MBR、GPT的結構和區別

本章學習內容

        ——–介紹MBR、GPT

        ——–不同的啟動流程

        ——–分區結構

        ——–分區差異  

        ——–磁盤管理方式

一、介紹MBR、GPT

     MBR(Master Boot Record)主引導記錄和GUID(GUID Partition Table，簡寫為GPT)全局唯一標識分區列表是磁盤的倆種的分區方式，它們各自占據了從磁盤的0磁道0扇區開始的不同的字節數大小，這倆種不同分區方式也決定了磁盤的各種特性，是計算機啟動之前最先加載的程序。

二、啟動流程

     既然談到了了磁盤的分區方式，我想這里很有必要介紹一下與之對應的啟動方式。對于Legacy BIOS+MBR和UEFI BIOS+GPT這倆種技術而言，后者雖然使用人群不大，但是更先進，因為Windows8的誕生，讓這一技術真正走進了人們的視野。GRUB是一個多系統啟動引導程序，先啟動grub再記載磁盤的MBR或者GPT，是傳統的啟動方式。

三、詳解分區結構

    1、分區展示

MBR磁盤示圖

      在MBR磁盤的第一個扇區內保存著啟動代碼和硬盤分區表。啟動代碼的作用是指引計算機從活動分區引導啟動操作系統，也可以叫做Bootloader；分區表的作用是記錄硬盤的分區信息。在MBR中，分區表的大小是固定的，一共可容納4個主分區信息。最后是磁盤有效標志，它是磁盤分區的校驗位。

GPT磁盤示圖

    在GTP磁盤的第一個扇區中同樣有一個與MBR（主引導記錄）類似的標記，叫做PMBR。PMBR的作用是，當使用不支持GPT的分區工具時，整個硬盤將顯示為一個受保護的分區，以防止分區表及硬盤數據遭到破壞。而其中存儲的內容和MBR一樣。

    2、分區細看      

        <1>centos7默認從2048號扇區開始，1–2047號扇區(每個扇區512byte)的1M空間為grub預留

        <2>接下來細看0號扇區的512字節，即主引導記錄  

        <3>演示MBR的作用       

           ◆添加一塊200G的磁盤，并創建文件系統

           ◆把sda的MBR轉移至新磁盤

              ◆重新查看

/dev/sda的MBR在/dev/sdb中生效，sdb擁有了和sda一樣的分區

           ◆破壞/dev/sdb的bootloader，sdb將無法啟動，此處只作破壞

               ◆再破壞其分區標識符

               ◆查看其分區

以上證明了在MBR中，bootloader引導系統啟動，而分區標識符一旦被破壞，雖然文件系統不會被破壞，但是分區會隨之消失。

注意：生產生活中通常我們會備份MBR

四、倆種分區的差異

     1、在MBR中，分區表的大小是固定的，一共可容納4個主分區信息。在MBR分區表中邏輯塊地址采用32位二進制數表示，因此一共可表示2^32（2的32次方）個邏輯塊地址。如果一個扇區大小為512字節，那么硬盤最大分區容量僅為2TB。

     2、GPT的分區方案之所以比MBR更先進，是因為在GPT分區表頭中可自定義分區數量的最大值，也就是說GPT分區表的大小不是固定的。另外，GPT分區方案中邏輯塊地址（LBA）采用64位二進制數表示，可以計算一下2^64是一個多么龐大的數據，以我們的需求來講完全有理由認為這個大小約等于無限。除此之外，GPT分區方案在硬盤的末端還有一個備份分區表，保證了分區信息不容易丟失。

涉及專業術語：

CHS：標準的硬盤模式，它限定硬盤容量才8G，非常有效，現在市場上已經沒有了！ 
LAB：邏輯塊尋址模式，是現在最常用的一種，常見的為500G，1T

五、磁盤管理方式

    其實在磁盤上，是分為一個個數據塊的，一個塊的大小通常時4K，而又把大量的數據塊，分為有限的塊組。每個塊組中，有DGT、Block bitmap、Inode bitmap、Inode table和不均勻超級塊，下圖：

換一種思路來理解磁盤數據塊的分布方式

關于各個數據塊存儲的信息，以下作簡要介紹

◆ Boot block: 前面已經介紹過，里面存儲的是MBR或者GDT等系統啟動的程序

◆ Super block：記錄著磁盤上所有數據塊組的信息以及數據塊的大小、inode大小……一旦損壞，數    據丟失，需備份多次

◆ GDT：存儲著每個塊組的磁盤塊的數量，需備份多次

◆ Block bitmap：是磁盤塊上數據塊的索引，是加快查找inode的一種非常重要的數據結構

◆ Inode bitmap：作用同Block bitmap

◆ Inode table：遍歷inode bitmap

   所以：我們在操作一個數據時，在磁盤內部實現的機制是相當復雜的，首先通過inode table查找來分配空閑的inode，再根據inode bitmap找的對應的數據塊，當然，關于inode的詳細機制，我們前面已經介紹過，此處不做詳細解釋。