что такое файл efi
Настройка UEFI-загрузчика. Самое краткое руководство в мире
Как устроена загрузка современных ОС? Как при установке системы настроить загрузку посредством UEFI, не утонув в руководствах и ничего не сломав?
Я обещал «самое краткое руководство». Вот оно:
TL;DR не надо прописывать путь к загрузчику в новых загрузочных записях UEFI — надо файл загрузчика расположить по стандартному «пути по-умолчанию», где UEFI его найдет, и вместо загрузочного меню UEFI пользоваться меню загрузчика, которое гораздо проще и безопаснее настраивается
Как делать не надо
Есть, на самом-то деле, несколько способов настроить UEFI-загрузку. Я начну с описания других вариантов — чтобы было понятно, как (и почему) делать не надо. Если вы пришли за руководством — мотайте в самый низ.
Не надо лезть в NVRAM и трогать efivars
Наиболее «популярная» процедура установки загрузчика в систему такова: установщик ОС создаёт специальный раздел, на нём — структуру каталогов и размещает файлы загрузчика. После этого он с помощью особой утилиты (efibootmgr в linux, bcdedit в windows) взаимодействует с прошивкой UEFI-чипа, добавляя в неё загрузочную запись. В этой записи указывается путь к файлу загрузчика (начиная от корня файловой системы) и при необходимости — параметры. После этого в загрузочном меню компьютера появляется опция загрузки ОС. Для linux существует возможность вообще обойтись без загрузчика. В загрузочной записи указывается путь сразу к ядру вместе со всеми параметрами. Ядро должно быть скомпилировано с опцией EFISTUB (что давно является стандартом для большинства дистрибутивов), в этом случае оно содержит в себе заголовок «исполняемого файла EFI», позволяющий прошивке его запускать без внешнего загрузчика.
При старте системы, когда пользователь выбирает нужную ему загрузочную запись, прошивка UEFI сперва ищет на прописанном в этой записи диске особый EFI-раздел, обращается к файловой системе на этом разделе (обязательно FAT или FAT32), и запускает загрузчик. Загрузчик считывает из файла настроек свой конфиг, и либо грузит ОС, либо предоставляет загрузочное меню. Ничего не замечаете? Да, у нас два загрузочных меню — одно на уровне прошивки чипа UEFI, другое — на уровне загрузчика. В реальности о существовании второго пользователи могут даже не догадываться — если в меню всего один пункт, загрузчик Windows начинает его грузить без лишних вопросов. Увидеть экран с этим меню можно, если поставить вторую копию Windows или просто криво её переустановить.
Обычно для управления загрузочными записями руководства в интернете предлагают взаимодействовать с прошивкой UEFI. Есть аж пять основных вариантов, как это можно сделать: efibootmgr под linux, bcdedit в windows, какая-то софтина на «Маках», команда bcfg утилиты uefi shell (запускается из-под UEFI, «на голом железе» и без ОС, поскольку скомпилирована в том самом особом формате) и для особо качественных прошивок — графическими средствами UEFI (говоря популярным языком, «в настройках BIOS»).
За всеми вышенаписанными «многобуков» вы могли легко упустить такую мысль: пользователь, чтобы изменить настройки программной части (например, добавить параметр запуска ОС), вынужден перезаписывать flash-память микросхемы на плате. Есть ли тут подводные камни? О да! Windows иногда способна сделать из ноутбука кирпич, linux тоже, причём разными способами. Качество прошивок часто оставляет желать лучшего — стандарты UEFI либо реализованы криво, либо не реализованы вообще. По логике, прошивка обязана переживать полное удаление всех переменных efivars без последствий, не хранить в них критичных для себя данных и самостоятельно восстанавливать значения по-умолчанию — просто потому что пользователь имеет к ним доступ, и вероятность их полного удаления далека от нуля. Я лично в процессе экспериментов неоднократно (к счастью, обратимо) «кирпичил» свой Lenovo — из загрузочного меню исчезали все пункты, включая опцию «зайти в настройки».
Работа с загрузочными записями UEFI — тоже не сахар. К примеру, утилита efibootmgr не имеет опции «редактировать существующую запись». Если ты хочешь немного изменить параметр ядра — ты удаляешь запись целиком и добавляешь её снова, уже измененную. При этом строка содержит в себе двойные и одинарные кавычки, а также прямые и обратные слеши в не особо очевидном порядке. Когда я наконец заставил эту магию работать — я сохранил её в виде bash-скриптов, которые до сих пор валяются у меня в корневой ФС:
Не надо использовать GRUB
Это чёртов мастодонт, 90% функциональности которого предназначено для дисков с MBR. Для настройки необходимо отредактировать ряд файлов, после чего выполнить команду генерации конфига. На выходе получается огромная малопонятная нормальному человеку простыня. В составе — гора исполняемых файлов. Ставится командой, которую просто так из головы не возьмешь — надо обязательно лезть в документацию
Для сравнения — самый простенький UEFI-bootloader, который есть в составе пакета systemd, ставится командой
Эта команда делает ровно две вещи: копирует исполняемый файл загрузчика на EFI-раздел и добавляет свою загрузочную запись в прошивку. А конфиг для неё занимает ровно СЕМЬ строчек.
«Самое краткое руководство» — чуть более подробно
Загрузочное меню надо реализовывать на уровне загрузчика — править текстовые конфиги гораздо проще и безопасней.
Загрузочная запись нам не нужна — дело в том, что при выставлении в настройках BIOS загрузки с диска прошивка UEFI сначала ищет на нём EFI-раздел, а затем пытается исполнить файл по строго фиксированному адресу на этом разделе: /EFI/Boot/BOOTX64.EFI
Что такое «EFI-раздел»? В теории, он должен иметь особый тип «EFI System» (ef00). На практике, годится первый раздел на GPT-диске, отформатированный в FAT32 и имеющий достаточно места, чтобы разместить загрузчик и вспомогательные файлы (если есть).
Пункт 3: «Скачиваем из интернета любой UEFI-загрузчик». Что это значит? Загрузчик — это просто исполняемый файл определенного формата, к которому в комплекте идет конфиг. К примеру, если у вас есть под рукой установленный пакет с systemd — файл загрузчика можно найти по адресу /usr/lib/systemd/boot/efi/systemd-bootx64.efi, переименовать его в bootx64.efi и скопировать в /EFI/Boot/ на EFI-разделе. Нет под рукой systemd? Скачайте архив с сайта Archlinux. Или с репозитария Ubuntu. Или Debian. Есть под рукой система с Windows? Возьмите виндовый загрузчик оттуда, тоже сгодится )) Если сумеете настроить, я честно говоря не пробовал.
Пункт 4: «Настроить конфиг». Как и обычная программа, когда загрузчик запускается — он ожидает найти по определенным путям файлы конфигурации. Обычно эту информацию легко найти в интернете. Для загрузчика systemd-boot нам необходимо в корне EFI-раздела создать каталог «loader», а в нём файл «loader.conf» с тремя строчками (привожу свои):
Параметр editor отвечает за возможность отредактировать пункт загрузочного меню перед запуском.
Рядом с loader.conf необходимо создать каталог entries — один файл в нём будет отвечать за одну загрузочную запись в boot-меню. У меня там один файл arch.conf с таким содержанием:
Я не упомянул, но довольно очевидно — ядро и initramfs должны лежать в одной файловой системе с загрузчиком, то есть на EFI-разделе. Пути к ним в конфигах отсчитываются от корня этой ФС.
Другие загрузчики
systemd-boot очень простой и предоставляет спартанского вида чёрно-белое меню. Есть варианты красивей, если душа просит красоты.
rEFind — очень красивый загрузчик. Скачать можно тут в виде deb-пакета. Использую на своём ноуте. Умеет создавать загрузочное меню автоматически, без конфига — просто сканируя файлы.
Clover. Позволяет выставлять нативное разрешение экрана, имеет поддержку мыши на экране загрузки, разные темы оформления. Дефолтная тема ужасна, конфиг в виде xml нечитаем, настроить не смог.
Различные неочевидные последствия
Вы можете легко попробовать эту схему в работе. Берёте USB-флешку, форматируете в таблицу разделов GPT, создаете FAT-раздел и копируете туда загрузчик. Комп сможет с неё стартовать.
Если просто скопировать на такую флешку boot-раздел установленного linux — система будет спокойно загружаться с флешки, не видя разницы.
Что такое файл EFI?
Файлы EFI являются загрузчиками UEFI и вот как они работают
Файл с расширением EFI является файлом интерфейса расширяемого микропрограммного обеспечения.
Файлы EFI являются исполняемыми файлами загрузчика, существуют в компьютерных системах на основе UEFI (Unified Extensible Firmware Interface) и содержат данные о том, как должен происходить процесс загрузки.
Файлы EFI можно открывать с помощью EFI Developer Kit и Microsoft EFI Utilities, но, честно говоря, если вы не разработчик оборудования, мало смысла в «открытии» файла EFI.
Где находится файл EFI в Windows?
В большинстве случаев этот файл EFI хранится в специальном системном разделе EFI. Этот раздел обычно скрыт и не имеет буквы диска.
Например, в системе UEFI с установленной Windows 10 файл EFI будет расположен в следующем месте в этом скрытом разделе:
На некоторых компьютерах Windows файл winload.efi действует как загрузчик и обычно хранится в следующем месте:
В системе без установленной операционной системы с пустой переменной BootOrder менеджер загрузки материнской платы ищет в предопределенных местах файл EFI, например на дисках в оптических дисках и другие связанные СМИ. Это происходит потому, что, если это поле пустое, у вас не установлена работающая ОС, и, вероятно, вы собираетесь установить одну из следующих.
Например, на установочном DVD-диске Windows 10 или образе ISO существуют следующие два файла, которые менеджер загрузки UEFI вашего компьютера быстро найдет:
Где находится файл EFI в других операционных системах?
Вот некоторые местоположения файлов EFI по умолчанию для некоторых операционных систем, отличных от Windows:
macOS использует следующий EFI-файл в качестве загрузчика, но не во всех ситуациях:
Загрузчик EFI для Linux будет отличаться в зависимости от установленного дистрибутива, но вот несколько:
Все еще не можете открыть или использовать файл?
Обратите внимание, что есть некоторые типы файлов, которые очень похожи на «.EFI», которые у вас могут быть, и поэтому вы можете открыть их с помощью обычной программы. Это наиболее вероятно, если вы просто неправильно прочитали расширение файла.
Если вы уверены, что можете открыть файл, который у вас есть, то он, скорее всего, не в том формате, который описан на этой странице. Вместо этого дважды проверьте расширение файла для вашего файла и исследуйте программу, которая может открыть его или преобразовать в новый формат.
Вы можете даже попробовать загрузить его в службу конвертации файлов, например Zamzar, чтобы узнать, распознает ли он тип файла и предложить формат преобразования.
Расширение файла EFI
Extensible Firmware Interface Format
Что такое файл EFI?
Использование файлов EFI
Системные файлы EFI используются во время загрузки системы, для установки обновлений прошивки и запуска программ предварительной загрузки. Файлы EFI позволяют системе передавать процессы предварительной загрузки в контролируемую среду. Иногда файлы EFI включаются в файлы обновления прошивки и загружаются в EFI во время процесса загрузки.
Спецификация EFI и UEFI
Стандарт EFI изначально был разработан Intel. Затем EFI был обновлен и стал известен как стандарт UEFI (Unified Extensible Firmware Interface), который должен заменить устаревший интерфейс встроенного программного обеспечения Basic Input / Output System (BIOS).
Программы, которые поддерживают EFI расширение файла
Следующий список содержит программы, сгруппированные по 3 операционным системам, которые поддерживают EFI файлы. EFI файлы можно встретить на всех системных платформах, включая мобильные, но нет гарантии, что каждый из них будет должным образом поддерживать такие файлы.
Программы, обслуживающие файл EFI
Как открыть файл EFI?
Проблемы с доступом к EFI могут быть вызваны разными причинами. Что важно, все распространенные проблемы, связанные с файлами с расширением EFI, могут решать сами пользователи. Процесс быстрый и не требует участия ИТ-специалиста. Приведенный ниже список проведет вас через процесс решения возникшей проблемы.
Шаг 1. Получить EFI Developer Kit
Шаг 2. Убедитесь, что у вас установлена последняя версия EFI Developer Kit
Вы по-прежнему не можете получить доступ к файлам EFI, хотя EFI Developer Kit установлен в вашей системе? Убедитесь, что программное обеспечение обновлено. Разработчики программного обеспечения могут реализовать поддержку более современных форматов файлов в обновленных версиях своих продуктов. Причиной того, что EFI Developer Kit не может обрабатывать файлы с EFI, может быть то, что программное обеспечение устарело. Самая последняя версия EFI Developer Kit обратно совместима и может работать с форматами файлов, поддерживаемыми более старыми версиями программного обеспечения.
Шаг 3. Свяжите файлы Extensible Firmware Interface Format с EFI Developer Kit
Если у вас установлена последняя версия EFI Developer Kit и проблема сохраняется, выберите ее в качестве программы по умолчанию, которая будет использоваться для управления EFI на вашем устройстве. Процесс связывания форматов файлов с приложением по умолчанию может отличаться в деталях в зависимости от платформы, но основная процедура очень похожа.
Процедура изменения программы по умолчанию в Windows
Процедура изменения программы по умолчанию в Mac OS
Шаг 4. Убедитесь, что EFI не неисправен
Если проблема по-прежнему возникает после выполнения шагов 1-3, проверьте, является ли файл EFI действительным. Вероятно, файл поврежден и, следовательно, недоступен.
1. Проверьте EFI файл на наличие вирусов или вредоносных программ.
Если EFI действительно заражен, возможно, вредоносное ПО блокирует его открытие. Сканируйте файл EFI и ваш компьютер на наличие вредоносных программ или вирусов. Если файл EFI действительно заражен, следуйте инструкциям ниже.
2. Проверьте, не поврежден ли файл
Вы получили EFI файл от другого человека? Попросите его / ее отправить еще раз. В процессе копирования файла могут возникнуть ошибки, делающие файл неполным или поврежденным. Это может быть источником проблем с файлом. Это может произойти, если процесс загрузки файла с расширением EFI был прерван и данные файла повреждены. Загрузите файл снова из того же источника.
3. Проверьте, есть ли у вашей учетной записи административные права
Иногда для доступа к файлам пользователю необходимы права администратора. Войдите в систему, используя учетную запись администратора, и посмотрите, решит ли это проблему.
4. Убедитесь, что ваше устройство соответствует требованиям для возможности открытия EFI Developer Kit
Если система перегружена, она может не справиться с программой, которую вы используете для открытия файлов с расширением EFI. В этом случае закройте другие приложения.
5. Проверьте, есть ли у вас последние обновления операционной системы и драйверов
Современная система и драйверы не только делают ваш компьютер более безопасным, но также могут решить проблемы с файлом Extensible Firmware Interface Format. Возможно, что одно из доступных обновлений системы или драйверов может решить проблемы с файлами EFI, влияющими на более старые версии данного программного обеспечения.
Вы хотите помочь?
Если у Вас есть дополнительная информация о расширение файла EFI мы будем признательны, если Вы поделитесь ею с пользователями нашего сайта. Воспользуйтесь формуляром, находящимся здесь и отправьте нам свою информацию о файле EFI.
Слегка ржавое EFI-приложение
После двух твитов, оставленных на прошлой неделе, про мои игры с UEFI и Rust, несколько человек попросили опубликовать заметку, объясняющую как создать UEFI-приложение, полностью написанное на Расте и продемонстрировать тестовое окружение.
Так что сегодняшняя цель — это создание UEFI-приложения на Расте, которое распечатывает карту памяти, отфильтрованную по доступности для использования (такая память называется традиционной памятью в описании UEFI-спецификаций):
Однако прежде, чем приступить к работе, освежим некоторые понятия.
▍ Скомканное вступление
При включении компьютера аппаратная часть находится в неопределённом состоянии и необходимо выполнить некоторую инициализацию для того, чтобы подготовить систему к предстоящей работе. BIOS, акроним для Basic Input/Output System, появившийся в районе 1975 года и использовавшийся с тех пор, был способом проведения аппаратной инициализации во время процесса загрузки и предоставления сервисов времени выполнения для ОС и программ. Однако BIOS имеет некоторые ограничения и после 40 лет применения заменён на Unified Extensible Firmware Interface (или UEFI для краткости). UEFI нацелен на устранение технических недостатков BIOS.
UEFI — это спецификация, которая определяет программный интерфейс между ОС\UEFI-приложением и прошивкой платформы. Intel разработала изначальную Extensible Firmware Interface (EFI), работы над которой были закончены в июле 2005 года. В начале 2006 года Apple одной из первых внедрила технологию на своих Intel Macintosh. В том же самом 2005 году выход UEFI сделал устаревшим EFI 1.10 — последний выпуск EFI. UEFI форум — это индустриальный орган, который управляет UEFI-спецификациями. Интерфейс, определяемый этими спецификациями, включает таблицы данных, которые содержат информацию о платформе, сервисы времени загрузки и выполнения, которые доступны приложению\загрузчику ОС. Такая прошивка имеет ряд преимуществ перед традиционным BIOS:
▍ Окисление — это хорошо
Как говорилось в начале, Раст будет использован для написания UEFI-приложения. Для тех, кто не знает, что это такое: Раст — системный язык программирования, разработку которого спонсирует Mozilla. Она описывает его как «безопасный, конкурентный, практичный язык», поддерживающий функциональную и императивно-процедурную парадигмы. Язык очень похож на Си++ в плане синтаксиса, но создатели Раста намереваются обеспечить в нём лучшую безопасность по памяти при сохранении производительности.
ЯП явился результатом персонального проекта сотрудника Mozilla Грейдона Хоара. Организация стала поддерживать проект в 2009 году, после осознания его потенциала. В 2010 году было публично объявлено о проекте; в том же самом году компилятор, изначально разработанный на OCaml, начали переписывать на Расте с использованием LLVM-backend.
Первая пре-альфа версия компилятора появилась в январе 2012 года, но уже через 3 года, 15 мая 2015 была выпущена первая стабильная версия (теперь известная как редакция 2015). Раст является проектом с открытым сообществом. Такая модель означает, что любой может вкладываться в разработку и в уточнение языка, и этот вклад может быть разным, например, улучшение документации, отправка баг-репортов, предложения RFC на добавление функциональности или изменения программного кода. Язык получил огромную обратную связь по опыту разработки Серво — современного движка для обозревателей с превосходной производительностью и возможностью встроенного применения. В наши дни Раст начинает присутствовать во всех сферах ПО, к примеру, в ПО для управления спутниками, программировании микроконтроллеров, веб-серверов, в обозревателе Firefox и т.д. Раст выигрывал первое место в номинации «наиболее любимый язык программирования» в опросе Stack Overflow Developer в 2016, 2017 и 2018 годах (прим. переводчика — и в 2021).
▍ Ещё два или три момента перед началом
Для того чтобы написать загрузчик, гипервизор или низкоуровневое приложение требуется использовать системный язык программирования. Есть отличная статья с подробным обсуждением этого понятия. Проще говоря, системный ЯП — это язык, позволяющий тонкий контроль над исполнением кода в машине и возможностью изменения любых отдельных байтов в памяти компьютера. И с Растом это возможно.
Наконец, для тестового окружения будут использованы Питон и QEMU вкупе с OVMF. QEMU — это хорошо известный полносистемный эмулятор, позволяющий запускать код для любой машины на любой поддерживаемой архитектуре. OVMF — это основанный на EDK II проект, предоставляющий поддержку UEFI для виртуальных машин (QEMU и KVM). QEMU не содержит в поставке OVMF, так что придётся установить его отдельно на вашу машину, либо взять предсобранные образы из Сети.
Например, такие доступны для загрузки в моём тестовом хранилище.
▍ Начинаем
Без дальнейших промедлений приступаем к работе! Первым делом создадим папку и инициализируем Раст проект в ней:
Теперь добавим uefi-rs в качестве зависимости. Чтобы сделать это, просто добавьте следующие строки в ваш Cargo.toml:
▍ Рабочий процесс сборки\запуска
И затем добавим крейт в качестве зависимости, чтобы mem* функции были связаны:
Далее создадим файл x86_64-none-efi.json со следующим содержимым:
По правде говоря, на текущий момент уже нет необходимости в создании такого файла. Поддержку uefi влили — PR/56769.
Я решил всё же переводить статью в оригинальном виде.
Вообще, сейчас полезно сразу читать uefi-rs/BUILDING.md.
Исполняемый UEFI-файл не что иное, как двоичный формат PE, используемый Windows, но со специальной подсистемой и без таблицы символов; поэтому целевое семейство установлено как windows.
Сейчас нужно создать build.py, реализующий две команды:
Заметка: я не нашёл, по какой причине исполняемый файл не загружается автоматически с этой версией OVMF, поэтому используется сценарий startup.nsh для облегчения загрузки.
▍ Само приложение
Первым шагом нужно заставить грузиться приложение и войти в бесконечный цикл, предупреждая выход в прошивку.
В Расте ошибки могут быть доведены до паники или аварийного прекращения. Паника случается, когда что-то идёт не так, но в целом можно продолжить работу (такое обычно случается с потоками); аварийное завершение происходит, когда программа переходит в состояние, из которого невозможно восстановление. Наличие обработчика паники обязательно, он реализуется в стандартной библиотеке; но поскольку приложение не зависит от ОС, то и стд не может быть использована. Вместо этого мы используем core часть библиотеки, в которой обработчик отсутствует, так что мы вынуждены реализовывать его самостоятельно. К счастью, uefi-rs предоставляет одну реализацию оного.
Первые две строки обозначают, что наш крейт не имеет функции main и не зависит от стд. Также точка входа помечена аттрибутом entry.
Наконец, после сборки и запуска приложения, QEMU отобразит что-то похожее на картину ниже:
QEMU исполняет UEFI-приложение
Ничего интересного, но т.к. QEMU не перешла в цикл загрузки или выскочила в EFI-оболочку, убеждаемся, что наше приложение вызвано. Следующий шаг заключается в том, чтобы напечатать версию UEFI на экран. Опять же, в rust-rs уже реализованы вспомогательные функции для этого, поэтому достаточно проинициализировать систему логгирования и использовать макрос info! для распечатки текста на экране или даже на последовательном порту.
Для доступа к макросу info! нужно добавить новую зависимость в Cargo.toml:
Затем необходимо просто добавить следующий код в главную функцию, перед входом в бесконечный цикл:
После сборки и запуска приложение выведет что-то вроде INFO: UEFI 2.70. Эта информация зависит от версии прошивки, которую вы используете.
В завершение давайте напишем функцию, которая принимает ссылку на таблицу Boot Services и распечатывает регионы свободной для использования памяти. Сперва нам потребуется включить крейт alloc, чтобы получить доступ к структуре Vec; для этого нужно добавить следующие три строки в начало файла:
После этого определим константу с размером EFI-страницы, который равен 4KiB независимо от системы.
И, собственно, реализуем непосредственно функцию по обходу карты в поисках традиционной памяти и распечатке свободных диапазонов на экран:
Конечный результат должен совпадать с выводом, изображённым на КДПВ.
И готово! было несложно, правда? Теперь вы можете продолжить реализовывать новые возможности в приложении, вероятно решившись разрабатывать загрузчик или более сложное UEFI приложение.
И ещё одна важная ремарка для отважных духом. Если вы пустились в разработку своей собственной ОС или углубились в изучение технологии, то вы должны отложить в сторону все API, предоставляемые UEFI для взаимодействия с файловой системой, сетью, доступом к PCI-устройствам и т.д., и разработать свои собственные драйвера.
Не ленитесь от использования всех этих предоставленных абстракций!