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GPT详解

2023-07-10 191

全局唯一标识分区表(GUID Partition Table,缩写:GPT)是一个实体硬盘的分区表的结构布局的标准。它是可扩展固件接口(UEFI)标准(被Intel用于替代个人计算机的BIOS)的一部分,被用于替代BIOS系统中的一32bits来存储逻辑块地址和大小信息的主引导记录(MBR)分区表。对于那些扇区为512字节的磁盘,MBR分区表不支持容量大于2.2TB(2.2×1012字节)的分区,然而,一些硬盘制造商(诸如希捷和西部数据)注意到这个局限性,并且将他们的容量较大的磁盘升级到4KB的扇区,这意味着MBR的有效容量上限提升到16 TiB。 这个看似“正确的”解决方案,在临时地降低人们对改进磁盘分配表的需求的同时,也给市场带来关于在有较大的块(block)的设备上从BIOS启动时,如何最佳的划分磁盘分区的困惑。GPT分配64bits给逻辑块地址,因而使得最大分区大小在264-1个扇区成为可能。对于每个扇区大小为512字节的磁盘,那意味着可以有9.4ZB(9.4×10^21字节)或8 ZiB个512字节。

LBA0:保护性MBR

在GPT分区表的最开头,处于兼容性考虑仍然存储了一份传统的MBR(LBA 0),这个MBR叫做保护性MBR(Protective MBR)。其中包含有磁盘签名,MBR分区表,结束标志。这里没有引导代码,分区表中只有一个分区表项,GPT不会用到,这个分区项只是为了让系统认为磁盘是合法的。

在GPT分区表的最开头,出于兼容性考虑仍然存储了一份传统的MBR,用来防止不支持GPT的硬盘管理工具错误识别并破坏硬盘中的数据,这个MBR也叫做保护MBR。在支持从GPT启动的操作系统中,这里也用于存储第一阶段的启动代码。在这个MBR中,只有一个分区类型为0xEE的分区,以此来表示这块硬盘使用GPT分区表。不能识别GPT硬盘的操作系统通常会识别出一个未知类型的分区,并且拒绝对硬盘进行操作,除非用户特别要求删除这个分区。这就避免了意外删除分区的危险。另外,能够识别GPT分区表的操作系统会检查保护MBR中的分区表,如果分区类型不是0xEE或者MBR分区表中有多个项,也会拒绝对硬盘进行操作。

在使用MBR/GPT混合分区表的硬盘中,这部分存储了GPT分区表的一部分分区(通常是前四个分区),可以使不支持从GPT启动的操作系统从这个MBR启动,启动后只能操作MBR分区表中的分区。如Boot Camp就是使用这种方式启动Windows。

LBA1:主要GPT头部

主要GPT头部位于1号扇区,会定义分区表的起始位置,结束位置,分区表项个数;

分区表头定义了硬盘的可用空间以及组成分区表的项的大小和数量。在使用64位Windows Server 2003的机器上,最多可以创建128个分区,即分区表中保留了128个项,其中每个都是128字节。(EFI标准要求分区表最小要有16,384字节,即128个分区项的大小)

分区表头还记录了这块硬盘的GUID,记录了分区表头本身的位置和大小(位置总是在LBA 1)以及备份分区表头和分区表的位置和大小(在硬盘的最后)。它还储存着它本身和分区表的CRC32校验。固件、引导程序和操作系统在启动时可以根据这个校验值来判断分区表是否出错,如果出错了,可以使用软件从硬盘最后的备份GPT中恢复整个分区表,如果备份GPT也校验错误,硬盘将不可使用。所以GPT硬盘的分区表不可以直接使用16进制编辑器修改。

分区表头的格式

主分区表和备份分区表的头分别位于硬盘的第二个扇区(LBA 1)以及硬盘的最后一个扇区。备份分区表头中的信息是关于备份分区表的。

LBA2-33:分区表项

分区表位于GPT磁盘的2-33号扇区,一共占用32个扇区,能够容纳128个分区表项。每个分区表项大小为128字节。因为每个分区表项管理一个分区,所以GPT磁盘可以创建128个分区。

GPT分区表使用简单而直接的方式表示分区。一个分区表项的前16字节是分区类型GUID。接下来的16字节是该分区唯一的GUID(这个GUID指的是该分区本身,而之前的GUID指的是该分区的类型)。再接下来是分区起始和末尾的64位LBA编号,以及分区的名字和属性。

GPT分区表项的格式

LBA34:分区区域

GPT分区区域就是用户使用的分区,也是用户进行数据存储的区域。分区区域的起始地址和结束地址由GPT头定义。

LBA -33~-2:分区表备份

分区区域结束后就是分区表备份,其地址在GPT头备份扇区中有描述。分区表备份是对分区表32个扇区的完整备份。如果分区表被破坏,系统会自动读取分区表备份,也能够保证正常识别分区

LBA -1:GPT头备份

GPT头有一个备份,放在GPT磁盘的最后一个扇区,但这个GPT头备份并非完全GPT头备份,某些参数有些不一样。复制的时候根据实际情况更改一下即可。

(1)得益于LBA提升至64位,以及分区表中每项128位设定,GPT可管理的空间近乎无限大,假设一个扇区大小仍为512字节,可表示扇区数为,算下来,可管理的硬盘容量=18EB(1EB=1024PB=1,048,576TB),2T在它面前完全不在话下。按目前的硬盘技术来看,确实近乎无限,不过,以后的事谁知道呢。

(2)分区数量几乎没有限制,由于可在表头中设置分区数量的大小,如果愿意,设置个分区也可以(有人愿意管理这么多分区吗),不过,目前windows仅支持最大128个分区。

(3)自带保险,由于在磁盘的首尾部分各带一个GPT表头,任何一个受到破坏后都可以通过另一份恢复,极大地提高了磁盘的抗性(两个一起坏的请出门买彩票)。

(4)循环冗余检验值针对关键数据结构而计算,提高了数据崩溃的检测几率。

(5)尽管目前分区类型不超过百数(十数也没有吧。),GPT仍提供了16字节的GUID来标识分区类型,使其更不容易产生冲突。

(6)每个分区都可以拥有一个特别的名字,最长72字节,足够写一首七律了。满足你的各种奇葩起名需求。

原文链接:https://www.jianshu.com/p/188c41b600f4

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