1.MBR

1.1 MBR的組成

一個扇區的硬盤主引導記錄MBR由4個部分組成。

主引導程序（偏移地址0000H--0088H），它負責從活動分區中裝載，并運行系統引導程序。
出錯信息數據區，偏移地址0089H--00E1H為出錯信息，00E2H--01BDH全為0字節。
分區表（DPT,Disk Partition Table）含4個分區項，偏移地址01BEH--01FDH,每個分區表項長16個字節，共64字節為分區項1、分區項2、分區項3、分區項4。
結束標志字，偏移地址01FE--01FF的2個字節值為結束標志55AA,如果該標志錯誤系統就不能啟動。

WechatIMG5207.jpeg

typedef struct {
    char    bootinst[446];   /* space to hold actual boot code */
    PHMBRTABLE partitions[4];
    unsigned short  signature;/* set to 0xAA55 to indicate PC MBR format */
} mbr_head;

master_boot_record

1.2 MBR中的分區信息結構

占用512個字節的MBR中，偏移地址01BEH--01FDH的64個字節，為4個分區項內容（分區信息表）。它是由磁盤介質類型及用戶在使用 FDISK定義分區時確定的。在實際應用中，FDISK對一個磁盤劃分的主分區可少于4個，但最多不超過4個。每個分區表的項目是16個字節，其內容含義如下表所示。

|存儲字節位 |內容及含義 |
|---------|
|第1字節 |引導標志。若值為80H表示活動分區，若值為00H表示非活動分區。第2、3、4字節 本分區的起始磁頭號、扇區號、柱面號。其中：磁頭號——第2字節；扇區號——第3字節的低6位；柱面號——為第3字節高2位+第4字節8位。|
|第5字節 |分區類型符。00H——表示該分區未用（即沒有指定）；06H——FAT16基本分區；0BH——FAT32基本分區；05H——擴展分區；07H——NTFS分區；0FH——（LBA模式）擴展分區（83H為Linux分區等）。|
|第6、7、8字節| 本分區的結束磁頭號、扇區號、柱面號。其中：磁頭號——第6字節；扇區號——第7字節的低6位；柱面號——第7字節的高2位+第8字節。|
|第9、10、11、12字節| 本分區第一個扇區。|
|第13、14、15、16字節| 本分區的總扇區數。|

typedef struct {
    unsigned char  bootid;         /* bootable?  0=no, 128=yes  */
    unsigned char beghead ;    /* beginning head number */
    unsigned short begsect : 6;    /* beginning sector number */
    unsigned short begcyl  : 10;   /* 10 bit nmbr */
    unsigned char  systid;         /* Operating System type indicator code */
    unsigned char endhead ;    /* ending head number */
    unsigned short endsect : 6;    /* ending sector number */
    unsigned short endcyl  : 10;   /* also a 10 bit nmbr */
    unsigned int relsect;          /* first sector relative to start of disk */
    unsigned int numsect;          /* number of sectors in partition */
} mbr_table;

fdisk_partition_partitions

1.3 MBR的限制

MBR 分區系統是一個數據結構補丁的大雜燴，用于克服早期的限制。MBR 自身完全駐留在一個硬盤的第一個扇區（512 字節）上。MBR 的前 400 個字節專門用于存儲代碼：boot loader（引導裝載程序）。計算機引導時，BIOS 讀取并執行這段代碼。

在這個代碼區域之后，MBR 存儲數據在 4 個分區上，這些分區稱為主分區。每個分區采用兩種方法描述：“柱面/磁頭/扇區（CHS）” 標記法和 “邏輯塊（LBA）” 標記法。今天，CHS標記法幾乎成為了老古董，因為它是一個 24 位的數字。這意味著它只限于描述 8GB 磁盤區域。32 位的 LBA 值支持 2TB大小。但是這個 2TB 上限不太容易突破，因為在 MBR 中沒有留下任何未分配的字段，可以用于向 LBA 地址添加更多位

除了這個 2TB 問題之外，MBR 還有其他困難。主要困難是 4 個主分區的限制。要克服這個限制，可能的方法是將一個主分區放到一邊，作為一個占位符（稱為擴展分區），用于容納任意數量的附加分區（稱為邏輯分區）。然而，這是一種笨拙的權宜之計，會導致一些問題。比如，安裝多個操作系統時，如果過多的操作系統要求自身擁有過多的主分區，就會出現困難。

MBR 還有數據完整性問題。它是一個單一數據結構，容易受到誤操作和磁盤故障的損壞。另外，由于邏輯分區以一種鏈接表結構定義，如果一個邏輯分區損壞，就會阻止對剩余的邏輯分區的訪問。這些數據結構都沒有任何形式的錯誤探測功能，因此，損壞很難定位。

2.GPT

2.1 GPT的組成

GPT結構

GPT結構數據

2.2 保護MBR

保護MBR包含一個DOS分區表(LBA0)，只包含一個類型值為0xEE的分區項，在小于2TB的磁盤上，大小為整個磁盤；在更大的磁盤上，它的大小固定為2TB。它的作用是阻止不能識別GPT分區的磁盤工具試圖對其進行格式化等操作，所以該扇區被稱為“保護MBR”。實上，
上，EFI根本不使用這個分區表。

保護MBR

2.3 EFI部分

EFI部分又可以分為4個區域：EFI信息區(GPT頭)、分區表、GPT分區、備份區域。

1. EFI信息區(GPT頭)

起始于磁盤的LBA1，通常也只占用這個單一扇區。其作用是定義分區表的位置和大小。GPT頭還包含頭和分區表的校驗和，這樣就可以及時發現錯誤。

2. 分區表

分區表區域包含分區表項。這個區域由GPT頭定義，一般占用磁盤LBA2～LBA33扇區。分區表中的每個分區項由起始地址、結束地址、類型值、名字、屬性標志、GUID值組成。分區表建立后，128位的GUID對系統來說是唯一的。

3. GPT分區

最大的區域，由分配給分區的扇區組成。這個區域的起始和結束地址由GPT頭定義。

4. 備份區

備份區域位于磁盤的尾部，包含GPT頭和分區表的備份。它占用GPT結束扇區和EFI結束扇區之間的33個扇區。其中最后一個扇區用來備份1號扇區的EFI信息，其余的32個扇區用來備份LBA2～LBA33扇區的分區表。

2.4 EFI信息區數據結構

    typedef struct {
    BYTE   SIGNATURE[8];
    DWORD  Revision;
    DWORD  Headersize;
    DWORD  CRC32OfHeader;
    DWORD  Reserved;
    UINT64 CurrentLBA;
    UINT64 BackupLBA; //location of the other head copy
    UINT64 FirstUsableLBA; //primary partition table last LBA+1
    UINT64 LastUsableLBA; //secondary parition table first LBA-1
    BYTE DiskGUID[16];
    UINT64 PartitionEntries;
    DWORD  NumOfPartitions;
    DWORD  SizeOfPartitionEntry;
    DWORD  CRC32ofPartitionArray;
    BYTE reserved[420];
} gpt_head_table;

gptheader

2.5 分區表

分區項結構

|相對字節偏移量(十六進制) |字節數 |說明[整數皆以little endian方式表示]|
|------------------------|
|00～0F |16 |用GUID表示的分區類型|
|10～1F |16 |用GUID表示的分區唯一標示符|
|20～27 |8 |該分區的起始扇區，用LBA值表示。|
|28～2F |8 |該分區的結束扇區(包含)，用LBA值表示，通常是奇數。|
|30～37 |8 |該分區的屬性標志|
|38～7F |72 |UTF-16LE編碼的人類可讀的分區名稱，最大32個字符。|

typedef struct {
    BYTE PartitionTypeGUID[16];
    BYTE PartitionGUID[16];
    UINT64 PartitionStartLBA;
    UINT64 PartitionEndLBA;
    UINT64 PartitionProperty;
    wchar_t PartitionName[36]; //Unicode
} gpt_paptition_table;

分區類型

|相關操作系統 |GUID[little endian] |含義|
|------------|
|None |00000000-0000-0000-0000-000000000000 |未使用|
|None |024DEE41-33E7-11D3-9D69-0008C781F39F |MBR分區表|
|None |C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B |EFI系統分區[EFI System partition (ESP)]|
|None |21686148-6449-6E6F-744E-656564454649 |BIOS引導分區，其對應的ASCII字符串是"Hah!IdontNeedEFI"。|
|None |D3BFE2DE-3DAF-11DF-BA40-E3A556D89593 |Intel Fast Flash (iFFS) partition (for Intel Rapid Start technology)|
|Windows |E3C9E316-0B5C-4DB8-817D-F92DF00215AE |微軟保留分區|
|Windows |EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7 |基本數據分區|
|Windows |DE94BBA4-06D1-4D40-A16A-BFD50179D6AC |Windows恢復環境|
|Linux |0FC63DAF-8483-4772-8E79-3D69D8477DE4 |數據分區。Linux曾經使用和Windows基本數據分區相同的GUID。這個新的GUID是由 GPT fdisk 和 GNU Parted 開發者根據Linux傳統的"8300"分區代碼發明的。|
|Linux |44479540-F297-41B2-9AF7-D131D5F0458A |x86根分區 (/) 這是systemd的發明，可用于無fstab時的自動掛載|
|Linux |4F68BCE3-E8CD-4DB1-96E7-FBCAF984B709 |x86-64根分區 (/) 這是systemd的發明，可用于無fstab時的自動掛載|
|Linux |3B8F8425-20E0-4F3B-907F-1A25A76F98E8 |Server Data (/srv) 這是systemd的發明，可用于無fstab時的自動掛載|
|Linux |933AC7E1-2EB4-4F13-B844-0E14E2AEF915 |HOME分區 (/home) 這是systemd的發明，可用于無fstab時的自動掛載|
|Linux |0657FD6D-A4AB-43C4-84E5-0933C84B4F4F |交換分區(swap) 不是systemd的發明，但同樣可用于無fstab時的自動掛載|
|Linux |A19D880F-05FC-4D3B-A006-743F0F84911E |RAID分區|
|Linux |E6D6D379-F507-44C2-A23C-238F2A3DF928 |邏輯卷管理器(LVM)分區|
|Linux |8DA63339-0007-60C0-C436-083AC8230908 |保留|

Microsoft還進一步對分區的屬性進行了細分：低位4字節表示與分區類型無關的屬性，高位4字節表示與分區類型有關的屬性。Microsoft目前使用了下列屬性：

|Bit |解釋|
|-----|
|0 |系統分區(磁盤分區工具必須將此分區保持原樣，不得做任何修改)|
|1 |EFI隱藏分區(EFI不可見分區)|
|2 |傳統的BIOS的可引導分區標志|
|60 |只讀|
|62 |隱藏|
|63 |不自動掛載，也就是不自動分配盤符|

分區屬性

2.6 備份分區表，備份GPT頭

備份區

備份分區表和分區頭在硬盤數據的末尾，里面的數據和結構跟分區表和分區頭內一樣。是頭部的一個備份。

2.7 GPT優勢

GPT的最大好處當然是它消除了 2TB 這個障礙。但是，即使您不必處理 2TB 的磁盤，您也可能會考慮采用 GPT。CRC 和備份數據結構是在低于 2TB 的磁盤上轉換到 GPT 的最重要的好處，盡管這一點存在爭議。主分區和邏輯分區的區別喪失也可能對一些用戶很重要。遺憾的是，許多需要主分區的操作系統都不能從 GPT 磁盤引導。

工具

010 editor