硬盘基础知识及 MBR、GPT分区格式

一，硬盘知识

    硬盘接口类型：

         并行：

            IDE： 133MB/s

            SCSI： 640MB/s

         串口：

            SATA： 6Gbps(字节)

            SAS： 6Gbps

            USB： 480MB/s

    硬盘结构示意图：

    硬盘专业术语：  

         rpm: rotations per minute  磁盘转速单位      

         head：磁头 =盘面数量   256个    8字节

         track：磁道 1024个磁道

         cylinder: 柱面  =track *head = 512*63*256=8m

         secotr: 扇区， 512bytes  一圈最多63个扇区

            —》 CHS  柱面磁头扇区寻址方式

        （linux 底层现用 LBA 线性寻址，LBA(Logical Block Addressing)逻辑块寻址模式）

            （6以后，底层工作原理按LBA进行，但是表现为CHS 形式，

            LBA中允许将柱面分给多个分区，但是传统的CHS 不支持，

            6中可以精确到以扇区划分来规定分区大小）

    linux中的设备文件：

        磁盘设备的设备文件命名： /dev/DEV_FILE

            IDE:    /dev/hd

            SCSI, SATA, SAS, USB:     /dev/sd

            虚拟化中，为 /dev/vd*

            不同设备： a-z

            eg :    /dev/sda, /dev/sdb, …

            同一设备上的不同分区： 1,2, …

            /dev/sda1, /dev/sda5

            查询可用的磁盘设备

            图形化磁盘管理功能工具：

        点击“应用程序” ->“系统工具” ->“磁盘”或执行命令gnome-disks

二.磁盘分区格式

     为什么要使用分区？

            • 优化I/O性能

            • 实现磁盘空间配额限制

            • 提高修复速度

            • 隔离系统和程序

            • 安装多个OS

            • 采用不同文件系统

     分区方式：

         两种分区方式： MBR， GPT

          MBR: Master Boot Record(主引导记录)， 1982年， 使用32位表示扇区

             数， 分区不超过2T

           如何分区：按柱面

            0磁道0扇区： 共 512bytes（字节）

            前446bytes:         boot loader

            后续64bytes：分区表   ——》 导致只能有4个分区

                （即用于规定每个分区占用的chs信息）

            每16bytes: 标识一个分区

            2bytes: 55AA    –》MBR标识位

            （ 2个字节被填充了2个5A，MBR有效性标记）

            每个磁盘内，可以4个主分区； 3主分区+1扩展(N个逻辑分区)

    MBR分区结构

      mbt 备份示例：

            备份/dev/sda 的mbr    （dd用法见本笔记尾部）

            hexdump -C   以二进制形式查看内容

      备份分区表：

            eg : 备份 /dev/sda 分区信息表

      备份MBR有效位标志：

    GPT分区

         GPT:GUID（ Globals Unique Identifiers） partition

            table 支持128个分区，使用64位，支持8Z（512Byte/block ）

            64Z （4096Byte/block）

            （没有主分区与逻辑分区之分）

         使用128位UUID 表示磁盘和分区 GPT分区表自动备份在头和尾两份，并有CRC校验位

         UEFI (统一扩展固件接口)硬件支持GPT，使操作系统启动

            （若无UEFI只能把磁盘作为存储，无法引导操作系统）

    GPT分区结构：

       EFI部分又可以分为4个区域： EFI信息区(GPT头)、分区表、 GPT分区、备份区域

    MBR 与 GPT 分区格式的区别：

        MBR分区表：

        在传统硬盘分区模式中，引导扇区是每个分区（Partition）的第一扇区，而主引导扇区是硬盘的第一扇区。它由三个部分组成，

      主引导记录MBR、硬盘分区表DPT和硬盘有效标志。在总共512字节的主引导扇区里MBR占446个字节，第二部分是Partition table区（分区表），

      即DPT，占64个字节，硬盘中分区有多少以及每一分区的大小都记在其中。第三部分是magic number，占2个字节，固定为55AA。

        一个扇区的硬盘主引导记录MBR由4个部分组成。

        •主引导程序（偏移地址0000H–0088H），它负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序。

        •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。

        •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。

        •结束标志字，偏移地址01FE–01FF的2个字节值为结束标志55AA,如果该标志错误系统就不能启动。

        GPT分区表：

      GPT的分区信息是在分区中，而不象MBR一样在主引导扇区，为保护GPT不受MBR类磁盘管理软件的危害，GPT在主引导扇区建立了一个保护分区

     （Protective MBR）的MBR分区表（此分区并不必要），这种分区的类型标识为0xEE，这个保护分区的大小在Windows下为128MB，Mac OS X下为200MB，

     在Window磁盘管理器里名为GPT保护分区，可让MBR类磁盘管理软件把GPT看成一个未知格式的分区，而不是错误地当成一个未分区的磁盘。