MBR和GPT

2024-04-02 22:32:17

一、机械硬盘原理

机械硬盘结构

机械硬盘由坚硬金属材料制成的涂以磁性介质的盘片，盘片两面称为盘面或扇面，都可以记录信息，由磁头对盘面进行操作一般用磁头号区分。结构特性决定了机械硬盘如果受到剧烈冲击，磁头与盘面可能产生的哪怕是轻微撞击都有可能报废。假设磁头不动，硬盘旋转，那么磁头就会在磁盘表面画出一个圆形轨迹并将之磁化，数据就保存在这些磁化区中，称之为磁道，将每个磁道分段，一个弧段就是一个扇区。一个硬盘可以包含多个扇面，扇面同轴重叠放置，每个盘面磁道数相同，具有相同周长的磁道所形成的圆柱称之为柱面，柱面数与磁道数相等。如下图：

机械硬盘寻址方式

最初的寻址方式称为CHS，在LBA（Logical Block Address）概念诞生之前，由他负责管理磁盘地址。所谓CHS即柱面（cylinder），磁头（header），扇区（sector），通过这三个变量描述磁盘地址，需要明白的是，这里表示的已不是物理地址而是逻辑地址了。这种方法也称作是LARGE寻址方式。

后来，人们通过为每个扇区分配逻辑地址，以扇区为单位进行寻址，也就有了LBA寻址方式。但是为了保持与CHS模式的兼容，通过逻辑变换算法，可以转换为磁头/柱面/扇区三种参数来表示，和 LARGE寻址模式一样，这里的地址也是逻辑地址了。（固态硬盘的存储原理虽然与机械硬盘不同，采用的是flash存储，但仍然使用LBA进行管理，此处不再详述。）

硬盘容量 = 磁头数×柱面数×扇区数×扇区大小（一般为512byte）。

二、MBR分区结构

MBR磁盘分区是一种使用最为广泛的分区结构，它也被称为DOS分区结构，但它并不仅仅应用于Windows系统平台，也应用于Linux，基于X86的UNIX等系统平台。它位于磁盘的0号扇区（一扇区等于512字节），是一个重要的扇区（简称MBR扇区）。

MBR扇区由以下四部分组成：

引导代码：引导代码占MBR分区的前440字节，负责整个系统启动。如果引导代码被破坏，系统将无法启动。

Windows磁盘签名：占引导代码后面的4字节，是Windows初始化磁盘写入的磁盘标签，如果此标签被破坏，则系统会提示“初始化磁盘”。

MBR分区表：占Windows磁盘标签后面的64个字节，是整个硬盘的分区表。

MBR结束标志：占MBR扇区最后2个字节，一直为“55 AA”。

注意：作者分析磁盘使用的工具是Winhex，如果读者需要请自行下载。

下面详细分析分区表结构

磁盘在使用前都要进行分区，也就是将硬盘划分为一个个逻辑的区域。每一个分区都有一个确定的起始结束位置。MBR磁盘的分区形式一般有3种，既主分区，扩展分区和非DOS分区。主分区既主DOS分区，扩展分区既扩展的DOS分区（扩展分区可以分逻辑分区），非DOS分区对于主分区的操作系统来说是一块被划分出去的区域，只能非DOS分区中操作系统可以管理。

如下：是MBR分区表

MBR一共占用64个字节，其中每16个字节为一个分区表项。也就是在MBR扇区中只能记录4个分区信息，可以是4个主分区，或者是3个主分区1个扩展分区。

每个分区项中对应的字节解释如下表：

扩展分区的结构分析

由于MBR仅仅为分区表保留了64字节的存储空间，而每个分区则占用16字节的空间，也就是只能分4个分区，而4个分区在实际情况下往往是不够用的。因此就有了扩展分区，扩展分区中的每个逻辑分区的分区信息都存在一个类似MBR的扩展引导记录(简称EBR)中，扩展引导记录包括分区表和结束标志“55 AA”，没有引导代码部分。