MBR分区表
MBR（Master Boot Record，主引导记录）分区表也叫DOS分区表（MBR的概念最早出现在IBM PC DOS 2.0操作系统中，这个操作系统于1983年发布；由于DOS操作系统广泛使用MBR分区结构，因此MBR也被称为DOS分区体系），是早期硬盘上的主要分区结构，MBR扇区是整个硬盘的第一个扇区（0柱面0磁道1扇区，即0号扇区），总共512字节。MBR不仅包含了启动代码，还包含了硬盘的分区表信息（DPT）。以下是MBR分区表结构的详细描述：
主引导记录（MBR）:
- 位置：0x000 - 0x1BD
- 大小：446字节
- 作用：当计算机启动时，BIOS会加载并执行主引导记录的引导代码（Bootstrap Code），引导代码会检查分区表中的活动分区，然后将控制权传递给该分区的引导扇区，从而启动操作系统的加载过程。
分区表（Partition Table；DPT，Disk Partition Table）:
- 位置：0x1BE - 0x1FD
- 大小：64字节
- 分区表记录了硬盘上的分区信息，包括分区的起始位置、大小和分区类型等
- 结构：包含4个分区表项，每个分区表项16字节。
- 状态字节：1字节，用于标识分区是否为活动分区。0x00：不可引导，0x80：可引导(活动分区)
- 起始头：1字节，分区的起始磁头号。
- 起始扇区和柱面：2字节，描述分区的起始扇区和柱面。
- 分区类型：1字节，标识分区的类型，例如FAT32、NTFS等。
- 结束头：1字节，分区的结束磁头号。
- 结束扇区和柱面：2字节，描述分区的结束扇区和柱面。
- 起始LBA：4字节，分区的起始逻辑块地址。
- 扇区数：4字节，分区中的扇区数量。
其中 起始头 起始扇区和柱面 （即第2-4字节）为起始CHS地址（由于CHS只能寻址到8G，早已经淘汰不用），结束头 结束扇区和柱面（即第6-8字节）为结束CHS地址
- 签名标识:
- 位置：0x1FE - 0x1FF
- 大小：2字节
- 值：0x55AA
- 作用：标识这是一个有效的MBR结构，也是MBR扇区的结束标识。如果55AA标识被修改，系统无法识别磁盘是有效的MBR磁盘，从而导致磁盘分区信息不可读取。十分重要
|
MBR Partition Table Scheme
|
|
MBR扇区(512Byte)
|
主引导记录 MBR(446Byte)：引导代码（Bootstrap Code）区域
|
| 分区表(64Byte) |
分区表项1(16Byte)
|
|
分区表项2(16Byte)
|
|
分区表项3(16Byte)
|
|
分区表项4(16Byte)
|
|
结束标志(2Byte)：0x55AA，标识这是一个有效的MBR分区结构。
|
|
分区区域
|
主分区 1
|
|
主分区 2
|
|
主分区 3
|
|
扩展分区
|
逻辑分区 1
|
|
逻辑分区 2
|
|
逻辑分区 3
|
|
逻辑分区 …
|
|
MBR 分区表项结构
|
|
偏移（16进制）
|
字节数
|
描述
|
|
00-00
|
1
|
引导标志；0x00表示非活动分区，不可引导；0x80表示活动分区，可引导
|
|
01-03
|
3
|
分区起始的CHS地址（由于CHS只能寻址到8G，早已淘汰不用，可空）
|
|
04-04
|
1
|
分区的类型；00H（即0x00，都是16进制的写法）——表示该分区未用（即没有指定）；
06H——FAT16基本分区；0BH——FAT32基本分区；05H——扩展分区；07H——NTFS分区；
0FH——（LBA模式）扩展分区（83H为Linux分区等）
|
|
05-07
|
3
|
分区结束的CHS地址（可空）
|
|
08-0B
|
4
|
分区的起始扇区号
|
|
0C-0F
|
4
|
分区所以包含的扇区数
|
|
MBR 分区基本结构
|
|
MBR扇区
|
分区区域
|
|
主分区 1
|
主分区 2
|
主分区 3
|
扩展分区
|
|
分区引导扇区 PBR
|
数据存储区
|
分区引导扇区 PBR
|
数据存储区
|
分区引导扇区 PBR
|
数据存储区
|
分区引导扇区
分区引导扇区位于磁盘每个分区中的第一个扇区；分区引导扇区包含了引导代码（Bootstrap Code）和自己的分区表以及结束标识0x55AA，该引导代码主要作用是寻找分区下系统引导程序，如：ntldr、bootmgr、grldr（Grub）、btldr.mbr（BootLink）。
|
分区引导扇区
|
|
PBR
|
VBR
|
OBR
|
DBR（DOS时代）
|
|
Partition Boot Record
|
Volume Boot Record
|
OS Boot Record
|
Dos Boot Record
|
|
分区引导记录
|
卷引导记录
|
操作系统引导记录
|
操作系统引导记录
|
扩展分区
扩展分区：MBR分区表只有四项，因此规定有且仅有一个区可以被定义成“扩展分区”（Extended partition）。可以在扩展分区中继续分区。
逻辑分区：指在扩展区里面又分成多个区。这种分区里面的分区，就叫做“逻辑分区”（logical partition）
扩展分区可以分为多个子扩展分区，子扩展分区就像是一个单独的硬盘，最开始的扇区为扩展引导扇区 EBR，结构同 MBR，只是分区表只用了两项，第一项表示该子扩展分区的逻辑分区，第二项表示下一个子扩展分区，其他两项为 0 。因此扩展分区就像是构建了一个单链表，将各个子扩展分区连起来。
EBR（Extended Boot Record，扩展引导记录），EBR扇区和MBR非常类似，一个EBR扇区对应一个逻辑分区，其有用部分仅有其DPT(即64字节区)前两个表项，第一个表项表示本扩展分区(图中逻辑驱动器P)的起始地址和扇区数量，但是该地址为相对偏移，实际的起始扇区为本扇区的实际地址加上相对偏移量，这个起始扇区其实是第一个逻辑驱动器的DBR扇区，第二个表项记录了下一个扩展分区（逻辑驱动器Q）的EBR扇区的起始地址和扇区总数量
M
B
R
扩
展
分
区
|
子
扩
展
分
区
1
|
第1个
EBR
|
扩展
分区
引导
记录
（空）
|
扩
展
分
区
表
|
分区表项1
|
当前逻辑分区
|
|
分区表项2
|
下一扩展分区
|
|
分区表项3
|
未使用
|
|
分区表项4
|
未使用
|
|
EBR结束标识
|
0x55AA
|
第1个
逻辑
分区
|
分区引导扇区 PBR
|
数据
存储区
|
子
扩
展
分
区
2
|
第2个
EBR
|
扩展
分区
引导
记录
（空）
|
扩
展
分
区
表
|
分区表项1
|
当前逻辑分区
|
|
分区表项2
|
下一扩展分区
|
|
分区表项3
|
未使用
|
|
分区表项4
|
未使用
|
|
EBR结束标识
|
0x55AA
|
第2个
逻辑
分区
|
分区引导扇区 PBR
|
数据
存储区
|
子
扩
展
分
区
3
|
第3个
EBR
|
扩展
分区
引导
记录
（空）
|
扩
展
分
区
表
|
分区表项1
|
当前逻辑分区
|
|
分区表项2
|
下一扩展分区
|
|
分区表项3
|
未使用
|
|
分区表项4
|
未使用
|
|
EBR结束标识
|
0x55AA
|
第3个
逻辑
分区
|
分区引导扇区 PBR
|
数据
存储区
|
限制
- MBR只支持最大2TB的硬盘。
::: details
MBR分区方案用4个字节（以32位的二进制数形式表示）存储分区的总扇区数，使用32位的LBA（Logical Block Addressing）寻址方式，最大能表示2的32次方的扇区个数，按每扇区512字节计算，磁盘容量超过2TB以后，MBR分区表将无法表示超出2TB范围的扇区的起始位置。即使使用4K扇区的磁盘也是如此。
计算MBR最大识别的硬盘容量的步骤如下：
计算分区大小的最大值：(2^32 - 1) 个扇区 × 512字节/扇区 = 2,199,023,255,040字节（约2TB）。
:::
- 最多只能有4个主分区，或者3个主分区加一个扩展分区（MBR分区表规定了一个硬盘上最多只能有一个扩展分区），扩展分区内可以创建多个逻辑分区。
随着硬盘容量的增加和对多个分区的需求，MBR分区表结构逐渐被GPT（GUID Partition Table）所取代，GPT标准规范下可以创建128个分区（包括保留分区）。GPT使用64位的LBA寻址方式，最大支持9.4ZB（1 ZB=1024^7 bytes）的磁盘容量。但是，要使用GPT分区方案，需要使用支持UEFI（Unified Extensible Firmware Interface）的计算机，而不是传统的BIOS（Basic Input/Output System）计算机。
关于4k扇区硬盘
::: details
Advanced Forma
"Advanced Format"（AF，高级格式化）是IDEMA（International Disk Drive Equipment and Materials Association）推出的硬盘格式化标准，核心是将硬盘的物理扇区大小从传统的512字节增加到4096字节（即4K），为了提高存储密度和数据可靠性而推出，同时尽可能保持与现有的操作系统和应用程序的兼容性，Advanced Format是4K扇区硬盘的一个关键技术标准。与传统的512字节扇区相比，它可以提供更好的性能和数据错误校正能力；由于许多旧的操作系统和应用程序都是为512字节扇区设计的，因此直接使用4K扇区可能会导致兼容性问题，为了解决这个问题，硬盘制造商引入了512字节扇区模拟（512e）技术，使4K扇区硬盘能够在这些旧系统上运行。
在Advanced Format硬盘中，物理扇区大小为4K，但逻辑扇区大小（即操作系统看到的扇区大小）可以是传统的512字节（通过512e技术）或4K。
Advanced Format的主要特点：
更大的物理扇区：传统的硬盘通常使用512字节的物理扇区。而在Advanced Format中，物理扇区大小被增加到4K。
提高数据可靠性：更大的物理扇区也意味着可以使用更大的错误校正代码（ECC）区块，从而提高数据的可靠性和完整性。
提高存储密度：更大的物理扇区意味着硬盘上的每个扇区可以存储更多的数据，从而提高存储密度。
性能优化：4K扇区也有助于提高硬盘的性能。由于每个扇区能够存储更多的数据，因此在处理大文件时，硬盘需要进行更少的I/O操作。
兼容性：虽然4K扇区带来了多种好处，但也存在兼容性问题。为了解决这个问题，硬盘制造商引入了512字节扇区模拟（512e）技术，使4K扇区硬盘能够在不支持4K扇区的操作系统和应用程序上运行。
Advanced Format的类型：
为了确保与传统的512字节扇区的操作系统和应用程序的兼容性，硬盘厂商通常会采用一种称为“512e”（512字节模拟）的技术，将4K扇区模拟成512字节扇区。这样，操作系统和应用程序会认为它们正在与传统的512字节扇区硬盘交互，从而确保兼容性。但这种模拟方法可能会导致4K对齐的问题，因为真实的物理扇区大小是4K，而操作系统可能会按照512字节的扇区进行读写，这可能会导致性能下降。
:::
GPT 分区表
|
GUID Partition Table Scheme
|
|
LBA 0
|
Protective MBR
（保护 MBR）
|
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。
在这个MBR中只有一个标识为0xEE的分区，
以此来表示这块磁盘使用GPT分区表。
|
Primary GPT
（分区表）
|
LBA 1
|
Primary GPT Header
（GPT头）
|
GPT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。
Windows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）
|
LBA 2
~
LBA 33
|
Partition Entries 1~128
（分区表项）
|
一共占用32个LBA，每个LBA可以提供4组的分区记录
（LBA默认512字节，每个分区表项占用128个字节），
默认情况下共可以有4×32=128组分区记录；
每个分区表项由分区类型GUID、
分区GUID、起始LBA、末尾LBA、属性标签及分区名组成
|
|
LBA 34
~
LBA -34
|
Partitions
（分区区域）
|
GPT的每一个分区都可以独立存在，
没有所谓的扩展、逻辑分区的概念，即所有分区都是主分区。
分区包含EFI系统分区(ESP, EFI system partition)(FAT格式)、
Microsoft 保留分区(MSR, Microsoft Reserved Partition)等特殊分区
|
Secondary GPT
（分区表副本）
|
LBA -2
~
LBA -33
|
Partition Entries 1~128
（分区表项副本）
|
为了减少分区表损坏的风险，GPT在硬盘最后保存了一份分区表的副本。
|
|
LBA -1
|
GPT Header
（GPT头副本）
|
GPT（GUID，GUID Partition Table，全局唯一标识分区表）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。
以下是GPT分区表的一些主要特点和组成部分：
容量支持：GPT相比于MBR模式能够处理大于2TB容量的硬盘，GPT使用64位的LBA寻址方式，最大支持9.4ZB的磁盘容量。
分区数量：GPT不存在扩展分区和逻辑分区，所有分区全都是主分区，且理论上可存在的主分区个数是无限的。
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）。
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。
备份：GPT的分区表在GPT头部和磁盘尾部各存一份，这种机制使得GPT的分区表不容易破坏或丢失。
ESP分区
ESP（EFI System Partition，EFI系统分区），它是当我们首次为GPT磁盘分区时会提示建立的，对于UEFI启动来说，ESP分区不是必需的，但是一个FAT分区确是必须的，ESP的本质是一个FAT分区（格式为FAT32或FAT16），只不过分区程序在给GPT磁盘分区的时候提醒你建立ESP，确认同意那么程序将建立一个指定大小的FAT分区，并且命名为"ESP"，当然ESP分区是有一些参数的，如：ESP在主引导记录(MBR)分区表方案的ID是0xEF， GUID是{C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B } 固定；但是这些参数并不影响启动，更加类似于一个人的“身份证”然而我们UEFI启动可以不需要“身份证”所以从这里我们可以看出：ESP分区可以用任意位置的任意大小的任意FAT分区代替。
如果存在多个磁盘，每个磁盘上存在多个FAT分区，如何选择EFI系统分区：
多个磁盘根据设定的磁盘启动顺序依次启动查找FAT分区，每个磁盘多个FAT分区，按照磁盘分区顺序一次查找有引导文件的FAT分区，即每个GPT磁盘可以有多个EFI系统分区。
磁盘分区表中，每个分区都有一个全局唯一的标识符（globally unique identifier，GUID），这是一个随机生成的字符串；也有一些特殊的分区拥有固定的GUID，如：EFI系统分区，MSR保留分区等。
MSR分区
Microsoft 保留的分区 (Microsoft Reserved Partition，MSR) 在每个磁盘驱动器上保留以后供操作系统软件后使用的空间。
MSR 的大小:
在大小小于 16GB 的驱动器上，MSR 为 32MB。
在大于或等于 16GB 的驱动器上，MSR 为 128MB。
GPT 系统支持
|
Windows种类
|
能否读写GPT磁盘
|
能否从GPT磁盘启动
|
|
32位 Windows XP
|
不能。只能看到一个Protective MBR分区
|
不支持
|
|
Windows 2000/NT/9x
|
不能。只能看到一个Protective MBR分区
|
不支持
|
|
64位 Windows XP
|
能
|
只有基于Itanium的系统才能从GPT磁盘启动
|
|
Windows Server 2003 SP1及以上版本
|
能
|
只有基于Itanium的系统才能从GPT磁盘启动
|
|
Windows Vista
|
能
|
只有基于 EFI 的系统支持从GPT磁盘启动
|
|
Windows Server 2008
|
能
|
只有基于 EFI 的系统支持从GPT磁盘启动
|
|
Windows 7
|
能
|
只有基于 EFI 的系统支持从GPT磁盘启动
|
官方文档参考
windows-server-administration-windows-commands.pdf
创建分区
create partition efi
create partition msr
windows-hardware-manufacture-windows-11.pdf
windows-hardware-manufacture-windows-10.pdf
Windows 和 GPT 常见问题解答
troubleshoot-windows-server.pdf
有关 GUID 分区表磁盘体系结构的常见问题解答
MBR & GPT 区别
|
|
MBR
|
GPT
|
|
LBA寻址
|
32位
|
64位
|
|
最大分区容量
|
2TB
|
9.4ZB
|
|
最大分区数
|
4个主分区（或3个主分区1个扩展分区）
|
128个主分区
|
|
支持的固件接口
|
BIOS
|
UEFI
|
系统分区 & 启动分区
系统分区：加载操作系统的引导文件（ntldr、bootmgr）所在分区，也叫 引导分区，系统分区可以（但不是必须）与启动分区相同。
启动分区：操作系统文件所在分区，存储Windows目录的分区。
End