UEFI Booting

최근 수년 내의 PC 들은 하드웨어적으로 UEFI를 기본적으로 지원하고 있었지만 UEFI 모드로 OS를 설치하는 사용자는 그리 많지 않았다. 물론, Mac OS X에서는 인텔 맥에 EFI를 채택한지 오래고, Windows는 Vista 이후 64-bit에서 UEFI를 지원하기 시작했으며, 우분투의 경우엔 12.04.2 버전 이후 64-bit에 대해 UEFI를 지원하기 시작했다. 2012년 10월 말 Windows 8 출시 이후, 이를 탑재한 PC 들이 보급되면서 UEFI로 부팅하는 PC가 본격적으로 늘어나고 있다. 그 전의 PC들은 Windows가 BIOS 모드로 탑재됐던데 반해 최신 Windows PC들은 UEFI가 기본이 됐기 때문이다.

여기서는 UEFI 환경에서 Multi-OS를 설치하기 위해 알아 두어야 할 몇가지 기본 사항에 대해 다룬다. 물론, 단일 OS 사용자라 해도 UEFI는 BIOS 방식을 대체할 수 밖에 없기 때문에 UEFI booting 방식에 대해 알 필요가 있다.

UEFI 방식의 장점

BIOS 방식과 비교해서 UEFI 방식을 사용함으로써 사용자가 실제로 느낄 수 있는 장점은 별로 많지 않을 수 있다.

부팅 속도가 빠르긴 하지만 대단한 차이는 아니고,  2TB 이상의 대용량 디스크를 사용할 수 있지만 일반 PC 사용자들에게 보편화 된 것은 아니다. 물론 추세적으로 몇 년 내에는 분명히 장점이 될 전망이다. 현 시점에서 가장 내세울 수 있는 장점은 주 파티션(Primary Partition) 수이다. BIOS 방식에서 사용하는 MBR 파티션은 최대 4개의 주 파티션 만을 허용하므로 OS를 여러 개 설치하려면 1개의 주 파티션을 이용한 확장 파티션을 사용해야 한다. 확장 파티션은 데이터의 안전성에 취약하다. 이에 반해 UEFI 방식에서는 GPT 파티션을 사용하는데 기본적으로 128개의 주 파티션을 만들 수 있다. 즉, Multi-OS 환경에서는 UEFI 방식이 장점이 될 수 있다.

UEFI 환경의 Boot Process

UEFI Firmware가 하드웨어를 초기화하고 나서 NVRAM에 등록된 boot manager 정보를 읽어 boot entry에 정의된 UEFI application을 실행한다. 이 application은 UEFI shell이 될 수도 있고 OS 별 boot manager/loader도 될 수 있다. boot manager는 또 다른 boot loader를 호출 할 수도 있고 최종 boot loader가 OS의 kernel을 호출함으로써 OS가 기동된다. 이 boot manager/loader 들은 OS 설치시 EFI System Partition에 설치된다.

EFI System Partiton(ESP)

UEFI firmware가 UEFI boot loader를 실행하기 위한 파티션을 EFI System Partition(ESP)이라고 한다. 즉, OS와는 독립적인 부트 파티션이라고 이해하면 된다. OS를 최초로 설치하면 여기에 UEFI shell이나 boot manager 또는 boot loader를 탑재한다. Multi-OS 환경에서는 OS 설치시 각각의 OS들이 자신들이 제공하는 boot loader를 ESP에 설치한다. ESP 파티션은 FAT 12/16/32 파일시스템을 사용해야 하고, Linux 환경에서는 gparted에서 boot flag를 설정해 주어야 한다. Microsoft에서는 파티션 최소 Size로 260MB를 권장하고 있다. 필수 사항은 아니지만, GPT 파티션을 최초 구성할 때 첫번째 파티션을 ESP로 잡아주는 것이 좋다. GPT 파티션들은 동등하지만 ESP 파티션은 PC가 부팅하기 위해서 반드시 필요한 파티션이다.

그런데, NVRAM의 boot entry의 정보가 깨졌거나 정보가 없을 때 UEFI 모드로 부팅을 할 수 있도록 하기 위해 기본 부트로더(Fallback boot loader)를 사용한다. 기본 부트로더는 ESP 파티션의 /EFI/Boot/bootx64.efi 파일이다.  ESP 파티션은 FAT 파일시스템을 사용하므로 대소문자 구분이 없고, 경로 명도 Windows 경로 방식을 사용하기도 한다. 즉, 기본 부트로더를 \efi\boot\BootX64.efi 라고 해도 이상할 것이 없다.

EFI System Partition 폴더 구조

아래에 Triple-OS 환경의 ESP 파티션 폴더 구조를 참고할 필요가 있다. 기본 부트로더인 /EFI/Boot/bootx64.efi 파일을 제외하면 OS 벤더별로 자신 만의 폴더 구조를 유지하고 있음을 알 수 있다. 기본 부트로더는 대체로 OS 설치 시 자신의 boot loader를 복사하는데 Mac의 경우엔 기본 부트로더가 없다. 이 경우엔 사용자가 grub2나 rEFInd와 같은 boot loader 파일을 복사해 주는 것이 좋다.

/-- EFI/
    |-- APPLE/
    |   `-- EXTENSIONS/
    |       `-- Firmware.scap
    |-- Boot/
    |   `-- bootx64.efi       : Fallback boot loader
    |-- Microsoft
    |   `-- Boot
    |       |-- BCD
    |       |-- BCD.LOG
    |       |-- BOOTSTAT.DAT
    |       |-- Fonts/
    |       |-- Resources/
    |       |-- boot.stl
    |       |-- bootmgfw.efi  : Windows boot manager
    |       |-- bootmgr.efi
    |       `-- memtest.efi
    `-- ubuntu/
        |-- MokManager.efi    : Machine owner's key manager
        |-- grub.cfg          : redirect to grub-efi installed partition/folder
        |-- grubx64.efi       : Grub2 boot loader with secure boot disabled
        `-- shimx64.efi       : Grub2 boot loader with secure boot enabled

참고 사항

최근의 PC 들은 UEFI Firmware를 대체로 내장하고 있으나 제조사 별로 UEFI 표준을 정확히 따르지는 않고 있음에 유의할 필요가 있다. Apple Mac의 경우에도 자체 EFI 방식을 사용하고 있다.

또한, UEFI 규격에는 CSM(Compatibilty Support Module)이 있어서 Legacy BIOS emulation을 지원하므로 사용자들은 자신의 PC가 UEFI 모드로 부팅되고 있는지 BIOS 모드로 부팅되고 있는지 모를 수도 있다. Firmware에 설정된 방식으로 부팅하므로 OS 설치시에는 반드시 현재 설정된 모드로만 설치가 가능하다는 점에 유의해야 한다.

부팅시에 BIOS Setup UI를 사용한다는 것은 더이상 정확한 표현은 아니지만 의사 소통을 위해 관행에 따라야 할 것이다. Apple Mac의 경우에는 BIOS Setup UI가 없이 파티션 정보를 가지고 EFI 모드로 부팅하거나 CSM(BIOS) 모드로 부팅할 수 있다.


참고 사이트

https://wiki.archlinux.org/index.php/Unified_Extensible_Firmware_Interface
http://www.rodsbooks.com