Windows基本磁盤結構簡析(一)——MBR和GPT分區

Windows系統中,對於物理磁盤的管理包括基本磁盤、動態磁盤兩種形式,其中基本磁盤又是Windows系統的默認形式。在基本磁盤上,以分區的形式來劃分多個連續的空間,即我們通常熟悉的主分區和邏輯分區。而在動態磁盤上,Windows以卷的形式來管理磁盤空間,包括簡單卷、鏡像卷、帶區卷、擴展卷以及RAID5卷,且卷的空間可以不是連續的磁盤區域,甚至位於不同的動態磁盤上。由於動態磁盤的組織構件包括磁盤、組件、分區、卷等多個內容,比較複雜,且Microsoft也沒有提供詳細的結構分析,因此,我這裏所做的磁盤結構分析都是基於基本磁盤的。

在基本磁盤上,磁盤空間的最小管理單元是扇區(Sector),我們通常所說的分區就是磁盤上連續的扇區的集合,而格式化分區時所涉及到的簇,則是文件系統管理磁盤空間的最小邏輯單元,一個簇可以包含多個扇區,通常是2的冪數,如1285124096等。Windows有兩種不同的分區管理方式:MBRGPT

MBRMaster Boot Record,即主引導記錄,它是磁盤的第一個扇區,MBR中包含了系統引導信息、磁盤簽名以及磁盤的分區表,分區表中包含有4個分區項,每個項記錄了該分區的在磁盤上的其實位置和大小。由於MBR的分區項數只有4,所以我們在創建分區時,最多隻有4個主分區或者3個主分區加一個擴展分區,但是擴展分區可以包含多個邏輯分區。另外,由於在MBR分區表中,分區的偏移、大小都是採用4字節的數據來表示,所以最大能夠表示的大小爲232次方,即2T,這是MBR分區方式能夠管理的最大磁盤大小和最大分區大小。

GPTGUID Partition Table,即全局唯一標示符分區表,這種分區方式突破了MBR分區表的限制,可以創建任意個數的分區,且分區的大小沒有2T的限制。爲了兼容之前的磁盤管理方式,GPT磁盤還是會使用基本磁盤的第一個扇區MBR,並且將MBR的第一個分區項標示爲GPT磁盤,並且佔用整個磁盤的大小,稱爲保護MBR,防止在不識別GPT磁盤的系統上破壞磁盤結構。GPT磁盤上同樣包含分區表信息,並且每個分區都有自己的唯一GUID,和MBR不同的是GPT分區表項採用8個字節來表示分區偏移和分區大小,且備份了分區表,加上了CRC檢驗信息,因此安全性要由於MBR分區方式。在Windows系統上,只爲GPT分區表保留了32個扇區,且每個GPT分區項佔用128個字節,因此Windows實際上限制了GPT分區的個數爲128個,個人覺得這已經足夠用戶使用了。

在日常生活,大多數Windows系統都是安裝在MBR磁盤上的,因此在磁盤管理器中初始化磁盤時,默認的都是MBR分區方式。在最新的計算機上,有很多都是支持EFI的主板,如果選擇EFI方式啓動系統,則必須要將Windows安裝在GPT磁盤上,且必須存在EFI系統分區,在Windows上初始化磁盤時默認的分區方式則改爲GPTMBR磁盤的分區包括主分區、擴展分區、邏輯分區,其中邏輯分區是在擴展分區中創建的,當我們在MBR磁盤上創建了3個主分區後,再次創建分區時,系統會自動創建一個擴展分區,幷包含所有剩餘的磁盤空間,然後在這個擴展分區中創建我們指定大小的邏輯分區。在GPT磁盤上,我們最多可以創建128個分區,且都是主分區,但是這些分區的類型有所不同,它們包括OEM分區、Microsoft保留分區(MSR)EFI系統分區、恢復分區、普通分區,其中EFI系統分區是啓動系統的關鍵。

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