. В UEFI же можно "подсунуть" драйвер новой железки непосредственно еще на стадии работы UEFI, то есть до начала загрузки операционной системы, и получить доступ к функционалу этого устройства.
16. Код UEFI функционирует в 32-/64-битном режиме. Со всеми вытекающими.. преимуществами. Если быть уж совсем честным, то всё же UEFI использует реальный режим в самом начале для выполнения некоторых задач инициализации платформы, однако очень быстро уходит в защищенный/длинный режим.
17. Поддержка альтернативных средств ввода. UEFI обеспечивает поддержку альтернативных средств ввода данных, таких как виртуальные клавиатуры и сенсорные дисплеи. Это достаточно актуально в нашу эпоху различных мобильных гаджетов.

Недостатки UEFI

А теперь хотелось бы осветить недостатки технологии UEFI:

1. Усложнение архитектуры. Все преимущества EFI не являются настолько уж значимыми перед основным её недостатком - усложнением структуры кода. Значительное увеличение объема кода, его логическое усложнение никак не способствуют облегчению разработки, скорее даже наоборот. А ведь до и параллельно с UEFI, альтернативой устаревшей модели BIOS были открытые реализации, к примеру OpenBIOS, которые были отвергнуты.
2. Secure Boot. Тут разработчики операционных систем решили сразу несколько проблем: частично проблему пиратства, исключив обход активации путем внедрения активаторов в этапы загрузки, проблему вредоносного кода (вирусов) стадии загрузки и проблему сохраняющих популярность устаревших операционных систем, с которых ну никак не хотят уходить пользователи:) В действительности вышло так, что в отдельных особенно умных устройствах, из-за наличия не отключаемой опции "Secure Boot", зачастую невозможно установить никаких ОС кроме систем линейки Windows версии 8+, поскольку сертифицированные загрузчики на данный момент имеют лишь последние. Согласитесь, смахивает на довольно топорный способ борьбы со скупыми пользователями и конкурентами, хотя сама Microsoft всячески отрицает подобную ситуацию. Одним словом, технология способна доставить массу неудобств, хорошо хоть у большинства вендоров эта опция (пока еще) отключается в настройках.
3. Невозможность установки старых ОС (в некоторых случаях). Невозможно установить старые системы при отсутствии режима совместимости (CSM).
4. Отступление от стандарта. Каждый производитель аппаратных компонентов по своему усмотрению модифицирует UEFI, тем самым создавая для пользователя дополнительные трудности, фактически возвращая нас в хаос BIOS? Например, на различных устройствах менеджер загрузки может быть реализован по-разному, при этом иметь достаточно существенные отступления от рекомендаций спецификации UEFI. На практике, иногда попадались забагованные UEFI, которые игнорировали параметры списка загрузки NVRAM и просто грузили код из \EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi или EFI/BOOT/bootx64.efi . Или менеджер загрузки в одних реализациях может содержать комбинированный список из MBR и GPT устройств, в других же разные списки загрузки, что вводит некоторую сумятицу.
5. Внедрение средств контроля контента. Стандарт UEFI предусматривает наличие неких драйверов, которые будут перехватывать вызовы операционной системы, таким образом можно реализовать DRM (Digital Restrictions Management, технические средства защиты авторских прав). Суть алгоритма следующая: человеку, у которого все работает, предлагается за его же счет установить такое программное обеспечение или оборудование, чтобы часть функций в его работающих системах воспроизведения цифрового контента (компьютеры, мультимедиа-плееры и др.) более не работала привычным образом. Существуют небезосновательные опасения, что создание UEFI - это завуалированный способ введения в ПК нежелательных для конечного пользователя функций.
6. Возможность внедрения нежелательных модулей. Невозможно гарантировать, что операционная система на 100% контролирует компьютер, если она загружается с помощью UEFI!

Алгоритм работы UEFI

В процессе разработки UEFI, разработчика, с самого начала, были установлены жесткие рамки для каждого процесса, участвующего в ходе выполнения. Первые три фазы (SEC, PEI, DXE) подготавливают платформу для загрузчика ОС, четвертая фаза (BDS) непосредственно производит загрузку загрузчика ОС. Давайте попробуем разобрать алгоритм работы UEFI и подробнее рассмотреть все его фазы.

• Фаза SEC. (Security, Безопасность). Фаза безопасности. Все должно быть подписано и проверено иначе не будет запущено!
  • Очистка CPU кэша.
  • Запуск главной процедуры инициализации в ROM.
  • Переход в защищенный режим работы процессора.
  • Инициализируются MTRR (диапазонные регистры типа памяти) для BSP.
  • Запуск патчей микрокода для всех установленных процессоров.
  • Начальная работа с BSP/AP. BSP = Board Support Package. AP = Application Processor. Каждое ядро может быть представлено как BSP + AP. Всем AP рассылается IIPI (Init Inter-processor Interrupt), затем SIPI (Start-up Inter-processor Interrupt).
  • Передача данных и управления в фазу PEI.
• Фаза PEI. (Pre-EFI Initialization, Пред-EFI Инициализация). Подготовка платформы (памяти и обнаруженных устройств) для главной процедуры инициализации системы в фазе DXE.
  • Перенос данных из ROM в кеш.
  • Инициализация CRTM (Core Root for Trust of Measurement). Это набор инструкций, который запускается платформой в ходе выполнения RTM-операций.
  • Загружается диспетчер PEI. Диспетчер загружает серию модулей (PEIM), которые варьируются в зависимости от платформы. Эти модули завершают оставшиеся задачи PEI. Стадия завершается, когда все модули загружены.
  • PEIM: Загружаются и запускаются модули инициализации процессоров. (пример: модуль кеша процессора, модуль выбора частоты процессора). Инициализируются процессоры.
  • PEIM: Встроенные интерфейсы платформы инициализируются (SMBus). Инициализируются MCH (Memory Controller Hub), ICH (I/O Controller Hub).
  • PEIM: инициализация памяти. Инициализация основной памяти и перенос в нее данных из кэша.
  • Проверка режима S3. Нет - передача управления в фазу DXE. Да - восстановление исходного состояния процессора и всех устройств и переход к ОС.
• Фаза DXE. (Driver eXecution Environment, Среда загрузки драйверов). Загрузка компонентов этой фазы базируется на ресурсах, которые были инициализированы в фазе PEI. Фаза окончательной инициализации всех устройств. Запуск служб UEFI: Boot Services, Runtime Services и DXE Services.
  • Загружается ядро DXE. Создается инфраструктура DXE: создаются необходимые структуры данных, база данных хендлов. Включает основные интерфейсы DXE. Запускает ряд сервисов: сервисы этапа загрузки (Boot Services), сервисы этапа выпонения (Runtime Services), сервисы фазы DXE (DXE Services).
  • Запуск диспетчера DXE. Посредством переданного из PEI списка Hand-off Block структур (HOB list) определяет доступные Firmware Volume (FV, структурированная база данных исполняемых модулей DXE: драйверов и приложений) и ищет в них драйвера, запускает их, соблюдая зависимости. В этот момент производится активация остальных компонентов, причем одновременно нескольких. Диспетчер грузит все доступные драйвера со всех доступных носителей.
  • Загрузка драйвера SMM Init. Инициирует подфазу. SMM (System management mode) - один из привилегированных режимов исполнения кода x86-процессора, в котором процессор переключается на независимое адресное пространство, сохраняет контекст текущей задачи, затем выполняет необходимый код, затем возвращается в основной режим. Зачем нам SMM? А потому что в этом режиме можно сделать с системой все что угодно и не зависимо от ОС. Код SMM может исполняться и после окончания фазы DXE.
  • Запускается UEFI Boot Manager. Это происходит после запуска всех драйверов. Управление передается в фазу BDS.
• Фаза BDS. (Boot Device Selection, Выбор устройства загрузки). Реализует политику загрузки платформы. Основная задача - подключить устройства, необходимые для загрузки, выбрать (вручную или автоматически) устройство загрузки и загрузиться с него. Зачастую выполняет рекурсивный поиск по всем доступным FV и пытается найти доступный для загрузки контент.
  • Инициализируются консольные устройства, описываемые переменными окружения ConOut (ConsoleOutHandle), ConIn (ConsoleInHandle), StdErr (StandardErrorHandle).
  • Загружаются UEFI-драйвера устройств, перечисленные в переменной окружения DriverOrder (содержащей опций Driver#### в порядке загрузки).
  • Загружается UEFI-приложение с устройства загрузки Boot#### . Списки устройств содержатся в переменной окружения BootOrder в порядке очередности загрузки.
  • Если не смогли выполнить что-либо из вышеперечисленного, то вызываем диспетчер DXE для проверки обеспечения зависимостей дополнительных драйверов с момента последнего вызова диспетчера. После чего управление опять возвращается в фазу BDS.

Алгоритм работы UEFI Boot Manager

Концепция загрузки UEFI существенно отличается от аналогичной в BIOS. Если вспомнить BIOS, то за загрузку там отвечал код начального загрузчика int 19h (bootstrap loader), задача которого состояла лишь в том, чтобы загрузить главную загрузочную запись (MBR) с устройства загрузки в память и передать ей управление. В UEFI всё несколько интереснее, она содержит свой собственный полноценный встроенный загрузчик, который носит название UEFI Boot Manager (Менеджер загрузки UEFI или просто Boot Manager), имеющий куда более богатый функционал.

UEFI Boot Manager - стандартный типовой модуль UEFI.

Boot Manager реализует довольно широкий набор функций, в число которых входит загрузка таких UEFI-образов, как: UEFI-загрузчиков ОС первой стадии, UEFI-драйверов, UEFI-приложений. Загрузка может производиться из любого UEFI-образа, размещенного на любой поддерживаемой UEFI файловой системе, располагающейся на любом поддерживаемом платформой физическом носителе информации. UEFI Boot Manager имеет свою собственную конфигурацию, параметры которой в виде ряда переменных располагаются в общей NVRAM (Non-volatile RAM).

EFI NVRAM - общая область памяти, предназначенная для хранения параметров конфигурации UEFI, доступная для использования разработчикам прошивки, производителям оборудования, разработчикам операционных систем и пользователям.

Параметры UEFI хранятся в NVRAM в виде переменных, которые классически представлены парой "название параметра" = "значение". Эти переменные содержат большое количество параметров, которые относятся к разным функциональным частям UEFI, то есть, помимо параметров UEFI Boot Manager"а, NVRAM хранит и многие другие параметры UEFI. Однако, в контексте данной главы нас интересуют лишь переменные, относящиеся к UEFI Boot Manager. Это, в первую очередь, переменная BootOrder , которая указывает на переменные дескрипторов загрузки с именами Boot#### . Каждый элемент Boot#### представляет собой указатель на физическое устройство и (опционально) может описывать даже файл, представляющий собой образ UEFI, который должен с этого физического устройства грузиться.

Все загрузочные устройства описываются в виде полного пути, то есть содержат читаемое имя загрузочного файла, поэтому могут добавляться в меню загрузки.

Вот так, примерно, я представляю себе алгоритм перебора носителей в процессе работы UEFI:

Как мы видим, UEFI Boot Manager парсит BootOrder , то есть загружает путь устройства каждого элемента Boot#### в порядке, заданном в переменной BootOrder и пытается выполнить загрузку с указанного устройства. В случае ошибки менеджер загрузки переходит к следующему элементу. Кроме этого, формируется так называемый список загрузки. Этот список актуален для интерфейса настроек UEFI и выглядит как привычное стандартное меню загрузки (Boot Menu). UEFI Boot List формируется на основе переменной BootOrder и используется для внесения пользователем изменений в очередность и конфигурацию устройств загрузки.
А как же формируется сам BootOrder ? А очень просто, например в процессе установки операционной системы Windows, инсталлятор создает раздел ESP (в случае его отсутствия) на установочном диске, форматирует данный раздел в файловую систему FAT, затем помещает свой загрузчик (для Windows 7+ это файл bootmgfw.efi ) и некоторые другие файлы по пути \EFI\Microsoft\Boot\ . По окончании установки ОС, инсталлятор Windows создает переменную в EFI NVRAM с именем Boot#### (где #### - шестнадцатеричный номер), ссылающуюся на менеджер загрузки Windows с именем bootmgfw.efi . Затем, правит переменную BootOrder ?

Требования к загрузочным носителям UEFI

Спецификация UEFI, наряду с прочим, описывает и определенные требования к правилам размещения разделов и загрузчиков на носителях. И для различных классов устройств, как мы увидим далее, они существенно отличаются.

Требования для жестких дисков

Каждый загрузочный жесткий диск должен содержать специальный раздел EFI System Partition (ESP). В разделе ESP должна соблюдаться предопределенная стандартом иерархия директорий (структура): в корне раздела ESP должна размещаться директория /EFI . В папке /EFI , в свою очередь, должны располагаться подкаталоги вендоров операционных систем, производителей оборудования, общего инструментария и драйверов:

\EFI \<директория вендора ОС 1> <файл-загрузчик-ОС1>.efi \<директория вендора ОС 2> <файл-загрузчик-ОС2>.efi . . . \<директория вендора ОС N> <файл-загрузчик-ОСN>.efi \<директория производителя оборудования (OEM)> .efi \<директория BIOS вендора> <приложение-BIOS-вендора>.efi \<директория вендора стороннего ПО> <стороннее-приложение>.efi \BOOT BOOT{тип_архитектуры}.efi

\<директория вендора ОС 1> <файл-загрузчик-ОС1>.efi \<директория вендора ОС 2> Реестре поддиректорий . Вендоры, директории которых не описаны в поддиректории вендоров и которые не имеют собственных поддиректорий в папке /EFI , зачастую размещают свой загрузчик как "загрузчик по-умолчанию". К примеру, для x64 систем по пути: /EFI/Boot/bootx64.efi . Файл загрузчика (boot loader) является типовым UEFI-приложением, имеет формат PE32+ и содержит код начальной стадии загрузки операционной системы, то есть начинает процесс загрузки ОС. Его цель - подготовить структуры данных, загрузить ядро ОС в память и передать ему управление. В спецификации описана поддиректория /EFI/Boot . Данная поддиректория используется как расположение "по умолчанию", то есть в ситуации, когда по каким-либо причинам в NVRAM сбивается (не настроен) какой-либо загрузчик. Для подобного случая в данной директории располагается так называемый "загрузчик по-умолчанию" (fallback boot loader), который имеет стандартизованное наименование BOOT{тип_архитектуры}.efi Некоторые старые реализации UEFI были "забагованы", они попросту игнорировали список загрузки в NVRAM и грузили напрямую модули либо /EFI/BOOT/bootx64.efi . Другие же, не менее "прямые" варианты UEFI не поддерживали меню загрузки и тоже всегда загружали /EFI/Boot/bootx64.efi либо /EFI/Microsoft/Boot/bootmgfw.efi в зависимости от своих таинственных предпочтений. Загрузка в Legacy-режиме UEFI не запускает никакого кода из классического MBR, вне зависимости от того, присутствует сектор на установленных в системе носителях или нет. Исключение составляют версии UEFI с реализацией поддержки "режима совместимости". В следствии этого, для традиционной (legacy) загрузки операционных систем, совместимых со стандартом разметки MBR, в UEFI предусмотрены специальные модули, которые могут быть (по усмотрению вендора) включены в прошивку. Узнать поддерживает ли конкретно Ваша UEFI-прошивка "режим совместимости" можно поискав в интерфейсе UEFI такие параметры как Legacy , Legacy CSM , Launch CSM , CSM Boot , CSM OS , Запуск CSM или CSM Support . Надо отметить что в подавляющем большинстве прошивок данный режим присутствует, что сильно упрощает жизнь пользователей, купивших новые ноутбуки или материнские платы, но так и не изменивших своих привычек в использовании "старых" операционных системам от MS:) Логично предположить, что в случае наличие CSM модуля, код прошивки при загрузке в традиционном режиме должен максимально приближаться к аналогичным функциональным особенностям традиционных BIOS, попросту эмулируя ключевые технологии. Давайте посмотрим, какие действия производит модуль поддержки совместимости (CSM) UEFI при загрузке в традиционном режиме. Приведу здесь пока лишь абстрактно-условный алгоритм загрузки в режиме Legacy/Compatibility Support Module (CSM): Требуется ли загрузка в традиционном (legacy) режиме? Если нет, то уходим на обычную цепочку UEFI Boot. Загружаем модуль Legacy Driver. Загружаем модуль Legacy BIOS. Требуется ли поддержка традиционных функций видео-BIOS (реализация функций прерывания int 10h)? Да - загружаем. Требуется ли поддержка остальных традиционных расширений BIOS (int 13h..)? Да - загружаем. Загружаем традиционную (legacy) ОС? Нет - уходим на нормальную загрузку UEFI. Формируем SMBIOS структуры. Формируем структуры Legacy Device. Формируем структуру прерывания int 15h, структуру BBS (BIOS Boot Specification) API. Формируем ACPI RSD PTR. Загружаем совместимый SMM код. Загружаем код из MBR и передаем ему управление. Мультизагрузка в UEFI С самого начала массового распространения персональных компьютеров, время от времени вставала задача развертывания нескольких операционных систем на одном ПК, в котором мог размещаться один или несколько физических носителей. Не так давно ситуацию существенно изменило открытие технологии виртуализации, но полностью проблему это не сняло. В классическом своём понимании, применительно к станциям, загружающимся по традиционному способу PC/AT BIOS с использованием классической разметки MBR, мультизагрузка представляла собой сторонний код в главном загрузочном секторе (MBR), который загружает так называемый менеджер загрузки (мультизагрузчик), хранящий настройки для каждой установленной на компьютере операционной системы и предоставляющий меню выбора загрузки той или иной ОС. Если говорить про наше время, то есть про мультизагрузку применительно к носителя, разбитым уже при помощи GPT разметки, то теперь многое изменилось. Как мы уже отмечали, UEFI напрямую умеет работать с GPT-дисками, поэтому задача по установке нескольких операционных систем существенно упрощается. Теперь все функции мультизагрузчика берет на себя встроенный UEFI Boot Manager, принципы функционирования которого мы описали выше. Инсталлятору ОС достаточно лишь сделать то, с чем он и так прекрасно справляется: разместить загрузчик на специальный раздел ESP в "свою" иерархию директорий, после чего этот загрузчик становится "видимым" в настройках UEFI. Помимо установщика ОС, теперь и сам пользователь при помощи настроек (графического/текстового интерфейса UEFI) может вручную добавить загрузчик, находящийся на любом подключенном и видимом системой физическом носителе. Все эти добавленные различными способами загрузчики становятся доступными через Меню загрузки, которое пользователь может настраивать/вызывать непосредственно во время работы UEFI, то есть на начальной стадии загрузки ПК. Другими словами, мультизагрузка в UEFI просто вопрос запуска UEFI-приложений (загрузчиков конкретных ОС), размещающихся на подключенных носителях на специальном разделе ESP в иерархии директорий с корнем в /EFI .