Linux学习16-磁盘分区MSDOS与GPT的区别

磁盘分区MSDOS与GPT的区别

与支持最大卷为2TB并且每个磁盘最多有4个主分区（或3个主分区，1个扩展分区）的MBR磁盘分区样式相比，GPT磁盘分区样式支持最大卷128EB并且每磁盘的分区数没有上限，只受到操作系统限制（由于分区表本身需要占用一定空间，最初规划硬盘分区时，留给分区表的空间决定了最多可以有多少个分区，IA-64版Windows限制最多有128个分区，这也是EFI标准规定的分区表的最小尺寸）。与MBR分区的磁盘不同，至关重要的平台操作数据位于分区，而不是位于非分区或隐藏扇区。另外，GPT分区磁盘有备份分区表来提高分区数据结构的完整性。

1.硬盘结构

• 设备类型：

  1. 块设备：block，存取单位“块”，通常为随机访问的，块设备通常有缓存
  2. 字符设备：char，存取单位“字符”，通常为顺序访问的，字符设备没哟缓存

• 设备号码
  不论是块设备还是字符设备都有两个编号

  1. 主要编号:major number，标识设备类别
  2. 次要编号:minor number，标识统一类别下的不同设备

• 设备文件
  关联至一个设备驱动程序，进而能够跟与之对应硬件设备进行通信

• 接口
  
  1. 并行
     IDE 133MB/s 早期家用电脑
     SCSI：640 MB/s 早期服务器
  2. 串口
     SATA 6Gbps 家用电脑
     SAS 6gbps 服务器
     USB 480MB/s
• 机械硬盘结构
  
  1. track 磁道
     磁盘上的圈，每个盘面最多可以放10bit=1024磁道 外圈编号小，内圈编号大。
  2. sector扇区
     磁道分割出来的小块，每个磁道可以存6bite扇区，也就是2^6=64个 0-63个扇区 一个扇区512byte大小
  3. head磁头
     磁头数=盘面数 8bit 256个
  4. cylinder柱面
     所有磁盘的对应磁道64*256*512byte=8M

• CHS和LBA

  1. CHS
     早期硬盘划分采用，24bit寻址
     其中前10位表示cylinder，中间8位表示head，后面6位表示sector
     最大寻址空间8GB

  2. LBA
     ZBR区位记录扇区结构
     采用48个bit位寻址
     最大寻址空间128PB

2. MSDOS

2.1 1概述

早期的Linux系统为了兼容Windows的磁盘，使用支持Windows的MBR的方式来处理开机管理程序与分区表，这些记录在第一个扇区，这个扇区通常为512bytes大小，所以第一个扇区会有两个数据

• 1、主要启动记录区（MBR）:可以按照开机管理程序的地方，有446bytes

• 2、分区表（partition table）:记录整个硬盘分区的状态，有64bytes

由于分区表所在区块仅有64bytes容量，而每个分区表需要占用16bytes，因此最多仅能有四组记录区，每组记录区记录了该区段的起始与结束的磁柱号码。
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上图假设磁盘只有400个磁柱，共分4个分区，第四个分区所在301-400号磁柱的范围，这四个分区被称为主要（primary）或延伸(extended)分区。利用延伸分区可以划分更多的分区，也就是所谓的逻辑分区（logical partition）

2.2 MSDOS结构

• 磁盘引导记录MBR由4个部分组成，放在0扇区
  
  1. 主引导程序（偏移地址0000H—008H），它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序
  2. 出错信息数据区，偏移地址0089H—00E1H为出错信息，00E2H—01BDH全为0字节
  3. 分区表（DPT，Disk Partition Table）含4个分区项，偏移地址01BEH—01FDH，每个分区表项长16个字节，共64字节为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4
  4. 结束标志字，偏移地址01FE—01FF的2个字节值为结束标志55AA

• MBR中的DPT结构

  1. 第1字节引导标志：
     值为80H表示为活动分区
     值为00H表示非活动分区
  2. 第2、3、4字节
     起始磁头号-第2字节；
     起始扇区号-第3字节的低6位；
     起始柱面号-第3字节的高3位+第4字节8位
  3. 第5字节，分区类型符
     00H- -表示该分区未用
     06H- -FAT16基本分区
     0BH- -FAT32基本分区
     05H- -扩展分区
     07H- -NTFS分区
     0FH- -（LBA模式）扩展分区（83H位Linux分区）
  4. 第6、7、8字节
     结束磁头号-第6字节；
     结束扇区号-第7字节的低6位；
     结束柱面号-第7字节的高2位+第8字节
  5. 第9、10、11、12字节
     本分区之前已用的扇区数
  6. 第12、14、15、16字节
     本分区的总扇区数

3. GPT分区

为了兼容与所有的磁盘，在扇区的定义上面，大多会使用所谓的逻辑区块地址（LBA）来处理，GPT将磁盘所有区块以LBA来规划，而第一个LBA称为LBA0，与MBR仅使有一个区块不同，GPT除了前面的34个LBA之外，整个磁盘的最后33个LBA也拿来作为另一个备份

• LBA0（MBR相容区块）
  假设的MBR，避免旧系统不识别GPT分区

• LBA1（GPT表头记录）
  记录分区本身位置与大小，同时记录了备份用的GPT分区放置位置以及分区表的检验机制码（CRC32）

• LBA2-33（实际记录分区信息）
  从LBA2区块开时，每个LBA都可以记录4笔分区记录，所以默认情况下可以有4×32=128笔分区记录，因为每个LBA有512bytes，因此每个记录用到128bytes的空间，除了每个记录所需要的标识符和相关记录外，GPT在每个记录中分别提供64bits来记录开始/结束的扇区号码，因此，GPT分区表对于单一分区来说，他的最大容量限制就是8ZB。

为了对比理解附一个结构图

附表 支持GPT格式的系统

注：分区工具无法转换MBR,可能导致的原因是磁盘内存在资料，解决方法，将所有分区格式化

引导

• 旧电脑bios配合MBR引导分区
• 新电脑UEFI配合GPT引导分区
• bios配合GPT不能启动计算机，只能当数据盘