https://blog.csdn.net/xiaochenXIHUA/article/details/159314778?spm=1001.2014.3001.5501一、Legacy Boot与UEFI Boot
1.1、Legacy启动模式与UEFI启动模式解析
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| Legacy启动模式 | UEFI启动模式 |
| 定义： 《1》Legacy Boot是基于主板上传统BIOS固件，开机后通过主引导记录(MBR)加载系统。 《2》Legacy启动模式，是一种传统、古老的BIOS启动方式，必须搭配【MBR分区表】使用。 | 定义： 《1》UEFI(Unified Extensible Firmware Interface)是新一代的主板启动方式，用来替代Legacy BIOS，目前的电脑、新系统默认都使用它。 《2》UEFI为操作系统和固件提供了更加强大、安全、方便的交互途径。UEFI BIOS作为一种新的BIOS自然也兼容老的legacy启动方式。 《3》如何确定自己的启动模式呢，方法是进入BIOS，然后找到有一项叫"boot mode"，选中"UEFI boot"就是UEFI启动模式，选中"Legacy boot"就是Legacy启动模式。 |
| 完整启动流程： 【上电与复位-->上电自检-->BIOS启动介质选择-->MBR读取与验证-->MBR解析分区表-->VBR启动系统引导管理器-->加载系统内核并启动-->内核接管启动系统】 《1》上电与复位（Power-On/Reset；主板通电后，CPU从固定物理地址0xFFFFFFF0或0xFFFF0取第一条指令；该地址映射到主板上的SPI Flash ROM中的BIOS固件入口点，CPU处于16位实模式，寻址空间限制在1MB）; 《2》上电自检（Power-On Self-Test；BIOS ROM中的Boot Block模块执行CPU寄存器初始化、内存检测、显卡初始化、键盘控制器检测、CMOS读取、存储设备枚举等硬件串行检测，耗时久，上电自检过程中若有错误则通过蜂鸣提示，且显示出自检信息）； 《3》BIOS启动介质选择（根据CMOS中设置的启动顺序，BIOS按照顺序遍历每个设备(硬盘-->USB-->光驱-->网络PXE)对每个设备执行可启动介质检查）； 《4》主引导记录(MBR)读取与验证（按照CMOS启动顺序扫描存储设备，读取硬盘的第一个扇区(512字节【0-445字节是Bootstrap code引导代码；446-509字节是4*16字节的分区表；510-511是启动签名0x55AA】)到内存地址0x7C00）； 《5》MBR解析分区表（MBR代码扫描4个分区表条目，找到活动分区，然后从该活动分区的VBR(Volume Boot Record)读取首扇区，VBR包含包含该分区文件系统的引导代码）； 《6》VBR启动系统引导管理器(如：windows的bootmgr；Linux的grub)； 《7》加载系统内核并启动(如：windows的winload.exe/winresume.exe；linux的vmlinuz(压缩内核)+initrd(initramfs)；Bootloader读取分区文件系统，将内核镜像加载到内存，设置引导参数，将CPU从实模式切换到包含模式(32位)；跳转执行内核入口点)。 《8》内核接管启动系统（Windows是WinLoad.exe-->ntoskrnl.exe-->会话管理器-->wininit.exe；Linux是start_kernel()-->初始化各子系统-->启动1号进程(systemd/init)）。 | 完整启动流程： 【上电与复位-->SEC安全验证-->PEI前期硬件初始化-->DXE驱动执行环境-->BDS启动设备选择-->系统加载-->内核加载与系统启动】 《1》SEC安全验证（Security Phase；上电-->CPU复位-->SEC阶段开始；CPU同样从固化地址执行第一条指令【建立临时内存(Cache-as-RAM，CAS)，验证固件完整性，创建启动固件卷(Boot Firmware Volume，BFV)的信息，将控制权传递给PEI】）； 《2》PEI前期硬件初始化（Pre-EFI Initialization；SEC-->PEI Foundation-->PEI Modules(PEIM)；PEI Foundation是内存检测与初始化；PEIM是PEI模块发现并安装主要固件卷；这一步骤主要是对【内存初始化(从CAR过渡到真实DRAM)-->主板平台初始化(芯片组、南桥固件加载)-->DXE入口发现(定位DXE固件卷)-->CPU模式切换(可能从32位过渡到64位)-->S3/S5唤醒支持(休眠/关机状态恢复)】）； 《3》DXE驱动执行环境（Driver Execution Environment；PEI-->DXE Foundation-->DXE Drivers-->BDS；【DXE Foundation是提供UEFI核心服务】【DXE Drivers是按依赖顺序逐个加载的驱动程序】【Boot Services服务包含(AllocatePages、LoadImage、StartImage、ExitBootServices)】【Runtime Services服务包含(GetTime、SetVariable等)】【Protocols服务包含设备驱动协议(如：Block I/O、Device Path、Graphics)】DXE阶段枚举所有硬件并加载对应驱动，完成后构建硬件抽象层(HAL)所有设备已初始化）； 《4》BDS启动设备选择（Boot Device Selection；DXE-->BDS-->UEFI Boot Manager-->ESP；【BDS(Boot Device Select)是固件与操作系统的分界点】；【UEFI Boot Manager执行逻辑如下：1、读取NVRAM中的Boot Order(如：boot0001是\EFI\Ubuntu\grubx64.efi；boot0002是\EFI\Microsoft\Boot\bootmgfw.efi；boot0003是USB(FAT32)；2、尝试按顺序启动(对每个Boot条目都读取并验证.efi文件)；3、EFI System Partition(ESP)查找；4、安全启动(Secure Boot)验证(验证.efi的PK/KEK/DB/DBX签名；未签名或签名在黑名单中则拒绝执行)；5、加载EFI应用(LoadImage()+StartImage()将.efi加载到内存)；然后将控制权交给Bootloader(如GRUB、Windows Boot Manager)】）； 《5》系统加载（OS Bootloader；Linux的EFI入口是grubx64.efi/shimx64.efi，后续加载GRUB读取/boot/grub/-->加载vmlinuz+initrd；windows的EFI入口是bootmgfw.efi，读取BCD-->加载winload.efi-->ntoskrnl.exe）； 《6》内核加载与系统启动（Bootloader完成ExitBootServices()调用；UEFI Boot Services终止，Runtime Services保留(供OS运行时调用)；内核完全接管系统）。 |
| 关键特性： **《1》分区表绑定：**必须使用MBR，不支持GPT； **《2》硬盘上限：**最大仅支持2.2TB，超量的空间无法识别； **《3》分区数量：**最多只支持4个主分区与多个扩展分区； **《4》兼容性：**完美支持windowsxp/7等老旧系统； **《5》性能：**开机后自检慢、引导效率低、没有安全启动(Secure Boot)； **《6》文件系统：**主要支持FAT32，对NTFS引导则依赖引导代码； 《7》Legacy启动模式支持32位、64位的操作系统； | 关键特性： **《1》启动速度更快：**跳过复杂自检，直接加载系统； **《2》支持超大硬盘：**搭配GPT分区表，无容量限制； 《3》分区更灵活：GPT支持128个主分区，不用再纠结主分区与扩展分区； **《4》安全启动：**防止恶意程序篡改引导（Win11强制要求）； 《5》图形化界面：固件界面支持鼠标、高分辨率、设置更友好； 《6》UEFI启动模式只支持64位的操作系统； 《7》Linux系统若采用UEFI启动模式，必须添加【/boot/efi】分区； |
| 适用场景： 《1》2012年及其以前的老电脑、旧硬件(主板/BIOS不支持UEFI)； 《2》必须安装Windows7/xp这类更早的原生不支持UEFI的系统； 《3》硬盘容量小于等于2TB、不用多分区与安全启动。 《4》只安装32位的windows系统； 《5》极简、嵌入式系统（UEFI固件体积大，资源首先环境下BIOS更轻量）； | 适用场景： 《1》2012年后的新电脑、新主板主板默认支持UEFI； 《2》需要安装Windows8、Windows10、Windows11系统； 《3》硬盘容量大于2TB； 《4》需要多系统、多引导（如：windows+Linux双系统）； 《5》需要安全启动（防止恶意软件、勒索病毒篡改引导）； 《6》追求更快的开机速度（可跳过冗长自检、直接加载EFI引导、支持快速启动）； 《7》新硬件（如：NVME固态硬盘在UEFI+GPT才能发挥应有性能）； 《8》需要超过4个主分区； 《9》虚拟机/云环境（QEMU/KVM、VMware、Azure VM大多使用UEFI）。 |
[【legacy启动模式】与【UEFI启动模式】解析]
1.2、BIOS与UEFI的对比
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| 对比维度 | Legacy BIOS | UEFI |
| 执行模式 | 16位实模式 | 32/64位保护模式/长模式 |
| 寻址能力 | 最大1MB | 物理、虚拟内存全都支持 |
| 分区方案 | MBR(4个主分区；最大支持2TB硬盘空间) | GPT(128个主分区，最大18EB) |
| 引导代码位置 | MBR首446字节 | EFI System Partition(FAT32) |
| 启动介质扫描 | 遍历设备MBR | NVRAM Boot Entries+回退路径 |
| 固件架构 | 单体式(monolithic) | 模块化(SEC-->PEI-->DXE-->BDS) |
| 安全机制 | 无内置安全 | Secure Boot+TPM支持 |
| 驱动加载 | BIOS中内置 | DXE驱动加载 |
| 高速启动 | 无 | Fast Boot/Quick Boot |
| 多系统支持 | 依赖第三方bootloader | 原生多系统引导 |
| 用户交互 | 文本界面(CMOS Setup) | 图形界面(HII) |
| 运行时服务 | 无 | Runtime Services(Get Variable等) |
[Legacy BIOS与UEFI的对比]
二、Legacy Boot的网络启动解析
2.1、Legacy Boot集成的PXE实现原理
虽然现在所有的服务器厂商都将BIOS的实现换成了UEFI，但为了兼容性考虑，所有的厂商依然提供老的BIOS形式的基于MBR的Legacy引导方式，在这个模式下，通过PXE可以实现最基础的功能。
**在Legacy模式下，简单来说，PXE是通过网卡内置的一个小固件（PXE Client）实现的。**大致的流程是：在系统启动的时候，会启动网卡里的PXE Client，固件启动后、会发起DHCP请求、当DHCP服务器收到PXE Client的DHCP请求后，会通过预定义的字段返回给客户端IP地址信息、TFTP地址信息、以及需要加载的bootloader的名字。PXE Client收到这些信息后，首先会配置IP地址，此时网络就可以通信了，再根据TFTP的地址和名字信息获取到bootloader并执行，剩下的，就由bootloader去拉起内核和OS。
PXE工作在Client/Server模式下，其中，PXE client集成在网卡的ROM中，当计算机引导时，BIOS把PXE client调入内存执行，由PXE client将放置在远端主机（Server）的文件通过网络下载到本地运行。
如下图可知：运行PXE协议需要设置【DHCP服务器】和【TFTP服务器】。DHCP服务器用来给PXE client（将要安装系统的主机）分配一个IP地址，由于是给PXE client分配IP地址，所以在配置DHCP服务器时需要增加相应的PXE设置。此外，在 PXE client的ROM中，已经存在了TFTP Client。PXE Client通过TFTP协议到TFTP Server上下载所需的文件。
2.2、DHCP服务配置
以Cobbler中的DHCP服务的配置文件为例说明【最重要的配置只有【next-server】和【filename】，next-server指明了tftp server服务器的地址，filename指明了bootloader的名字（是相对路径，对应tftp根目录下的【grub】目录下的文件），有了这两个内容，PXE Client就可以去tftp上去获取bootloader并加载了。】(DHCP服务配置文件中，对于不同平台，有不同的标识，可查看RFC4578标准)：
bash
#Cobbler中DHCP服务的配置文件【/etc/cobbler/dhcp.template】需修改的内容如下
#【subnet】表示网段。
#【option routers】表示网关。
#【option domain-name-servers】表示DNS
#【option subnet-mask】表示子网掩码
#【range dynamic-bootp】表示DHCP动态分配的IP地址范围（前提是这些IP未被使用，否则会冲突）
subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
option routers 192.168.1.1;
option domain-name-servers 223.5.5.5;
option subnet-mask 255.255.255.0;
range dynamic-bootp 192.168.1.130 192.168.1.254;
default-lease-time 21600;
max-lease-time 43200;
next-server 192.168.1.35;#关键配置！用于指明tftp server所在的服务器的IP地址
filename "pxelinux.0"; #关键配置！用于指明引导加载程序(bootloader)的名字
} 
2.3、TFTP服务配置引导加载程序及其加载程序的界面配置
TFTP不需要配置，只用安装并启动就行了；主要是需要准备好启动所需要的【引导加载程序(bootloader)】和【内核(vmlinuz)】【临时根系统(initrd)】等文件。 为了简单、一般来说PXE里不使用grub作为bootloader、使用最多的还是pxelinux，他是syslinux的一部分，所以很简单，只需要安装【syslinux】就行了，在CentOS系统里，这个文件在/usr/share/syslinux/pxelinux.0（在Cobbler中TFTP的pxelinux.0文件是在【/var/lib/tftpboot/】目录下）,直接拷贝到tftp的根目录下即可。需要注意的是，在syslinux 5.0以上的版本，还需要把ldlinux.c32这个文件同步拷贝到tftp根目录下。
有了引导加载程序(bootloader；即:pxelinux.0)、还需要引导加载程序(bootloader)的配置文件(如：pxelinux.cfg/default)，针对pxelinux.0来说，默认会根据以下的顺序加载配置文件：
/pxelinux.cfg/b8945908-d6a6-41a9-611d-74a6ab80b83d
/pxelinux.cfg/01-88-99-aa-bb-cc-dd
/pxelinux.cfg/C0A8025B
/pxelinux.cfg/C0A8025
/pxelinux.cfg/C0A802
/pxelinux.cfg/C0A80
/pxelinux.cfg/C0A8
/pxelinux.cfg/C0A
/pxelinux.cfg/C0
/pxelinux.cfg/C
/pxelinux.cfg/default
其中，根目录指的是和pxelinux.0相同的目录，这么做的目的是为了方便同一个PXE Server为多个机器服务，每个机器可以通过单独的配置文件进行配置，而不用为每台客户端配置一个PXE Server了。实际上、装机系统cobbler、也是基于这个特性，来解决不同机器的不同装机配置问题的【引导加载程序(bootloader)的配置文件(如：pxelinux.cfg/default)很简单，只需要指明文件中的【kernel】和【initrd】的文件即可，默认情况下这些文件依然会从tftp里去取。至于vmlinuz和initrd.img这两个文件的获取，最简单的办法，就是从系统发行版的iso安装镜像里去找就可以了】
bash
#引导加载程序(bootloader)的配置文件(如：pxelinux.cfg/default)内容示例
LABEL 启动的菜单名称(如：centos7.9-x86_64)
MENU LABEL 启动的菜单名称(如：centos7.9-x86_64)
kernel /images/centos7.9-x86_64/vmlinuz
append initrd=/images/centos7.9-x86_64/initrd.img inst.ks.sendmac inst.ks=http://192.168.1.35/cblr/svc/op/autoinstall/profile/centos7.9-x86_64 inst.repo=http://192.168.1.35/cblr/links/centos7.9-x86_64
ipappend 2到这里，恭喜你一个最简单的PXE Server就搭建完成了。已经可以在客户端测试是否可以安装系统了。
三、UEFI Boot的网络启动解析
2.1、UEFI Boot集成PXE的实现原理
相比Legacy启动直接读取MBR启动分区的第一个扇区作为引导的逻辑，UEFI启动变得强大了很多，在UEFI模式下，固件具有直接读取FAT文件系统的能力，并且直接通过运行EFI可执行文件的方式进行引导。 因为这个显而易见的变化，导致对应到PXE相关的实现上，也会有相应的区别。
下面再看一个PXE配置方案，与Legacy+PXE一样，UEFI的网络启动也是需要【DHCP】与【TFTP Server】，只是DHCP服务器的配置有些不一样（即filename后的引导加载程序不同）：
bash
#Cobbler中DHCP服务的配置文件【/etc/cobbler/dhcp.template】需修改的内容如下
#【subnet】表示网段。
#【option routers】表示网关。
#【option domain-name-servers】表示DNS
#【option subnet-mask】表示子网掩码
#【range dynamic-bootp】表示DHCP动态分配的IP地址范围（前提是这些IP未被使用，否则会冲突）
subnet 192.168.1.0 netmask 255.255.255.0 {
option routers 192.168.1.1;
option domain-name-servers 223.5.5.5;
option subnet-mask 255.255.255.0;
range dynamic-bootp 192.168.1.130 192.168.1.254;
default-lease-time 21600;
max-lease-time 43200;
next-server 192.168.1.35;#关键配置！用于指明tftp server所在的服务器的IP地址
filename "grubx64.efi"; #关键配置！用于指明引导加载程序(bootloader)的名字
} 2.2、DHCP服务配置
只是把DHCP的配置文件中的【filename】的配置换成了【grubx64.efi】，这意味着在UEFI启动里，放弃了使用pxelinux，转而使用了grub，当然其实SYSLINX也是有efi的，文件名syslinux.efi，但是因为确实用的比较少，所以在这个环境里就换成了grub作为引导加载程序(Bootloader)。
接下来是grubx64.efi和配置文件的准备（以红帽为例，若本身机器就是用的UEFI启动，则可以直接拷贝【/boot/efi/EFI/redhat/grubx64.efi】文件即可；若系统是基于MBR安装，那么可以从对应的系统iso介质的【EFI/BOOT】目录中拷贝【grubx64.efi】出来放置到TFTP服务的根目录下【/var/lib/tftpboot/】即可；其它Linux发行版本获取grubx64.efi的方法也是类似）。
2.3、TFTP服务配置引导加载程序及其加载程序的界面配置
TFTP不需要配置，只用安装并启动就行了；主要是需要准备好启动所需要的【引导加载程序(bootloader)（如：grub/grubx64.efi）】和【内核(vmlinuz)】【临时根系统(initrd)】等文件。 。因此，只需要配置一个grub.cfg就行了，把这个配置文件放在和grubx64.efi同目录下：
bash
#引导加载程序(bootloader)的配置文件(如：pxelinux.cfg/default)内容示例:
set timeout=5
menuentry 'RHEL' {
linuxefi images/vmlinuz
initrdefi images/initrd.img
}到这里，恭喜你，一个最简单的UEFI的PXE启动方式就配置完成了。