《鸟哥的Linux私房菜：基础学习篇》阅读笔记（二）

读了一下第二章主机规划与磁盘分区，记个笔记，以下：

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（一）MSDOS （MBR） 分区表格式与限制

（二）GPT 磁盘分区表

（三）开机流程中的 BIOS

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（一）MBR 分区表格式与限制

在Linux系统中，每个设备都被当成一个文件来对待，每个设备都有设备文件名。磁盘设备文件名通常分为两种，实际SATA/USB设备文件名为/dev/sd[a-p]，而虚拟机的设备可能为/dev/vd[a-p]。

磁盘的组成主要有盘片、机械手臂、磁头与主轴马达所组成， 而数据的写入其实是在盘片上面。盘片上面又可细分出扇区（Sector）与磁道（Track）两种单位， 其中扇区的物理量设计有两种大小，分别是 512Bytes 与 4KBytes。

磁盘的第一个扇区，主要记录了两个重要的信息，分别是： （1）主要开机记录区（Master Boot Record, MBR）：可以安装开机管理程序的地方，有446 Bytes （2）分区表（partition table）：记录整颗硬盘分区的状态，有64 Bytes。

由于分区表就只有64 Bytes而已，最多只能容纳四笔分区的记录， 这四个分区的记录被称为主要（Primary）或拓展（Extended）分区。磁盘的 MBR 分区方式中，主要与拓展分区最多可以有四个，逻辑分区的设备文件名号码，一定由5号开始。分区的最小单位“通常”为柱面（cylinder）。

为什么要分区？

• 因为每个分区的数据是分开的！所以，当你需要将某个分区的数据重整时，可以将其他重要数据移动到其他分区，让你的数据更安全。
• 由于分区将数据集中在某个柱面的区段，当有数据要读取自该分区时，将有助于数据读取的速度与性能。

拓展分区和逻辑分区

虽然第一个扇区所在的分区表只能记录四笔数据（硬盘的限制）， 但可利用额外的扇区来记录更多的分区信息，而延伸分区最多只能有一个（操作系统的限制）。拓展分区本身并不能被拿来格式化，逻辑分区是由延伸分区持续切割出来的分区，逻辑分区的数量依操作系统而不同，在Linux系统中SATA硬盘已经可以突破63个以上的分区限制。

MBR的限制

MBR 分区表除了上述的主分区、拓展分区、逻辑分区需要注意之外，由于每组分区表仅有 16Bytes 而已，因此可纪录的信息相当有限。 所以，在过去 MBR 分区表的限制中经常可以发现如下的问题：

• 操作系统无法抓取到 2.2T 以上的磁盘容量。
• MBR 仅有一个区块，若被破坏后，经常无法或很难救援。
• MBR 内的存放开机管理程序的区块仅 446Bytes，无法容纳较多的程序码。

（二）GPT 磁盘分区表

为了解决上述问题，当磁盘容量大于 2TB 以上时，系统会自动使用 GPT 分区方式来处理磁盘分区。GPT 分区已经没有拓展与逻辑分区的概念，每一个分区都可以格式化使用，可以认为所有的分区都是主分区。在扇区的定义上面， 大多会使用所谓的逻辑区块位址（Logical Block Address, LBA）来处理。GPT 将磁盘所有区块以此 LBA（默认为 512Bytes ） 来规划，而第一个 LBA 称为 LBA0 （从 0 开始编号）。

与 MBR 仅使用第一个 512Bytes 区块来纪录不同， GPT 使用了 34 个 LBA 区块来纪录分区信息！ GPT 除了前面 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！详细的结构如下：

• LBA0 （MBR 相容区块）

  与 MBR 模式相似的，这个相容区块也分为两个部份，一个就是跟之前 446 Bytes 相似的区块，储存了第一阶段的开机管理程序！ 而在原本的分区表的纪录区内，这个相容模式仅放入一个特殊标志的分区，用来表示此磁盘为 GPT 格式之意。

• LBA1 （GPT 表头纪录）

  这个部份纪录了分区表本身的位置与大小，同时纪录了备份用的 GPT 分区 （就是前面谈到的在最后 34 个 LBA 区块） 放置的位置， 同时放置了分区表的检验机制码 （CRC32），操作系统可以根据这个检验码来判断 GPT 是否正确。若有错误，还可以通过这个纪录区来取得备份的 GPT（磁盘最后的那个备份区块） 来恢复 GPT 的正常运行！

• LBA2-33 （实际纪录分区信息处）

  从 LBA2 区块开始，每个 LBA 都可以纪录 4 笔分区纪录，所以在默认的情况下，总共可以有 4*32 = 128 笔分区纪录喔！因为每个 LBA 有 512Bytes，因此每笔纪录用到 128 Bytes 的空间，除了每笔纪录所需要的识别码与相关的纪录之外，GPT 在每笔纪录中分别提供了 64bits 来记载开始/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会在“ 264 512Bytes = 263 1KBytes = 233TB = 8 ZB ”，要注意 1ZB = 230TB 啦！ 你说有没有够大了？

（三）开机流程中的 BIOS

CMOS是记录各项硬件参数且嵌入在主板上面的储存器，BIOS则是一个写入到主板上的一个固件（再次说明， 固件就是写入到硬件上的一个软件程序）。BIOS就是在开机的时候，计算机系统会主动执行的第一个程序。

接下来BIOS会去分析计算机里面有哪些储存设备，我们以硬盘为例，BIOS会依据使用者的设置去取得能够开机的硬盘， 并且到该硬盘里面去读取第一个扇区的MBR位置。 MBR这个仅有446 Bytes的硬盘容量里面会放置最基本的开机管理程序， 此时BIOS就功成圆满，而接下来就是MBR内的开机管理程序的工作了。

这个开机管理程序的目的是在载入（load）核心文件， 由于开机管理程序是操作系统在安装的时候所提供的，所以他会认识硬盘内的文件系统格式，因此就能够读取核心文件， 然后接下来就是核心文件的工作，开机管理程序与 BIOS 也功成圆满，将之后的工作就交给大家所知道的操作系统啦！

简单的说，整个开机流程到操作系统之前的动作应该是这样的：

1. BIOS：开机主动执行的固件，会认识第一个可开机的设备；
2. MBR：第一个可开机设备的第一个扇区内的主要开机记录区块，内含开机管理程序；
3. 开机管理程序（boot loader）：一支可读取核心文件来执行的软件，boot loader的功能主要有：提供菜单、载入核心、转交控制权给其他loader；
4. 核心文件：开始操作系统的功能...

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参考链接：

2.2 磁盘分区 | 鸟哥的 Linux 私房菜：基础学习篇 第四版