MBR和GPT分區(qū)表的那些事兒

coverme 2016-10-17

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MBR和GPT分區(qū)表詳解

全新硬盤（未初始化）裝系統(tǒng)之前，必須對齊進行分區(qū)，硬盤分區(qū)初始化的格式包括MBR和GPT兩種。當然對于基于PowerPC的Mac電腦還有專門的Apple分區(qū)圖，在這里就不做介紹。

MBR的全稱是Master Boot Record（主引導記錄），MBR早在1983年IBM PC DOS 2.0中就已經(jīng)提出。之所以叫“主引導記錄”，是因為它是存在于驅(qū)動器開始部分的一個特殊的啟動扇區(qū)。這個扇區(qū)包含了已安裝的操作系統(tǒng)的啟動加載器和驅(qū)動器的邏輯分區(qū)信息。

主引導扇區(qū)是硬盤的第一扇區(qū)。它由三個部分組成，主引導記錄MBR、硬盤分區(qū)表DPT和硬盤有效標志。在總共512字節(jié)的主引導扇區(qū)里MBR占446個字節(jié)，偏移地址0000H--0088H），它負責從活動分區(qū)中裝載，并運行系統(tǒng)引導程序；第二部分是Partition table區(qū)（DPT分區(qū)表），占64個字節(jié)；第三部分是Magic number，占2個字節(jié)。

MBR分區(qū)表系統(tǒng)

所謂啟動加載器，是一小段代碼，用于加載驅(qū)動器上其他分區(qū)上更大的加載器。如果你安裝了Windows，Windows啟動加載器的初始信息就放在這個區(qū)域里——如果MBR的信息被覆蓋導致Windows不能啟動，你就需要使用Windows的MBR修復功能來使其恢復正常。如果你安裝了Linux，則位于MBR里的通常會是GRUB加載器。

分區(qū)表偏移地址為01BEH--01FDH，每個分區(qū)表項長16個字節(jié)，共64字節(jié)為分區(qū)項1、分區(qū)項2、分區(qū)項3、分區(qū)項4，分別對應MBR的四個主分區(qū)。

Magic number也就是結(jié)束標志字，偏移地址01FE--01FF的2個字節(jié)，固定為55AA，如果該標志錯誤系統(tǒng)就不能啟動。

MBR最大支持2.2TB磁盤，它無法處理大于2.2TB容量的磁盤。MBR還只支持最多4個主分區(qū)——如果你想要更多分區(qū)，你需要創(chuàng)建所謂“擴展分區(qū)”，并在其中創(chuàng)建邏輯分區(qū)。

GPT的全稱是Globally Unique Identifier Partition Table，意即GUID分區(qū)表，它的推出是和UEFI BIOS相輔相成的，鑒于MBR的磁盤容量和分區(qū)數(shù)量已經(jīng)不能滿足硬件發(fā)展的需求，GPT首要的任務(wù)就是突破了2.2T分區(qū)的限制，最大支持18EB的分區(qū)。

GPT分區(qū)表系統(tǒng)

而在分區(qū)數(shù)量上，GPT會為每一個分區(qū)分配一個全局唯一的標識符，理論上GPT支持無限個磁盤分區(qū)，不過在Windows系統(tǒng)上由于系統(tǒng)的限制，最多只能支持128個磁盤分區(qū)，基本可以滿足所有用戶的存儲需求。在每一個分區(qū)上，這個標識符是一個隨機生成的字符串，可以保證為地球上的每一個GPT分區(qū)都分配完全唯一的標識符。

而在安全性方面，GPT分區(qū)表也進行了全方位改進。在早期的MBR磁盤上，分區(qū)和啟動信息是保存在一起的。如果這部分數(shù)據(jù)被覆蓋或破壞，事情就麻煩了。相對的，GPT在整個磁盤上保存多個這部分信息的副本，因此它更為健壯，并可以恢復被破壞的這部分信息。GPT還為這些信息保存了循環(huán)冗余校驗碼（CRC）以保證其完整和正確——如果數(shù)據(jù)被破壞，GPT會發(fā)覺這些破壞，并從磁盤上的其他地方進行恢復。

小結(jié)：所以對于新平臺用戶（Intel 6系以后/AMD 900系列以后和A系列）來說，都強烈推薦使用GPT分區(qū)表格式，目前包括Windows Vista、7、8、8.1、10已經(jīng)都支持讀取和使用GPT分區(qū)表。而對于使用Windows 8、8.1、10的用戶，換用GPT后開機啟動速度也可以進一步得到顯著提升。

UEFI BIOS詳解

UEFI的全稱是Unified Extensible Firmware Interface，意即統(tǒng)一可擴展固件接口，它是基于EFI 1.10標準為基礎(chǔ)發(fā)展而來，值得注意的是在UEFI正式確立之前，Intel就開始積極推進傳統(tǒng)BIOS的升級方案，并最終確立了過渡方案EFI標準，直到2007年Intel將EFI標準的改進與完善工作交給Unified EFI Form進行全權(quán)負責，EFI標準則正式更名為UEFI。

傳統(tǒng)BIOS界面

相比傳統(tǒng)BIOS，UEFI最大的幾個區(qū)別在于：

1、編碼99%都是由C語言完成；

2、一改之前的中斷、硬件端口操作的方法，而采用了Driver/protocol的新方式；

3、將不支持X86實模式，而直接采用Flat mode（也就是不能用DOS了，現(xiàn)在有些 EFI 或 UEFI 能用是因為做了兼容，但實際上這部分不屬于UEFI的定義了）；

4、輸出也不再是單純的二進制code，改為Removable Binary Drivers；

5、OS啟動不再是調(diào)用Int19，而是直接利用protocol/device Path；

6、對于第三方的開發(fā)，前者基本上做不到，除非參與BIOS的設(shè)計，但是還要受到ROM的大小限制，而后者就便利多了。

7、彌補BIOS對新硬件的支持不足的問題。

UEFI和GPT是相輔相成的，二者缺一不可，要想使用GPT分區(qū)表則必須是UEFI BIOS環(huán)境。UEFI于用戶而言最典型的特征就是使用了圖形化界面，雖然還未達到操作系統(tǒng)界面的圖形交互功能，但人性化的界面、鼠標的操作，已經(jīng)將BIOS變得非常易用，對于不少電腦初級用戶來說也可以很好的查看和設(shè)置BIOS的相關(guān)選項和功能。

UEFI BIOS界面

除了圖形化界面，UEFI相比傳統(tǒng)BIOS，還提供了文件系統(tǒng)的支持，它能夠直接讀取FAT、FAT32分區(qū)中的文件，例如華碩、華擎等主板在UEFI BIOS環(huán)境下更新BIOS就可以直接讀取U盤中的BIOS及其他文件，另外新的UEFI主板基本都提供了截屏功能，這些截屏圖片都可以存儲在U盤當中。

UEFI還有一個重要特性就是在UEFI下運行應用程序，這類程序文件通常以efi結(jié)尾。利用UEFI可以直接識別FAT分區(qū)中的文件，又有可直接在其中運行應用程序。我們就可以將Windows安裝程序做成efi類型應用程序，然后把它放到任意FATA分區(qū)中直接運行即可。

UEFI啟動順序

UEFI的模塊化設(shè)計，它在邏輯上分為硬件控制與OS（操作系統(tǒng)）軟件管理兩部分，硬件控制為所有UEFI版本所共有，而OS軟件管理其實是一個可編程的開放接口。借助這個接口，主板廠商可以實現(xiàn)各種豐富的功能。比如我們熟悉的各種備份及診斷功能可通過UEFI加以實現(xiàn)，主板或固件廠商可以將它們作為自身產(chǎn)品的一大賣點。UEFI也提供了強大的聯(lián)網(wǎng)功能，其他用戶可以對你的主機進行可靠的遠程故障診斷，而這一切并不需要進入操作系統(tǒng)。

當然由于UEFI主要由高級語言編寫（C語言），相比于傳統(tǒng)BIOS的匯編語言，UEFI BIOS在安全防護性方面相比傳統(tǒng)BIOS要弱，比較容易遭到病毒的攻擊，安全性有待進一步提升。不過在圖形化界面、應用程序擴展面前，UEFI BIOS還是非常成功的。

One More Thing...

聊完了MBR/GPT分區(qū)表和UEFI BIOS，下面我們就來介紹下UEFI下安裝Windows系統(tǒng)，上面已經(jīng)講到UEFI和GPT是相輔相成的，如果使用UEFI模式安裝Windows系統(tǒng)，那么硬盤分區(qū)表必須是GPT。

備注：主板為了兼容MBR分區(qū)表，一般會提供Legacy BIOS和UEFI BIOS啟動模式選項，如果要使用UEFI模式安裝Windows，就必須開啟UEFI啟動模式。

目前64bit Windows Vista、7、8、8.1、10都已經(jīng)支持GPT分區(qū)表，而Windows 8、8.1、10都已經(jīng)原生支持UEFI，安裝這些系統(tǒng)的時候：只要硬盤設(shè)置為GPT分區(qū)表主板設(shè)置為UEFI啟動后，就可以直接開始安裝操作系統(tǒng)了。