聊聊MBR与GPT分区表

首先，咱们先从硬盘存储开始，咱们的机械硬盘HDD(Hard Disk Drive)，盘片，磁头，盘片转轴及控制电机，磁头控制器，数据转换器，接口，缓存等几个部分组成。机械硬盘中全部的盘片都装在一个旋转轴上，每张盘片之间是平行的，在每一个盘片的存储面上有一个磁头，磁头与盘片之间的距离比头发丝的直径还小，全部的磁头联在一个磁头控制器上，由磁头控制器负责各个磁头的运动。磁头可沿盘片的半径方向运动，加上盘片每分钟几千转的高速旋转，磁头就能够定位在盘片的指定位置上进行数据的读写操做。数据经过磁头由电磁流来改变极性方式被电磁流写到磁盘上，也能够经过相反方式读取。硬盘为精密设备，进入硬盘的空气必须过滤。

对于硬盘扇区、磁道、柱面的基本概念的理解：
head磁头：每一个盘片通常有上下两面，分别对应1个磁头，共2个磁头
track 磁道：从外圈往里圈0、一、2按顺序编号
cylinder 柱面：磁道的集合，每一个盘片的0磁道组合就是0柱面，1磁道组合就是1柱面
sectors 扇区：每一个磁道又划分大小为512bytes的扇区
platter 圆盘：盘片

CHS（cylinder head sector）：
什么是CHS？
百度百科：https://baike.baidu.com/item/CHS/3794705?fr=aladdin
从CentOS6中，咱们依然能够看到其fdisk -l保留了CHS寻址方式的显示方式
CHS是一个三元组，组成以下

• 采用24bit位寻址
• 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 (512*2^6*2^10*2^8=8589934592=8GB)

LBA（logical block addressing）

• LBA是一个整数，经过转换成CHS格式完成磁盘具体寻址
• ATA-1规范中定义了28位寻址模式，以每扇区512位组来计算，ATA-1所定义的28位LBA上限达到128 GiB。2002年ATA-6规范采用48位LBA，一样以每扇区512位组计算容量上限可达128 Petabytes

因为CHS寻址方式的寻址空间在大概8GB之内，因此在磁盘容量小于大概8GB时，可使用CHS寻址方式或是LBA寻址方式；在磁盘容量大于大概8GB时，则只能使用LBA寻址方式

咱们为何分区？

• 优化I/O性能
• 实现磁盘空间配额限制
• 提升修复速度
• 隔离系统和程序
• 安装多个OS
• 采用不一样文件系统

两种分区方式：MBR，GPT

• MBR: Master Boot Record，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：512bytes
• • 446bytes: boot loader
• • 64bytes：分区表，其中每16bytes标识一个分区
• • 2bytes: 55AA
• MBR分区中一块硬盘最多有4个主分区，也能够3主分区+1扩展(N个逻辑分区)

MBR分区结构

• 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,每一个分区表项长16个字节，共64字节为分区项一、分区项二、分区项三、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
  

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）
• 使用128位UUID(Universally Unique Identifier) 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，使操做系统启动
  

MBR与GPT分区表的开机启动

做者：知乎用户
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UEFI+GPT最好用64位操做系统。

彷佛人人均可以张嘴就说“我懂电脑”，可是总有一些看起来彻底不懂但实际上很是基础的东西让“懂”与“不懂”清晰地划清界限。好比UEFI+GPT就是其中之一，那些以前认为本身已经精通电脑的人，遇到这个东西，突然发现本身连系统都不会装了。 尽管UEFI以及GPT从诞生迄今已经十余年了，可是因为它们的不普及性，致使对于绝大多数人来说它们是彻底陌生的 ，甚至根本就不知道还有这种东西。 可是因为Windows8操做系统的面世，预装Windows8的电脑开始统一采用UEFI+GPT，不少人被迫接触到，感受就像忽然从天上掉下来的东西同样，无所适从，束手无策—— “这究竟是个什么东西呢？” 一旦出现系统问题，惟一能作的解决办法除了品牌机自带的系统还原，最大能力不过就是把UEFI关闭，把硬盘从GPT再转成MBR，从而完全毁掉UEFI+GPT的优点，从新回到陈旧落后的BIOS+MBR的系统安装和运行方式上来。

一、GPT能使用大于2.2T的硬盘，MBR不行。支持最大卷为18 EB（1EB=1048576TB）。

二、GPT能够支持无限个分区，微软目前的限定是128个。Linux、ubuntu、macos都能支持这种分区格式。MBR最多4个主分区，超过4个再分区只能经过逻辑分区。

三、GPT分区磁盘有备份分区表来提升分区数据结构的完整性。

四、UEFI + GPT 开机启动更快，开机时跳过外设检测，而且能够实现启动时原生分辨率，搭载固态硬盘开机时间很短，十秒左右。（没有开机硬件自检会稍微快了那么一、2秒）

五、UEFI + GPT 支持Secure Boot。经过保护预启动或预引导进程，抵御bootkit***，从而提升安全性。全部在开机时比Windows内核更早加载，实现内核劫持的技术，均可以称之为Bootkit。

六、UEFI BIOS 可用鼠标操做图形界面，再也不是枯燥的蓝底白字的英文。（Intel提出，用于取代BIOS）。UEFI的优越特性：可操做性、安全性、兼容性、可扩展性。

BIOS+MBR的系统引导文件能够和系统文件在同一分区的根目录，也能够不与系统文件同一分区，只要系统引导文件所在分区为活动的主分区便可启动操做系统；而UEFI+GPT只能把系统引导文件放置在ESP分区，且操做系统必须在另外的主分区，也就是说，UEFI+GPT强制要求系统启动文件与系统文件必须分离，不在同一分区。

BIOS+MBR一旦系统安装好以后，若是系统引导文件在单独的分区，此分区能够在操做系统中可见，也能够设置此分区为隐藏，系统均可以正常启动；而UEFI+GPT系统引导文件所在的ESP分区在操做系统中为不可见，进入系统后自动隐藏。

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这个是传统的Legacy运行流程：

<img src="https://pic3.zhimg.com/50/v2-ede91bfdb58b57e323480c97ed055a0e_hd.png" data-rawwidth="757" data-rawheight="116" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="757" data-original="https://pic3.zhimg.com/v2-ede91bfdb58b57e323480c97ed055a0e_r.png">;
这个是UEFI运行流程：

<img src="https://pic4.zhimg.com/50/v2-4365730cda76f9ccf6c0ee083fddcba3_hd.png" data-rawwidth="775" data-rawheight="151" class="origin_image zh-lightbox-thumb" width="775" data-original="https://pic4.zhimg.com/v2-4365730cda76f9ccf6c0ee083fddcba3_r.png">;
对比采用传统BIOS引导启动方式，UEFI BIOS减小了BIOS自检的步骤，节省了时间，从而加快平台的启动。

----------拓展，兴趣就往下读--------------

BIOS和UEFI、MBR和GPT 搭配状况：

（1）BIOS+MBR：可用，可启动系统。最多见！这是最传统的，系统都会支持；惟一的缺点就是不支持容量大于2T的硬盘。

（2）BIOS+GPT：可用，可是没法启动系统。BIOS是可使用GPT分区表的硬盘来做为资料盘的，但不能引导系统；若电脑同时带有容量小于2T的硬盘和容量大于2T的硬盘，小于2T的能够用MBR分区表安装系统，而大于2T的可使用GPT分区表来存放资料也没什么问题。但系统须使用64位系统。

BIOS+GPT也是合理的模式，但这种模式下没法启动此硬盘上的系统，而若是只是做为存储盘，则没有什么影响。主硬盘BIOS+MBR装系统、软件，次硬盘BIOS+GPT存储文件，这是不少影音文件发烧友在使用的模式。

（3）UEFI+MBR：能够把UEFI设置成Legacy模式（传统模式）、打开CSM兼容模块，让其支持传统MBR启动，但纯属瞎折腾，带来的效果同BIOS+MBR。没有意义。

（4）UEFI+GPT：可用，可启动系统。最多见！将来趋势。若是要把大于2T的硬盘做为系统盘来安装系统的话，就必须如此。并且系统须使用64位系统，不然没法引导。但系统又不是传统在PE下安装后就能直接使用的，引导还得通过处理才行。UEFI和GPT是相辅相成的。

UEFI+GPT并不能很是有效的提升开机速度（固然，仍是有点做用的），网传的X秒启动，大多数是混淆了WIN8/8.1的假关机功能形成的。理性对待UEFI+GPT，这只是一个新模式，不是神话。