GPT分区数据格式分析(图已补上)
1. 背景与前言
随着技术的不断提高，电子产品的集成度变得越来越高，硬盘是这几年中的一个突出产品，近年来，硬盘容量不断提升，从500G到1TB，目前已经能以很便宜的价格买到3TB的硬盘。分区就是把一块大的物理硬盘分成一个一个的逻辑盘，这样便于文档归类，减少坏道损失。
传统的分区格式我们称其为MBR分区，传统的MBR分区格式有一个2TB的限制：当个分区大小不能超过2TB。
以前在企业和服务器领域，一个分区达到2T的情况很正常，所以GPT分区其实很早就已经出现了，只是个人用户用不到而已。
现在，很多人自己就能话很少的钱达到组建几TB的磁盘阵列，所以现在个人用户的操作系统也开始使用GPT分区了。
网络上介绍MBR分区的文章很多，本文不做赘述。但对于GPT分区，至少我前段时间查资料发现深入讲解的文章还不算多。
本文就GPT分区格式进行简单的讲解。
本文部分资料来源于维基百科：http://en.wikipedia.org/wiki/GUID_Partition_Table
2. 术语及缩写
| 术语/缩写 |
解释 |
| GPT |
GUID Partition Table |
| MBR |
Master Boot Record |
| LBA |
Logic Block Address |
3. GPT分区数据格式
3.1 LBA0
逻辑存储块，是与物理存储块进行区分的，因为目前的工艺水平导致不论NAND还是机械硬盘都存在坏块的情况，在使用存储设备时，遇到损坏的存储块就会被驱动程序或固件自动跳过，因此坏块对于驱动程序以上的应用程序来说是透明的，他们感受不到坏块，也不关注坏块，他们对存储设备的存储块进行的编号称为 逻辑块地址（也可以叫： 逻辑块编号）。
GPT分区为了兼容传统的MBR分区，其第一个逻辑块数据格式与MBR分区一致，即：第一个逻辑块就是MBR（主引导记录）。
但为了与传统的MBR分区进行区分，GPT分区的分区类型为EE，在传统的MBR中，EE类型的分区表示保护类型，GPT以此来防止其数据被无意间篡改。
GPT分区的数据格式如下图所示：
为了方便，我们后面仍然将逻辑块称为扇区。
在图1中可以看出：
- 第0扇区：和传统MBR分区一样，仍然为主引导记录
- 第1扇区：我们称之为“主分区头”
- 第2~33扇区：共计32个扇区，我们称之为“主分区节点”
- 最后一个扇区（-1扇区）：我们称之为“备份分区头”，它就是“主分区头”的一个Copy
- 从-2~-33扇区：共计32个扇区，我们称之为“备份分区节点”，它就是“主分区节点”的一个Copy
- 第34~-34扇区：正常的GPT分区内容，文件系统（如：FAT，NTFS，EXT等）就是构建在这里面。
bootloader(或BIOS)根据这个EE就能知道这是一个GPT分区表。
3.2 LBA1
| 字节偏移 |
长度 |
内容 |
| 0 |
8字节 |
签名（"EFI PART", 45 46 49 20 50 41 52 54） |
| 8 |
4字节 |
修订版本号（在1.0版中，值是 00 00 01 00） |
| 12 |
4字节 |
分区头的大小（单位是字节，通常是92字节，即 5C 00 00 00） |
| 16 |
4字节 |
分区头（第0－91字节）的CRC32校验，计算前需先将此内容写0 |
| 20 |
4字节 |
保留，必须是 0 |
| 24 |
8字节 |
当前LBA（这个分区表头的位置） |
| 32 |
8字节 |
备份LBA（另一个分区表头的位置） |
| 40 |
8字节 |
第一个可用于分区的LBA（主分区表的最后一个LBA + 1） |
| 48 |
8字节 |
最后一个可用于分区的LBA（备份分区表的第一个LBA − 1） |
| 56 |
16字节 |
硬盘GUID（在类UNIX系统中也叫UUID） |
| 72 |
8字节 |
分区表项的起始LBA（在主分区表中是2） |
| 80 |
4字节 |
分区表项的数量 |
| 84 |
4字节 |
一个分区表项的大小（通常是128） |
| 88 |
4字节 |
CRC32 of partition array |
| 92 |
* |
保留，剩余的字节必须是0（对于512B/LBA的硬盘就是420个字节） |
下面是一个主分区头的实例：
图 4 GPT分区头实例
在图4的实例中，可以看出，与上面的表1中定义的数据格式是一一对应的。
从图4可以得知，此GPT分区的分区表项是从LBA2开始的：
一共有28个分区：
每个分区表项的大小是128字节：
3.3 LBA2~LBA33
LBA2到LBA33，一共32个逻辑块，是用于存储分区表项的，每一个分区表项就描述了一个分区，分区表项的数据格式如下：
表格 2 GPT分区表项数据格式
| 起始字节 |
长度 |
内容 |
| 0 |
16字节 |
分区类型GUID |
| 16 |
16字节 |
分区GUID |
| 32 |
8字节 |
起始LBA（小端序） |
| 40 |
8字节 |
末尾LBA |
| 48 |
8字节 |
属性标签（如：bit60表示“只读”） |
| 56 |
72字节 |
分区名（可以包括36个UTF-16（小端序）字符） |
可以看出，GPT分区的分区类型，分区标识，都是用GUID进行区分的（GUID在Linux上通常叫UUID），如果你不了解GUID，请自行请教维基百科。
下面是我截取的两个分区表项的实例：
将图5对照表2，即可知道这两个分区的具体信息：
分区1：
- 分区范围：LBA[0x20000] ~ LBA[0x4abdf]，共计87536KB
- 分区名：modem
分区2：
- 分区范围：LBA[0x60000] ~ LBA[0x600FF]，共计128KB
- 分区名：sbl1
| 操作系统 |
分区类型 |
GUID[1] |
| (None) |
未使用 |
00000000-0000-0000-0000-000000000000 |
| MBR分区表 |
024DEE41-33E7-11D3-9D69-0008C781F39F |
|
| EFI系统分区 |
C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B |
|
| BIOS引导分区 |
21686148-6449-6E6F-744E-656564454649 |
|
| Windows |
微软保留分区 |
E3C9E316-0B5C-4DB8-817D-F92DF00215AE |
| 基本数据分区[2] |
EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7 |
|
| 逻辑软盘管理工具元数据分区 |
5808C8AA-7E8F-42E0-85D2-E1E90434CFB3 |
|
| 逻辑软盘管理工具数据分区 |
AF9B60A0-1431-4F62-BC68-3311714A69AD |
|
| Windows恢复环境 |
DE94BBA4-06D1-4D40-A16A-BFD50179D6AC |
|
| IBM GPFS分区 |
37AFFC90-EF7D-4e96-91C3-2D7AE055B174 |
|
| HP-UX |
数据分区 |
75894C1E-3AEB-11D3-B7C1-7B03A0000000 |
| 服务分区 |
E2A1E728-32E3-11D6-A682-7B03A0000000 |
|
| Linux |
数据分区[2] |
EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7 |
| RAID分区 |
A19D880F-05FC-4D3B-A006-743F0F84911E |
|
| 交换分区 |
0657FD6D-A4AB-43C4-84E5-0933C84B4F4F |
|
| 逻辑卷管理器(LVM)分区 |
E6D6D379-F507-44C2-A23C-238F2A3DF928 |
|
| 保留 |
8DA63339-0007-60C0-C436-083AC8230908 |
|
| FreeBSD |
启动分区 |
83BD6B9D-7F41-11DC-BE0B-001560B84F0F |
| 数据分区 |
516E7CB4-6ECF-11D6-8FF8-00022D09712B |
|
| 交换分区 |
516E7CB5-6ECF-11D6-8FF8-00022D09712B |
|
| UFS分区 |
516E7CB6-6ECF-11D6-8FF8-00022D09712B |
|
| en:Vinum-volume-manager分区 |
516E7CB8-6ECF-11D6-8FF8-00022D09712B |
|
| ZFS分区 |
516E7CBA-6ECF-11D6-8FF8-00022D09712B |
|
| Mac OS X |
HFS(HFS+)分区 |
48465300-0000-11AA-AA11-00306543ECAC |
| 苹果公司UFS |
55465300-0000-11AA-AA11-00306543ECAC |
|
| ZFS[3] |
6A898CC3-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| 苹果RAID分区 |
52414944-0000-11AA-AA11-00306543ECAC |
|
| 苹果RAID分区，下线 |
52414944-5F4F-11AA-AA11-00306543ECAC |
|
| 苹果启动分区 |
426F6F74-0000-11AA-AA11-00306543ECAC |
|
| Apple Label |
4C616265-6C00-11AA-AA11-00306543ECAC |
|
| Apple TV 恢复分区 |
5265636F-7665-11AA-AA11-00306543ECAC |
|
| Solaris |
启动分区 |
6A82CB45-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
| 根分区 |
6A85CF4D-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| 交换分区 |
6A87C46F-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| 备份分区 |
6A8B642B-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| /usr分区[3] |
6A898CC3-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| /var 分区 |
6A8EF2E9-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| /home 分区 |
6A90BA39-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| 备用扇区 |
6A9283A5-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| 保留分区 |
6A945A3B-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
|
| 6A9630D1-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
||
| 6A980767-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
||
| 6A96237F-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
||
| 6A8D2AC7-1DD2-11B2-99A6-080020736631 |
||
| NetBSD[4] |
交换分区 |
49F48D32-B10E-11DC-B99B-0019D1879648 |
| FFS分区 |
49F48D5A-B10E-11DC-B99B-0019D1879648 |
|
| LFS分区 |
49F48D82-B10E-11DC-B99B-0019D1879648 |
|
| RAID分区 |
49F48DAA-B10E-11DC-B99B-0019D1879648 |
|
| concatenated分区 |
2DB519C4-B10F-11DC-B99B-0019D1879648 |
|
| 加密分区 |
2DB519EC-B10F-11DC-B99B-0019D1879648 |
[1] 本表中的GUID使用小端序表示。例如，EFI系统分区的GUID在这里写成C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B但实际上它对应的16字节的序列是 28 732A C1 1F F8 D2 11 BA 4B 00 A0 C9 3E C9 3B ——只有前3部分的字节序被交换了。
[2] Linux和Windows的数据分区使用相同的GUID。
[3] Solaris系统中/usr分区的GUID在Mac OS X上被用作普通的ZFS分区。
[4] 具体定义见src/sys/sys/disklabel_gpt.h。NetBSD的GUID在单独定义之前曾经使用过FreeBSD的GUID。| Bit |
Content |
| 0 |
System partition (disk partitioning utilities must preserve the partition as is) |
| 2 |
Legacy BIOS bootable (equivalent to active flag (typically bit 7 set) at offset +0h in partition entries of the MBR partition table)[6] |
| 60 |
Read-only |
| 62 |
Hidden |
| 63 |
Do not automount (i.e., do not assign drive letter) |
3.4 备份分区头与备份分区表项
备份分区表项的内容与分区表项的内容也是完全一致的，只是它存放的位置是LBA-33到LBA-2的区域。
备份分区头与备份分区表项存在的主要意义就是数据恢复。