FAQ zu UEFI, BIOS, GUID Partition Table (GPT) und Master Boot Record

Das seit den PC-Anfängen existierende Basic Input/Output System (BIOS) wird moderner Hardware nicht mehr gerecht, das gleiche gilt für das Partitionierungsschema Master Boot Record (MBR). Neuere Rechner enthalten daher immer öfter den BIOS-Nachfolger UEFI, und aktuelle Betriebssysteme nutzen GPT anstelle von MBR. OS-spezifische Eigenheiten, Abwärts­kompa­tibili­tät, die Kombination von alt und neu sowie die Virtualisierung machen den Umstieg jedoch nicht so einfach wie gewünscht. Die folgende FAQ soll die wichtigsten Fragen klären.

Für das steigende Interesse an UEFI und GPT sind nicht nur die Ausstattung neuer PCs mit dem BIOS-Nachfolger und die immer augenscheinlicheren Defizite der alten Technik verantwortlich, sondern auch die erweiterte UEFI-Unterstützung in Windows 8. Damit steht auch in der Microsoft-Welt endgültig der Umstieg auf die neue Firmware an, den Apple bereits vollzogen hat.

Was ist UEFI und wofür steht die Abkürzung?

UEFI steht für Unified Extensible Firmware Interface und stellt beim Boot-Vorgang die Schnittstelle zwischen Hardware und Betriebssystem dar. Es erlaubt dem Betriebssystem während des Ladevorgangs den Zugriff auf wesentliche Systemressourcen, danach treten Treiber des Betriebssystems an die Stelle der Firmware-Routinen. Oft wird EFI synonym für UEFI verwendet. Allerdings handelt es sich dabei um die ursprüngliche Spezifikation von Intel, UEFI ist quasi EFI 2.0.

Welche Vorteile bietet UEFI gegenüber dem BIOS?

Zum einen überwindet es einige BIOS-Limitierungen, beispielsweise die Beschränkung auf den Real Mode der Intel-CPUs, bei dem nur 16-Bit-Anweisungen abgearbeitet werden können und wo das adressierbare RAM auf 1 MB beschränkt ist. Daraus resultieren kürzere Boot-Zeiten.

UEFI ist zudem ein spezifizierter und plattformunabhängiger Standard, so dass es keine größeren Abweichungen zwischen Produkten verschiedener Hersteller geben sollte. Im Vergleich zum BIOS bietet UEFI zusätzliche Funktionen, darunter Netzwerkunterstützung mit einem kompletten Protokoll-Stack inklusive IPv6, Support für hoch auflösende Boot-Grafik, neue Sicherheits-Features und ein Partitionierungsschema namens GUID Partition Table (GPT).

Ersetzt UEFI das BIOS vollständig?

Nein. UEFI definiert beispielweise keinen Power On Self Test (POST), so dass dafür weiterhin eine plattformspezifische Firmware erforderlich ist.

Ich nutze eine 32-Bit-Version von Windows 7/8. Sie unterstützt UEFI nicht. Kann ich es trotzdem auf einem UEFI-PC installieren?

Tatsächlich gilt die Einschränkung, dass nur 64-Bit-Versionen von Windows UEFI nutzen können. Die meisten UEFI-PCs bieten aber einen BIOS-Kompatibilitätsmodus, in dem sich der Rechner wie eine Legacy-Hardware verhält.

Allerdings ist oft nicht gleich erkennbar, ob der Rechner über UEFI oder das Compatibility Support Module (CSM) startet, so dass moderne Betriebssysteme versehentlich im BIOS-Modus installiert werden, wenn dieser vom Hersteller voreingestellt ist. Daher sollte man vor dem Aufspielen eines UEFI-geeigneten Betriebssystems das Firmware-Setup kontrollieren und sicherstellen, dass UEFI aktiviert ist.

Was ist die UEFI-Shell und wofür dient sie?

Bei der UEFI-Shell handelt es sich um einen einfachen Kommandointerpreter. Er sieht ähnlich aus wie eine Eingabeaufforderung oder Unix-Shell, hat aber seinen eigenen Befehlssatz. Mit Hilfe des help-Kommandos kann man sich einen Überblick über die unterstützten Befehle verschaffen, eine Auflistung für EFI 1.1 findet sich auf der Website von Intel.

In der UEFI-Shell lassen sich beispielsweise eingebaute Disk Utilities ausführen, Treiber in der Firmware aktualisieren oder Dateien auf FAT-Datenträgern manipulieren. Eine Anwendung besteht etwa darin, das Windows-Setup zu zwingen, im UEFI-Modus zu booten.

Was ist UEFI Secure Boot?

UEFI Secure Boot soll gewährleisten, dass die Firmware nur die Kontrolle an ein Betriebssystem übergibt, das nicht manipuliert wurde. Zu diesem Zweck werden Firmware und OS (bzw. dessen Bootloader) wechselseitig mit einem Schlüssel des jeweils anderen Systems signiert.

Dieses Thema war zuletzt in den Schlagzeilen, weil Windows 8 in der Lage ist, UEFI Secure Boot zu nutzen. Einzelne Linux-Distributoren erhoben daher den Vorwurf gegen Microsoft, es wolle damit die Installation anderer Betriebssysteme verhindern. Allerdings sieht eine entsprechende Zertifizierung von Microsoft vor, dass sich UEFI Secure Boot auf x86-Systemen abschalten lassen muss.

Welche Neuerungen bringt Windows 8 bei der Unterstützung von UEFI?

Neben Secure Boot führt Windows 8 ein neues Boot-Menü ein, das auch einen Neustart direkt in das UEFI-Setup unterstützt. Außerdem lassen sich die Startoptionen von Windows 8 so einstellen, dass das Boot-Menü automatisch vor dem Start des Betriebssystems angezeigt wird. Durch das schnelle Booten von UEFI-PCs bleibt nämlich kaum Zeit, um dem Start von Windows durch das Drücken von F8 zuvorzukommen.

Die UEFI-Spezifikation umfasst auch ein neues Parti­tionierungs­schema namens GUID Partition Table (GPT). Was hat es damit auf sich?

So wie das BIOS hat der bisher genutzte Master Boot Record einige Limits, die eine Nutzung aktueller Hardware beschränken. Dazu gehört vor allem die Obergrenze von 2 TB für die Größe einer Partition sowie höchstens 4 primäre Partitionen pro Festplatte. GPT ist ein neues Partitionierungsschema, das diese Limits beseitigt.

Lässt sich GPT nur auf UEFI-PCs verwenden?

Nein, es gibt keine direkte Abhängigkeit der beiden Technologien voneinander. Es ist auch durchaus möglich, Platten auf BIOS-Rechnern mittels GPT zu partitionieren. Allerdings hängt es dann vom Betriebssystem ab, welche Art der Zugriffe es zulässt. So kann keine Windows-Version auf einem BIOS-Rechner von einem GPT-Laufwerk booten, während dies Linux mit dem Boot Loader GRUB keine Schwierigkeiten bereitet.

Ersetzt GPT den Master Boot Record vollständig?

Nein, auf jeder GPT-Disk findet sich weiterhin an gewohnter Stelle (Sektor 0) ein MBR. Dieser wird von modernen Betriebssystemen jedoch nicht mehr benötigt. Eine wesentliche Aufgabe der alten Partitionierungstabelle besteht darin, GPT vor alten Tools zu schützen, die Partitionen nach dem MBR-Schema einrichten oder verändern möchten. Daher wird sie auch als Protective MBR bezeichnet.

Können alte Betriebssysteme wie XP die Daten von Laufwerken lesen, die mit GPT partitioniert wurden?

Eine weitere Aufgabe des Protective MBR besteht darin, Abwärtskompatibilität für ältere Systeme zu gewährleisten. Er stellt GPT-Laufwerke für ein Legacy-OS als eine große Partition (0xEE) dar. Ob ein betagtes Betriebssystem auf einem GPT-Datenträger schreiben, davon lesen oder booten kann, hängt von ihm selbst ab. So wird unter 32-Bit-XP die im MBR eingetragene primäre Partition nicht gemountet, es kann daher auf GPT-Datenträger gar nicht zugreifen.

Wie sieht generell die Unterstützung von Windows für GPT aus?

Wie erwähnt, kann die 32-Bit-Version von XP mit GPT-Laufwerken gar nichts anfangen, während 64-Bit-XP dort Daten lesen und schreiben kann. Das gleiche gilt für alle 32-Bit-Versionen ab Vista, die GPT-partitionierte Datenträger lesen und schreiben, aber davon nicht booten können. Letzteres ist den 64-Bit-Versionen ab Vista auf UEFI-PCs vorbehalten. Windows Server kann seit der Version 2003 SP1 solche Laufwerke für Daten verwenden, aber davon ebenfalls nicht booten. Das klappt erst ab Windows Server 2008.

Welche Partitionen benötigt Windows auf einer GPT-Disk, um von dort starten zu können?

Wie andere Betriebssysteme auch benötigt Windows auf UEFI-PCs für das Booten eine Extensible Firmware Interface System Partition (ESP). Eine solche lässt sich zwar auch auf MBR-Platten einrichten, aber Windows kann wie erwähnt davon nicht starten, sondern nur von GPT. Sie enthält NTLDR, HAL, Boot.txt und andere für den Boot-Vorgang erforderliche Dateien, beispielsweise auch Treiber. Die ESP ist ungefähr 100 MB groß.

Hinzu kommt eine 128 MB große Microsoft Reserved Partition (MSR), die auf jedem GPT-Laufwerk vorhanden sein muss. Ihr folgt eine primäre Partition, in der Windows installiert wird.

Lassen sich MBR- und GPT-Laufwerke gemeinsam in einem Rechner nutzen?

Ja, das ist möglich. Zu bedenken ist jedoch, dass die Boot-Partition bei einem UEFI-Rechner auf einer GPT-Disk liegen muss, da Windows auf solchen PCs nicht von MBR-Laufwerken starten kann.

Kann man ein mit MBR partitioniertes Laufwerk in GPT konvertieren?

Ja, das ist möglich, es geht allerdings mit der Neupartitionierung der Platte und mit dem Verlust aller darauf gespeicherten Daten einher. Ein solches Unterfangen ist am ehesten für Datenlaufwerke interessant, wo man nach der Konvertierung nur den ursprünglichen Inhalt zurückspielen muss.

Unter Windows sind die Datenträgerverwaltung und diskpart für die Umwandlung zwischen den beiden Partitionierungsschemata zuständig. Das Kommandozeilen-Tool bietet dafür die Befehle convert gpt und convert mbr (siehe dazu meine Anleitung).

Wie sieht es mit der Unterstützung von UEFI und GPT in virtuellen Maschinen aus?

Die meisten aktuellen Hypervisor können nicht nur das BIOS emulieren, sondern bieten unabhängig von der physikalischen Hardware auch eine UEFI-Firmware. Außerdem erlauben sie die Partitionierung virtueller Festplatten nach dem GPT-Schema.

Unter den Desktop-Virtualisierern sind sowohl die VMware Workstation als auch VirtualBox dazu in der Lage. Die Workstation verlangt für den UEFI-Support eine manuelle Änderung der .vmx-Konfigurationsdatei, damit die betreffende VM von UEFI-Firmware startet.