MBR、GPT的结构和区别

本章学习内容

        ——–介绍MBR、GPT

        ——–不同的启动流程

        ——–分区结构

        ——–分区差异  

        ——–磁盘管理方式

一、介绍MBR、GPT

     MBR(Master Boot Record)主引导记录和GUID(GUID Partition Table，简写为GPT)全局唯一标识分区列表是磁盘的俩种的分区方式，它们各自占据了从磁盘的0磁道0扇区开始的不同的字节数大小，这俩种不同分区方式也决定了磁盘的各种特性，是计算机启动之前最先加载的程序。

二、启动流程

     既然谈到了了磁盘的分区方式，我想这里很有必要介绍一下与之对应的启动方式。对于Legacy BIOS+MBR和UEFI BIOS+GPT这俩种技术而言，后者虽然使用人群不大，但是更先进，因为Windows8的诞生，让这一技术真正走进了人们的视野。GRUB是一个多系统启动引导程序，先启动grub再记载磁盘的MBR或者GPT，是传统的启动方式。

三、详解分区结构

    1、分区展示

MBR磁盘示图

      在MBR磁盘的第一个扇区内保存着启动代码和硬盘分区表。启动代码的作用是指引计算机从活动分区引导启动操作系统，也可以叫做Bootloader；分区表的作用是记录硬盘的分区信息。在MBR中，分区表的大小是固定的，一共可容纳4个主分区信息。最后是磁盘有效标志，它是磁盘分区的校验位。

GPT磁盘示图

    在GTP磁盘的第一个扇区中同样有一个与MBR（主引导记录）类似的标记，叫做PMBR。PMBR的作用是，当使用不支持GPT的分区工具时，整个硬盘将显示为一个受保护的分区，以防止分区表及硬盘数据遭到破坏。而其中存储的内容和MBR一样。

    2、分区细看      

        <1>centos7默认从2048号扇区开始，1–2047号扇区(每个扇区512byte)的1M空间为grub预留

        <2>接下来细看0号扇区的512字节，即主引导记录  

        <3>演示MBR的作用       

           ◆添加一块200G的磁盘，并创建文件系统

           ◆把sda的MBR转移至新磁盘

              ◆重新查看

/dev/sda的MBR在/dev/sdb中生效，sdb拥有了和sda一样的分区

           ◆破坏/dev/sdb的bootloader，sdb将无法启动，此处只作破坏

               ◆再破坏其分区标识符

               ◆查看其分区

以上证明了在MBR中，bootloader引导系统启动，而分区标识符一旦被破坏，虽然文件系统不会被破坏，但是分区会随之消失。

注意：生产生活中通常我们会备份MBR

四、俩种分区的差异

     1、在MBR中，分区表的大小是固定的，一共可容纳4个主分区信息。在MBR分区表中逻辑块地址采用32位二进制数表示，因此一共可表示2^32（2的32次方）个逻辑块地址。如果一个扇区大小为512字节，那么硬盘最大分区容量仅为2TB。

     2、GPT的分区方案之所以比MBR更先进，是因为在GPT分区表头中可自定义分区数量的最大值，也就是说GPT分区表的大小不是固定的。另外，GPT分区方案中逻辑块地址（LBA）采用64位二进制数表示，可以计算一下2^64是一个多么庞大的数据，以我们的需求来讲完全有理由认为这个大小约等于无限。除此之外，GPT分区方案在硬盘的末端还有一个备份分区表，保证了分区信息不容易丢失。

涉及专业术语：

CHS：标准的硬盘模式，它限定硬盘容量才8G，非常有效，现在市场上已经没有了！ 
LAB：逻辑块寻址模式，是现在最常用的一种，常见的为500G，1T

五、磁盘管理方式

    其实在磁盘上，是分为一个个数据块的，一个块的大小通常时4K，而又把大量的数据块，分为有限的块组。每个块组中，有DGT、Block bitmap、Inode bitmap、Inode table和不均匀超级块，下图：

换一种思路来理解磁盘数据块的分布方式

关于各个数据块存储的信息，以下作简要介绍

◆ Boot block: 前面已经介绍过，里面存储的是MBR或者GDT等系统启动的程序

◆ Super block：记录着磁盘上所有数据块组的信息以及数据块的大小、inode大小……一旦损坏，数    据丢失，需备份多次

◆ GDT：存储着每个块组的磁盘块的数量，需备份多次

◆ Block bitmap：是磁盘块上数据块的索引，是加快查找inode的一种非常重要的数据结构

◆ Inode bitmap：作用同Block bitmap

◆ Inode table：遍历inode bitmap

   所以：我们在操作一个数据时，在磁盘内部实现的机制是相当复杂的，首先通过inode table查找来分配空闲的inode，再根据inode bitmap找的对应的数据块，当然，关于inode的详细机制，我们前面已经介绍过，此处不做详细解释。