【技术实战】在exFAT分区中安装并启动Windows系统

朱玛

你知道吗？早在遥远的2010年，微软就已经引入exFAT启动了。
早期的时候微软只将exFAT文件系统应用于数据存储卷，后来随着Windows 8操作系统在启动技术的革新上为其带来了可启动exFAT卷特性使引导系统成为了可能。

作为全网研究exFAT启动各版本Windows的第一人，我曾经为研究这个专门写过一个测试帖：
http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=388226&mobile=no
这是Windows系统中的一个不为人知的隐藏功能，就连微软官方也从未提及过任何相关信息。在此之前大家普遍认为exFAT不能用作系统盘运行系统，但现在这都将成为历史。
早在多年前我就发现了并专门针对这个做了大量的研究与测试，其中解决了不少小问题但也遇到了一个始终无法解决的大问题，而就在前段时间我彻底攻克了exFAT启动Windows系统的最大难题，从而宣告正式将其应用于日常使用环境。
而这次我决定首次对外公开发布完整的超详细图文安装教程，从而揭开这一神秘而又惊奇的新功能。

个人日用主力机磁盘分区预览截图


exFAT带来的新特性
优化卷位图管理及页块分配，提高闪存类存储介质读写速度
无卷日志纪录，减少闪存读写操作次数以延长其使用寿命
无权限管理机制默认即为最高权限，管理系统文件不再报权限不足错误
Windows To Go配合Mac和Linux等平台拥有更强的交互能力以及更为广泛的兼容性
允许分配更大的簇以提升IO性能
支持TFAT保护机制(仅Win8)
支持ECC校验和(仅元数据)

注意事项
exFAT启动仅支持Windows 8及以上版本的系统，Windows 7及以下版本的系统不支持exFAT启动不用再去试了。
exFAT安装并启动Windows系统建议配合固态硬盘或U盘等闪存盘使用，传统的机械硬盘除非特别有需要否则并不推荐。
为保证启动效率建议2016年及以前生产的电脑优先使用Legacy引导，2017年及以后生产的电脑优先使用UEFI引导，旧电脑UEFI引导启动时间普遍会比BIOS略长(新电脑则会正好相反，对于处在临界点的电脑需要自行测试才能确定结果)，如果要使用UEFI引导建议关闭安全启动(虽然不关也能完成启动，但会显著降低启动效率)。
为保证启动效率以及系统版本兼容性，建议以传统模式安装系统，如果一定要使用VHD(X)模式安装系统(较慢)请参考：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=414354&mobile=no
对于无ESP单分区exFAT UEFI启动方案可参考此帖：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=409768&mobile=no
对于FAT12/16/32文件系统启动各版本Windows系统可参考此帖：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=414470&mobile=no
高版本的64位系统还需要手动替换一次已签名的exFAT驱动(适用于Win8 RTM到Win10 v1909，对于Win10 v2004及更高版本的系统则不再需要替换驱动)，否则启动时间就会非常长(实测Win10不替换驱动开机两个小时，替换驱动开机20秒)，对于32位系统则都没有这种问题，该问题的具体原因可参阅：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=414353&mobile=no
高版本的系统启动时间总会比低版本的系统略长，对于特别在意开机速度，对这个有强迫症的同学请使用低版本系统启动(最低7850)。
虽然exFAT在启动时间上可能会稍长一点，但在进入系统后的运行速度并不慢。
实际上这是Windows启动管理器对exFAT启动的优化不到位导致的，不过倒是可以用一种特殊方法来加速启动。
本帖以x64架构的平台为基准，提供的已签名exFAT驱动仅适用于x64系统，对于特殊的Win10 ARM64系统请使用专用驱动：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=415255&mobile=no
对于基于ARM32平台的Windows RT系统请使用专用驱动：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=420563&mobile=no
对于Windows PE系统盘X盘使用exFAT文件系统，请参考此教程：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=421466&mobile=no
对于使用ReFS文件系统启动各版本Windows系统可参考此帖：http://bbs.wuyou.net/forum.php?mod=viewthread&tid=426202&mobile=no

安装思路
由于微软的Sysprep一直都存在一个Bug，因此原版系统直接安装到exFAT分区在启动时会卡在系统OOBE界面报错无法完成初始化。
而正确的安装方法是先在NTFS分区中安装好系统并手动完成OOBE初始化阶段进入桌面，之后在WinPE下将整个系统打包备份为WIM或ESD文件后(不能使用GHOST)再解压释放到exFAT分区中启动即可。
对于已经安装好且现有能用的系统，可以直接在WinPE下备份WIM/ESD后将原NTFS卷格式化为exFAT再释放系统文件即可测试启动，如果遇到了问题也可以手动完全还原回测试之前的状态。

准备工具
MSDN原版系统下载：http://msdn.itellyou.cn[/url]
微PE工具箱下载：http://www.wepe.com.cn/download.html
64位系统专用exFAT驱动：
论坛直接下载： exFAT驱动.zip (1.77 MB, 下载次数: 87)

2019-6-19 13:15 上传

下载次数: 87
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请勿使用多线程下载工具下载论坛附件！

或
腾讯微云下载：http://share.weiyun.com/5Cw73QR
或
百度网盘下载：[url]http://pan.baidu.com/s/11DIj4vTvE6lA-Ah7NhZKdQ

操作步骤
1、下载要安装的Windows系统镜像，这里以使用最新的Windows 10 v1903 64位版本为例，如果已经下载可跳过此步。
建议选择最新版的Windows系统，它能够原生支持exFAT+VHD(X)启动。

2、下载Windows PE维护系统，这里以使用最新的微PE工具箱 v2.0 64位版本为例，如果已经下载可跳过此步。
建议选择最新版的微PE工具箱，它能够原生支持NVMe磁盘。

3、全部下载完成后会得到如图三个文件，注意不要把这些文件放在系统盘(以下均简写为C盘)内。

4、打开你下载的WePE.exe安装包文件，如果手头有可用的U盘建议右下角点击安装到U盘，没有的直接安装到硬盘即可，如果已经安装到硬盘或制作过U盘启动盘的可跳过此步。
制作启动盘时可根据自己的需要调整方案和设置，如果没有异议或看不懂的直接以默认方式一键安装即可。

5、在电脑开机时快速连按主板的快捷启动键显示选择带有U盘名的启动项并回车启动，或者通过硬盘开机启动菜单↑↓选择带有Windows PE的启动项并回车进入，如图现在将进入PE桌面。
对于U盘启动问题各主板厂商预设的快捷键不同，具体请自行百度或者自己挨个试。

6、找到你下载的.iso系统镜像文件，右键装载或者直接双击该文件即可快速挂载为虚拟光驱。
对于已经安装好且现有能用的系统可跳过6-13步，直接从第14步开始操作。

7、备份转移好C盘内重要文件，然后运行PE桌面上的“Windows安装器”，在“安装磁盘的位置”处确定选择为“C盘”，点击右侧的"F"按钮打开格式化窗口，确定“文件系统(F)”选择为“NTFS”，“分配单元大小(A)”选择为“4096字节”，点击“开始(S)”格式化等待完成后确定“关闭(C)”。

8、定位到“选择包含Windows安装文件的文件夹”项点击“选择”按钮，在弹出窗口中找到刚才挂载的“虚拟光驱盘符:\sources\install.wim”文件并点击“打开”按钮完成选择。定位到“选择引导驱动器”项点击“选择”按钮将弹出打开窗口，对于Legacy+MBR组合需找到“活动分区”(一般为C盘)并点击“选择文件夹”按钮完成选择；对于UEFI+GPT组合需找到“ESP分区”(运行WinNTSetup后自动挂载出来的盘)并点击“选择文件夹”按钮完成选择。定位到“安装磁盘的位置”项点击“选择”按钮，在弹出窗口中找到“C盘”并点击“选择文件夹”按钮完成选择。在选项区域中点击“版本：”下拉菜单根据需要自行选择，这里将以“Windows 10 专业版”为例，选择好后如果检查了没有问题就点击“开始安装”按钮继续下一步操作。
对于“优化调整》》》”等其他选项懂的可以自行设置，不懂的则不要设置。

9、如图将弹出“都准备好了吗？”提示框，此时无特殊情况一般不修改设置直接点击“确定”按钮即可。

10、请耐心等待“应用Windows映像文件”绿色进度条走满，此步所需时间视电脑配置高低而定。

11、当弹出“已完成！”提示框时直接点击“重启”按钮即可，如果此时系统不能重启请手动打开“开始菜单”并点击“重启”按钮完成重启操作。
记得拔出U盘等不必要的设备~~

12、请耐心等待系统OOBE阶段初始化完成，并自行完成进入桌面之前的配置工作。

13、当成功进入系统桌面后稍等一会即可重启再次进入WinPE系统，但我强烈建议在这期间先自行优化一些系统设置(如WU打齐更新补丁和预先安装好各运行库以及个人常用软件等)再重新进PE。

14、进入PE系统后解压下载的“exFAT驱动.zip”压缩包文件，然后根据你安装的系统版本选择并打开对应的文件夹(这里为19H1 RTM即对应版本18362)，再将其中的“exfat.sys”文件复制粘贴到“C:\Windows\System32\Drivers”文件夹内并替换掉原文件。
注意此操作仅适用于安装的是64位系统(该操作为核心步骤必做，否则系统启动时间将会非常长)，如果安装的是32位系统请跳过此步。
补充：微软已在Win10 20H1及更高版本的系统中为exfat.sys加入了内置数字签名，对于这些版本的32位和64位系统都不再需要替换驱动请跳过此步。

15、点击并打开 开始菜单→所有程序→备份还原→WIM映像处理工具。
这里以使用WimTool为例，对于处理WIM/ESD文件也可以使用Dism或Dism++等工具完成操作。

16、点击“新制和追加”选项卡，在“选择要制作成WIM映像的源目录”处点击“浏览”按钮，选择“整个C盘”并点击“确定”按钮。在“选择保存WIM映像的文件名”处点击“浏览”按钮，选择点击“除C盘外”的其他盘可在任意目录输入自定义文件名并点击“保存”按钮。在选项[1]区域中的“压缩类型”下拉菜单选择为“最大压缩”。在选项[2]区域中的四个“文本框”内可以自由设置备注信息或者直接留空即可。选择好后如果检查了没有问题就点击“新建映像”按钮继续下一步操作。
注意对于压缩类型选项请根据实际情况量力而行，该操作对处理器的性能要求较高，如果电脑配置较低此项耗时会比较长，为保证最佳效率我个人推荐：酷睿i9/i7选择最大压缩；酷睿i5/i3选择快速压缩；奔腾/赛扬选择没有压缩。

17、请耐心等待WIM映像打包封装完毕，此步所需时间视电脑配置高低而定。

18、当绿色进度条为“100%”并在提示信息框内显示“制作映像文件：完成”时即可进行下一步操作。

19、点击并打开 开始菜单→命令提示符，注意空格输入“Format C: /FS:exFAT /Q /A:4096”不包含引号并按下Enter回车键，当提示是否继续格式化时按下“Y”键并回车，当提示设置卷标时可自行设置或直接回车留空，当提示格式化完成信息后此时C盘已成功格式化为exFAT文件系统。
这里以系统自带的CMD命令行将本地磁盘格式化为exFAT为例，对于此操作也可以直接使用DiskGenius分区工具4.9以上版本实现以exFAT文件系统格式化硬盘，其中分配簇大小建议选择为4096字节。

20、回到WimTool，点击“挂载和解开”选项卡，在“选择要挂载或解开的WIM文件”处点击“浏览”按钮，选择之前保存好的“WIM映像文件”并点击“打开”按钮。在“选择挂载或解开的目标文件夹”处点击“浏览”按钮，选择“整个C盘”并点击“确定”按钮。选择好后如果检查了没有问题就点击“解开映像”按钮继续下一步操作。

21、如图所示如果弹出“选择是否继续解开WIM映像”对话框则点击“是(Y)”按钮以继续操作。

22、请耐心等待WIM映像解包释放完毕，此步所需时间视电脑配置高低而定。

23、当绿色进度条为“100%”并在提示信息框内显示“解开映像文件：完成”时即可进行下一步操作。

24、点击并打开 开始菜单→扇区小工具BOOTICE。
这里以使用Bootice为例，对于编辑BCD文件也可以使用BcdEdit或EasyBCD等工具完成操作。

25、点击“BCD编辑”选项卡，在BCD文件区域中点击“其他BCD文件(O)”单选框，然后点击右侧的“...”按钮或者在自动弹出的打开窗口中找到BCD文件位置并点击“打开”按钮完成选择，对于使用Legacy引导其BCD文件位置通常为"C:\Boot\BCD"(需要显示隐藏的系统文件才能看到)；对于使用UEFI引导其BCD文件位置通常为“ESP:\EFI\Microsoft\Boot\BCD”(需要运行一次WinNTSetup自动挂载出隐藏的ESP分区才能看到)，然后点击“智能编辑模式(C)”按钮将弹出BCD编辑窗口。在【启动设备】区域中确定设备类型为“分区”，在“启动磁盘”下拉菜单中选择“C盘所在的磁盘名”，在“启动分区”下拉菜单中选择“系统所在的分区”(即选择C盘)，对于其他设置懂的可以自行修改，不懂的则不要修改，调整完成须点击“保存当前系统设置(S)”按钮后再退出。

26、重启测试等待系统成功启动到桌面后打开这台电脑，右键C盘点击属性，此时看到文件系统为exFAT，至此大功告成！


多版本系统测试启动截图
exFAT+传统模式启动最新版Win10 v1903 x64


exFAT+VHD模式启动最新版Win10 v1903 x64


exFAT+Legacy启动初版Win10 v1507 x64


exFAT+Legacy启动Win8 8400 x86


exFAT UEFI+Secure Boot启动Win8 8400 x64


exFAT UEFI启动Win7 7850 x86


exFAT启动Win8 RTM


exFAT启动Win8.1 RTM


exFAT启动Server 2016


exFAT启动WES8


exFAT启动WinRT8.1


exFAT+WIM启动WinPE


exFAT启动Win10Team


exFAT启动Win11


补充：
顺便测试了通过触发exFAT写保护卷处于只读状态时系统还能启动到桌面也没报错，系统中的一些程序也能正常打开，说明Windows是可以在只读介质或分区中运行的，只不过在重启后和RAMOS一样所有的设置都不会保存。


更新exFAT系统盘兼容性表格：


笔记：
录制的Windows To Go+exFAT启动简易测试视频：http://www.bilibili.com/video/av55296372

chaojie0406

heartcoffee 发表于 2021-9-16 10:16
浪费空间严重，NTFS 上200G 的文件复制到exFAT上占用了400G

exfat无硬链接，无目录链接，用来做系统无实用价值。

heartcoffee

浪费空间严重，NTFS 上200G 的文件复制到exFAT上占用了400G

朱玛

防自动锁帖补丁V2

朱玛

防自动锁帖补丁

正义羊

即将有新的更新。

朱玛

图片上传测试

朱玛

leoinhz 发表于 2020-6-20 13:11
在苹果电脑上试过没有。。。。。
想装双系统

本来就可以啊，这跟是什么品牌的电脑又没关系。

秋草呢喃

认真的看，谢谢分享。

朱玛

已更新，现在将支持在Windows PE系统盘X盘上使用exFAT文件系统。

正义羊

整体是一篇不错的教程。

tushendage

这个在双系统的时候专门画一块出来还真的管用。

小狼主

谢谢楼主分享，不错

phantasm

朱玛 发表于 2020-6-20 21:16
很早以前OneDrive都是支持在FAT/exFAT卷上同步文件的，后来是微软人为限制了必须使用NTFS分区才能用OD同步 ...

“很早以前”。。。
OD其实是支持在exFAT上作为数据区同步的，这个至今仍然可以。
问题是，只要系统盘是exFAT，OD就一定废掉，打都打不开（闪退）。

xmcai

支持楼主技术贴，学习了。

gh1974

好长，看不完头都晕了，支持楼主技术贴

朱玛

leoinhz 发表于 2020-6-20 13:11
在苹果电脑上试过没有。。。。。
想装双系统

可以用的   

朱玛

phantasm 发表于 2020-6-20 11:59
又见这帖~有幸折腾过一阵，但是因为工作需要OneDrive，而OneDrive恰巧明确不支持EXFAT（至少系统盘不能是EX ...

很早以前OneDrive都是支持在FAT/exFAT卷上同步文件的，后来是微软人为限制了必须使用NTFS分区才能用OD同步文件。

leonick

朱玛 发表于 2019-6-20 11:30
那Windows Defender是干啥用的，如果自己不作死从网上乱下东西随意运行的话系统哪来的恶意软件。

系统文件的访问权限被破除的话，WD都自身难保。

leoinhz

在苹果电脑上试过没有。。。。。
想装双系统