GPT (GUID Partition Table)

GPT是相对于MBR而提出来分区格式，可以支持好多个分区，每个分区是平等的，不存在包含关系。

GPT分区表方案将整个磁盘视为一个拥有N个扇区(sector)的设备。每个sector的大小可以是512或4K字节。N是64位整数，每个sector用一个LBA(Logical Block Address, 逻辑块地址）来表示。对于sector大小为512的磁盘来讲，LBA表示机制最多可以表达2的63次方*1KB的存储空间。

GPT与MBR兼容，它不占用第一个sector（用于MBR)，从第二个sector开始存储primary GPT header。

primary GPT header

这里指明了partition entry的个数和大小。每个entry的大小一般是128，即0x80。

partition entry

header后面跟的就是partition entry，即分区描述符的列表。每个entry大小是一样的： 每个entry的格式如下：

图示

代码

下面的代码可以读取并打印GPT表：

#include <iostream>
#include <fstream>
#include <vector>
#include <cstring>
#include <cstdint>

#pragma pack(push, 1) // 确保结构体按1字节对齐

// GPT Header结构体
struct GPTHeader {
    uint64_t signature; // "EFI PART"
    uint32_t revision;  // 版本
    uint32_t headerSize; // 头部大小
    uint32_t headerCRC32; // 头部CRC32校验
    uint32_t reserved; // 保留字段
    uint64_t currentLBA; // 当前LBA
    uint64_t backupLBA; // 备份LBA
    uint64_t firstUsableLBA; // 第一个可用LBA
    uint64_t lastUsableLBA; // 最后一个可用LBA
    uint8_t diskGUID[16]; // 磁盘GUID
    uint64_t partitionEntryLBA; // 分区条目LBA
    uint32_t numberOfPartitionEntries; // 分区条目数量
    uint32_t sizeOfPartitionEntry; // 分区条目大小
    uint32_t partitionEntryArrayCRC32; // 分区表CRC32
};

#pragma pack(pop)

void readGPT(const std::string& device) {
    std::ifstream disk(device, std::ios::binary);
    if (!disk.is_open()) {
        std::cerr << "无法打开设备 " << device << std::endl;
        return;
    }

    // 定位到GPT头部
    disk.seekg(512); // GPT头通常在LBA 1
    GPTHeader gptHeader;
    disk.read(reinterpret_cast<char*>(&gptHeader), sizeof(GPTHeader));

    // 检查签名
    if (gptHeader.signature != 0x5452415020494645) { // "EFI PART"的十六进制表示
        std::cerr << "该设备没有GPT分区表。" << std::endl;
        return;
    }

    std::cout << "GPT Header Information:" << std::endl;
    std::cout << "Signature: " << std::hex << gptHeader.signature << std::dec << std::endl;
    std::cout << "Revision: " << gptHeader.revision << std::endl;
    std::cout << "Header Size: " << gptHeader.headerSize << std::endl;
    std::cout << "Number of Partition Entries: " << gptHeader.numberOfPartitionEntries << std::endl;
    std::cout << "Size of Each Partition Entry: " << gptHeader.sizeOfPartitionEntry << std::endl;

    // 读取分区条目
    uint64_t partitionEntryOffset = gptHeader.partitionEntryLBA * 512; // 每个扇区512字节
    disk.seekg(partitionEntryOffset);

    std::vector<char> partitionEntries(gptHeader.numberOfPartitionEntries * gptHeader.sizeOfPartitionEntry);
    disk.read(partitionEntries.data(), partitionEntries.size());

    std::cout << "Partition Entries:" << std::endl;
    for (uint32_t i = 0; i < gptHeader.numberOfPartitionEntries; ++i) {
        // 这里可以解析每个分区条目
        // 此处代码省略，您可以根据需要进一步解析每个条目
        std::cout << "Partition " << i + 1 << " entry read." << std::endl;
    }

    disk.close();
}

int main() {
    std::string device;
    std::cout << "请输入设备路径（例如 /dev/sda）：";
    std::cin >> device;

    readGPT(device);

    return 0;
}

EFI Boot menu

EFI支持启动多个OS，一方面EFI探测硬盘的时候发现新的包含可引导分区的硬盘时会记录一个条目在内存里。 另一方面EFI在一个叫做NVRAM（这个词的含议比它字面意思复杂多了）的地方保存一个引导顺序列表，这个是非易失的，就是说关闭重启后它还在，但是它不在硬盘里。 一般来说是在spi flash里，就是存UEFI本身的那个存储设备上。

在linux下，可以用efibootmgr来查看和修改这个列表。efibootmgr的源代码在[这里]（https://github.dev/rhboot/efibootmgr/blob/main/src/efibootmgr.c）：

efibootmgr主要是调用libefivar来实现其功能的, libefivar的代码在[这里](https://github.dev/rhboot/efivar/blob/main/src/efivar.c)

➜  ~ efibootmgr
BootCurrent: 0000
Timeout: 1 seconds
BootOrder: 0000,0001,0002,0003,0004,0005,0006
Boot0000* ubuntu
Boot0001* Diskette Drive
Boot0002* USB Storage Device
Boot0003* CD/DVD/CD-RW Drive
Boot0004  Onboard NIC
Boot0005* UEFI: SK hynix SC401 SATA 256GB
Boot0006* UEFI: TOSHIBA DT01ACA200

列表中的每个条目都指向硬盘某个分区中的某个.efi文件，用efibootmgr -v可以看到：

➜  ~ efibootmgr -v    
BootCurrent: 0000
Timeout: 1 seconds
BootOrder: 0000,0001,0002,0003,0004,0005,0006
Boot0000* ubuntu	HD(1,GPT,e83a23a5-b84b-4837-9568-57a70affe4c7,0x800,0xfa000)/File(\EFI\ubuntu\shimx64.efi)
Boot0001* Diskette Drive	BBS(Floppy,Diskette Drive,0x0)..BO
Boot0002* USB Storage Device	BBS(USB,USB Storage Device,0x0)..BO
Boot0003* CD/DVD/CD-RW Drive	BBS(CDROM,CD/DVD/CD-RW Drive,0x0)..BO
Boot0004  Onboard NIC	BBS(Network,IBA CL Slot 00FE v0114,0x0)..BO
Boot0005* UEFI: SK hynix SC401 SATA 256GB	HD(1,GPT,e83a23a5-b84b-4837-9568-57a70affe4c7,0x800,0xfa000)/File(\EFI\Boot\BootX64.efi)..BO
Boot0006* UEFI: TOSHIBA DT01ACA200	HD(2,GPT,5ad594ab-5ecf-4094-9fe7-9b3309355f3b,0xe8121800,0xce6800)/File(\EFI\Boot\BootX64.efi)..BO

当然，你实际看到的并不都指向文件，比如说USB Storage Device。这种可以是要进一步探测的。

列表中每个条目指向的文件所有的分区需要满足以下条件：

1. 标识为boot,esp, 这样的分区叫ESP分区，可以有很多个。EFI System Partition.
2. fat16格式化
3. 存在EFI文件夹

UEFI遇到这样的分区，遇到EFI文件，就会去下面找后缀名为.efi的文件，如果找到用于引导操作系统的文件，就会在内存里建一个条目。

。。。。 反正EFI启动的时候也会找，所以修改NVRAM好像没有必要。所以如果你要制做一个OS，安装时也可以不动NVRAM，只需要安装efi文件到ESP分区的EFI文件夹里就行。 通常来讲，每个OS要为自己建一个文件夹：

/boot/efi/EFI
├── Boot
│   ├── bootx64.efi		[The default bootloader]
│   ├── bootx64.OEM		[Backup of same as delivered]
├── fedora			[Plus other things at the root /boot/efi/ level]
│   ├── BOOT.CSV
│   ├── fonts
│   │   └── unicode.pf2
│   ├── gcdx64.efi
│   ├── grub.cfg
│   ├── grubx64.efi
│   ├── MokManager.efi
│   ├── shim.efi
│   └── shim-fedora.efi
├── mageia			[Standard latest Mageia bootloader]
│   └── grubx64.efi
├── mageia4			[Separated out by me]
│   └── grubx64.efi
├── mageia5			[Separated out by me]
│   └── grubx64.efi
├── manjaro_grub
│   ├── grubx64.efi
...
├── Microsoft
│   └── Boot
...
│       ├── bootmgfw.efi	[The standard Win8 bootloader]
│       ├── bootmgr.efi
...
├── opensuse
│   └── grubx64.efi
├── refind			[added EFI boot manager]
│   ├── icons
│   │   ├── arrow_left.icns
...
│   │   └── vol_optical.icns
│   ├── refind.conf
│   └── refind_x64.efi
└── tools
    └── drivers_x64
        ├── ext2_x64.efi
        ├── hfs_x64.efi
        ├── iso9660_x64.efi
        └── reiserfs_x64.efi

整体的格式就是： \EFI\<distribution>\<bootloader>

https://wiki.mageia.org/en/About_EFI_UEFI:

grub

grub2-install --target=x86_64-efi --efi-directory=/boot/efi --bootloader-id=<OSname>

grub2-install这个命令就是干了两件事：

1. 把grubx64.efi安装到ESP下面本OS的文件夹下
2. 修改NVRAM，添加一个条目，当然是从头部添加了，这样下次本OS就可以第一个启动了

如果grub已经有了，但是NVRAM不对，需要修正的话，可以用：

 efibootmgr -c -d /dev/sda -p 1 -L mageia -l \\EFI\\mageia\\grubx64.efi

-c = create -d = bootloader device -p = & partition, the ESP -L = distribution name for the EFI boot menu -l = loader path [use \ for one ].

efi boot menu and boot manager

efi boot menu条目由NVRAM决定。每个条目指定一个boot manager(如grub)。

boot manager有时也会去看ESP文件夹，所以boot manager有可能会列出没有NVRAM，但是ESP里安装了条目的OS。

其他工具

rEFInd, (refind)

A product of EFI guru Rod Smith - who also wrote gdisk. It really is magic: it finds automatically everything in the ESP - even those with no NVRAM entry - and all recent linux's (i.e. with a boot stub) installed on the disc, regardless of whether they have an ESP bootloader or not.

安装方法：

1. 把它放在EFI\refind\rebind_x64.efi
2. windows下 bcdedit /set {bootmgr} path \EFI\refind\refind_x64.efi

这样windows下就多了一个refind条目，可以用来找所有的linux系统了。

EFI shell

这个有点类似于grub shell，提供一个命令行可以用来做一些事情，也是可以自己安装的

boot.csv

https://www.rodsbooks.com/efi-bootloaders/fallback.html

参考资料

refind homepage refind 这是一个deb包，里面层层解压可以找到refind.efi。当然，也可以用ubuntu下安装，安装后会有一个refind_install命令。

efi shell下载网址 efi shell我的备份

tiano core edk2 代码

libefivar

libefivar 是一个用于访问和管理 UEFI（统一可扩展固件接口）环境中的变量的库。它提供了一个简单的 API，使开发人员能够在 Linux 系统上与 UEFI 变量进行交互。这些变量通常用于存储系统引导和硬件配置的信息。

主要功能

1. 读取和写入 UEFI 变量： libefivar 允许应用程序读取和写入 UEFI 变量，包括其名称、值和数据类型。
2. 列出变量： 可以列出所有可用的 UEFI 变量，便于管理和查看系统状态。
3. 支持多种数据类型： UEFI 变量可以存储不同类型的数据，例如字节数组、字符串等，libefivar 提供了对这些类型的支持。
4. 安全性： 变量的读写可以受到访问控制，libefivar 提供的方法考虑了这些安全性。

使用场景

引导管理：可以用于开发引导加载程序，管理引导选项。 硬件配置：存储和读取硬件相关的设置。 系统信息：获取关于系统的状态和配置的信息。

安装

在大多数 Linux 发行版中，您可以通过包管理器安装 libefivar：

sudo apt-get install libefivar1 libefivar-dev  # Debian/Ubuntu
sudo dnf install libefivar libefivar-devel     # Fedora

示例代码

以下是一个简单的示例，展示如何使用 libefivar 读取 UEFI 变量：

#include <efivar.h>
#include <stdio.h>

int main() {
    struct efi_variable *var;
    size_t size;
    int ret;

    ret = efi_get_variable(L"BootOrder", NULL, &size, NULL);
    if (ret < 0) {
        perror("Failed to get variable size");
        return 1;
    }

    var = malloc(size);
    if (!var) {
        perror("Failed to allocate memory");
        return 1;
    }

    ret = efi_get_variable(L"BootOrder", var, &size, NULL);
    if (ret < 0) {
        perror("Failed to get variable");
        free(var);
        return 1;
    }

    printf("BootOrder variable size: %zu\n", size);
    // 处理变量数据...

    free(var);
    return 0;
}

文档和资源

官方文档：可以在 libefivar GitHub 页面 查找文档和指南。 相关项目：libefivar 通常与其他 UEFI 相关项目（如 systemd-boot 和 grub）一起使用。

总结

libefivar 是一个强大的库，允许开发者在 Linux 系统上与 UEFI 变量进行交互，适用于引导管理、硬件配置等多种场景。通过简单的 API，开发者可以轻松实现对 UEFI 变量的读取和修改。

grub.efi

grub.efi代码在：https://github.com/jiazhang0/grub-efi/blob/master/efi/efimain.c