在双启动系统中，BIOS如何选择要运行的引导加载程序？

Question

在双启动系统中，BIOS如何选择要运行的引导加载程序？

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我有一台Windows和Ubuntu的双系统电脑。当我开机时，BIOS会进行POST，然后启动引导程序。

我想了解BIOS是如何选择要运行的引导程序的。我想了解在双系统电脑中，BIOS和引导程序之间的过程。

- Prashant Singh

7我建议你阅读以下链接：https://en.wikipedia.org/wiki/Power-on_self-test，https://en.wikipedia.org/wiki/BIOS，https://en.wikipedia.org/wiki/Master_boot_record，https://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table，https://en.wikipedia.org/wiki/UEFI。 - waltinator

3个回答

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这张图显示了控制权从固件（BIOS或UEFI）传递到引导加载程序，然后从引导加载程序传递到Ubuntu操作系统。

^{BIOS vs. UEFI} 如果操作系统以不同的模式安装（BIOS和UEFI），使用grub双启动Windows和Ubuntu是无法正常工作的。在一些预装有Windows的计算机上，可以在UEFI设置实用程序中选择启动Windows的选项。

将Ubuntu转换为UEFI模式

启动Boot-Repair，并选择高级选项 -> GRUB位置选项卡。
如果您看不到单独的/boot/efi分区选项，这意味着您的计算机没有任何UEFI分区。
如果您看到单独的/boot/efi分区选项，请在其左侧的复选框中打勾。
点击右下角的应用按钮。

4. 将BIOS设置为以UEFI模式启动硬盘。调整此设置的方法取决于计算机的具体型号，但通常该设置位于BIOS/UEFI设置实用程序的“引导”选项卡下的引导优先级设置中。

或者，您可以在以UEFI模式启动的Ubuntu USB会话中，通过终端将现有的Ubuntu安装从BIOS模式转换为UEFI模式，按照this answer中的说明进行操作。

将Ubuntu转换为BIOS模式

注意：仅在需要将UEFI模式下的Ubuntu安装转换为以BIOS/CSM/legacy模式启动时使用此过程。如果某些硬件在UEFI模式下无法正常工作（例如显卡常常是问题的源头），可能需要进行此转换。然而，如果Windows仍以UEFI模式启动，那么在BIOS/CSM/legacy模式下启动Ubuntu会使引导过程变得更加麻烦——您需要使用计算机内置的引导管理器在操作系统之间切换，而有些计算机的引导管理器可能非常糟糕，这样做可能是不可能的。

如果Ubuntu安装在GPT磁盘上（您可以通过sudo parted -l命令来检查），请使用GParted分区编辑器在其磁盘的开头创建一个BIOS-Boot分区（1MB大小，未格式化文件系统，设置bios_grub标志）。
启动Boot-Repair，并选择高级选项 -> GRUB位置选项卡。
取消勾选单独的/boot/efi分区选项。

点击右下角的应用按钮。将您的BIOS设置为以传统模式引导硬盘。通常，此设置位于BIOS的引导选项卡→启动顺序部分。

将Windows转换为GPT模式

MBR2GPT.exe是一个命令行工具，位于Windows 10的System32文件夹中。使用它，您可以有效且非破坏性地将Windows 10操作系统磁盘从MBR（用于传统BIOS）转换为GPT分区样式（用于UEFI），而无需修改/删除磁盘上的任何数据或进行干净安装Windows 10。

链接：

- karel

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在传统模式下（BIOS引导而非UEFI），BIOS控制着驱动器的顺序。曾经，这个顺序是由电缆控制的；但是改变BIOS设置比打开机箱并更换电缆要方便。

BIOS将第一个磁盘（或由BIOS控制的驱动器顺序）的第一个扇区（512字节的磁盘，称为MBR或主引导记录）加载到内存中，然后将（CPU）控制权传递给此“引导加载程序”。因此，BIOS完成了其工作，第一个扇区中的代码开始运行。

- guiverc

对不起，先生，但我有点困惑，因为BIOS将控制权交给引导加载程序，而Windows和Linux具有不同的引导加载程序，所以它将控制权交给哪个引导加载程序呢？BIOS经历了什么过程来选择引导加载程序？ - Prashant Singh

2您的系统每个磁盘只能有一个引导加载程序（且仅有一个处于活动状态）。通常，如果您的系统上有两个操作系统，则第二个安装的操作系统拥有引导加载程序，因为它将自己的代码写入了MBR。这就是为什么GNU/Linux（Ubuntu）使用GRUB的原因；它是一个多步骤系统（步骤1是MBR，步骤1.5和2位于/boot中），它会出现菜单询问您要加载/运行哪个操作系统（grub知道的那些，以及您添加到其中的任何ISO文件）。如果您有两个硬盘驱动器，则可以在每个驱动器上都有一个引导加载程序，但BIOS将确定哪个将运行。 - guiverc

如果我的电脑上有两个操作系统，那么GRUB是否必须显示一个菜单来询问我要加载哪个操作系统，为什么不是Windows的引导加载程序显示这个菜单呢？毕竟我电脑上有两个操作系统。 - Prashant Singh

Windows也有一个引导加载程序（至少到Vista为止）；但它不像Grub那样智能。Windows版本不会搜索非微软产品（也无法读取ext/reiserfs/xfs/zfs/btrfs/...），因此你必须自己添加*nix；而且下次更新......Windows版本不值得使用，因为Grub要好得多。如果Windows安装在一块硬盘上，Ubuntu安装在另一块上，你可以通过BIOS修改引导；但Grub更快、更容易。（如果对我的回答满意，请接受并关闭问题） - guiverc

谢谢，现在我明白了开机过程中发生的事情。 - Prashant Singh

@PrashantSingh - 在一个多启动系统中，所有的操作系统都是Windows的某个版本，那么本地的Windows多启动选项将会起作用。在我的系统上，我有4个Windows系统，Win XP Pro（32位），Win XP X64（64位），Win 7 Pro（64位）和Win 10 Pro（64位）（这只能工作是因为我的硬件组件足够旧以支持Win XP的驱动程序，并且足够新以支持Win 10的驱动程序）。 - rcgldr

3@Prashant Singh：为什么Windows引导程序不允许这样做（或者在我了解Windows的时候没有）的最基本原因是，微软不会通过让你运行其他操作系统来赚钱。 - jamesqf

告诉我，如果我有两个操作系统，那么我会有两个MBR记录。如果可能的话，BIOS会首先加载哪个MBR，是第一个操作系统的MBR还是第二个操作系统的MBR？ - Prashant Singh

@guiverc：先生，您说过GRUB阶段1是MBR，但是BIOS首先会进入MBR，然后选择引导加载程序，所以GRUB阶段1如何成为MBR呢？ - Prashant Singh

一块硬盘只能有一个MBR（磁盘的第一个512字节扇区，或者LBA 0的第一个扇区），这也是为什么如果你有两个硬盘，你可以有两个MBR；有三个硬盘，你可以有三个MBR；而BIOS控制着这些硬盘的顺序（第一个活动的硬盘使用其MBR）。因此，每块硬盘只能有一个MBR。Grub stage 1被限制在512字节，因为它必须适应那个第一个扇区（MBR）。Grub的后续阶段存在于文件系统中的文件中。 - guiverc

BIOS只能通过控制哪个驱动器是驱动器=0（或活动的），来控制使用哪个MBR。对于最近的x86_64，UEFI已经取代了MBR。但是MBR是一条简单的引导规则：将寄存器加载为0（sec=0，trk=0，head=0，drive=0）；加载该扇区；然后运行加载的代码...没有[安全]验证... - guiverc

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- LawrenceC · Accepted Answer

BIOS固件实际上并不选择引导加载程序。它会从磁盘的0扇区加载代码并执行。无论那里是什么，它都会执行。希望那是一个引导加载程序（或者是加载引导加载程序的东西），但这并非必须。在早期个人电脑时代，软盘上有一些游戏可以在没有操作系统的情况下直接引导和运行 - 这些现在被称为“引导程序”。

UEFI固件实际上了解分区和文件系统，并扫描驱动器以寻找UEFI系统分区类型。由于这是一个文件系统，可以在此处放置多个引导加载程序。UEFI固件应该提供菜单或其他方式让您选择使用哪个引导加载程序。

许多UEFI系统以“传统模式”启动 - UEFI加载一个“兼容性服务模块” - 使其看起来像是一个BIOS，并且实际上像BIOS一样工作。

GRUB是一种常见的开源引导加载程序，可以引导Linux或“链式引导”（将控制权交给）Windows的引导加载程序（通常是位于Windows分区的Boot文件夹中的winload.exe）。GRUB让您能够做出决策。GRUB可以读取配置文件并从中获取默认选择。

如果你想要大量、血腥的细节，请阅读this。