Windows存儲管理之磁盤結(jié)構(gòu)詳解

在之前一篇《Windows存儲管理之磁盤類型簡介》中介紹了Windows的基本磁盤類型。本篇中將對GPT和MBR這兩類磁盤類型的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入介紹。

Windows磁盤結(jié)構(gòu):

Windows的主流磁盤結(jié)構(gòu)分為MBR和GPT兩種。MBR是早期Windows的唯一選擇，但是隨著物理磁盤的容量不斷增大。GPT結(jié)構(gòu)成為目前的主流，最大支持超過2TB的容量，提供容錯，多分區(qū)支持，比MBR來的更加強(qiáng)大。

MBR（Master Boot Record ）磁盤結(jié)構(gòu)：

在Basic MBR Disk中的MBR中包含了幾種信息。

• Bootstrap Code – 也叫Master boot code，它是一段可執(zhí)行的代碼，主要作用是，掃描活動分區(qū)的分區(qū)表，尋找活動分區(qū)的開始扇區(qū)，加載啟動扇區(qū)到內(nèi)存等功能。

• Disk Signature - Windows的所有物理磁盤都有一個磁盤簽名的機(jī)制，如果沒有簽名windows則不能訪問該磁盤的數(shù)據(jù)。當(dāng)Windows新掃描到一個物理磁盤，嘗試寫入一些磁盤簽名，用來標(biāo)識這個磁盤。簽名的長度為8個字節(jié)。然后會寫入到第一個扇區(qū)，位置為0x01B8 -  0x01BB。簽名存儲在注冊表的HKLM\SYSTEM\MountedDevices位置。

• Partition Table – 分區(qū)表，一個64字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)用來定義每個分區(qū)的起始位置。每個分區(qū)定義去大小為16個字節(jié)。因?yàn)檫@個設(shè)計(jì)，所以MBR的的擴(kuò)展主分區(qū)最多只能支持4個。

一個簡單的Basic （MBR）的磁盤結(jié)構(gòu)如下圖所示，我可以看到最外層的是物理磁盤（Disk），在物理磁盤的最前端包含MBR（Master Boot Record），這個例子中，定義了一個分區(qū)和NTFS邏輯卷。

MBR Disk支持最大四個主分區(qū)（Primary Patition），如果創(chuàng)建多個主分區(qū)的，則結(jié)構(gòu)如下。一個物理磁盤中包含四個主分區(qū)，每個主分區(qū)包含一個文件卷。

如果啟用了擴(kuò)展分區(qū)，則在擴(kuò)展分區(qū)中可以包含多個邏輯卷。

GPT（GUID - Globally Unique Identifer）磁盤結(jié)構(gòu)：

截止201年，大多數(shù)操作系統(tǒng)都支持GPT GPT Disk在主的MBR中包含幾個內(nèi)容，GPT Disk的分區(qū)表包括以下幾個內(nèi)容。在MBR硬盤中，分區(qū)信息直接存儲于主引導(dǎo)記錄(MBR)中（主引導(dǎo)記錄中還存儲著系統(tǒng)的引導(dǎo)程序）。但在GPT硬盤中，分區(qū)表的位置信息儲存在GPT頭中。但出于兼容性考慮，硬盤的第一個扇區(qū)仍然用作MBR，之后才是GPT頭。

• Protective MBR - 和MBR在Partition Table中包含主分區(qū)信息不同的是，GPT Disk在磁盤的第一個扇區(qū)（Sector）為“Protective MBR”，它位于LBA0（通用的存儲尋址方式大小為512每單位）這個位置上。它包含的內(nèi)容為磁盤的分區(qū)信息和初始的BIO啟動器。這是為了兼容性的考慮，保證一些遺留的MBR磁盤工具可以識別到GPT Disk。

• Partition Table Header – 分區(qū)表頭定義了一些磁盤上可使用的塊，同時還定義了組成分區(qū)表的Partition Entries數(shù)目和大?。ù笮⊥ǔ?28個字節(jié)）。GPT支持的64位版本的Windows Server 2003以上版本，支持創(chuàng)建最大128個分區(qū)，每個分區(qū)記錄大小為128個字節(jié)。在分區(qū)表頭中還記錄了磁盤的GUID，用來記錄自身的大小與位置以及備用GPT表頭的位置（位于磁盤的最后一個扇區(qū)）。同時還包括CRC32的校驗(yàn)值。

• Partition entries – GPT Disk用簡單直接的條目來描述分區(qū)。最初的16個字節(jié)用來標(biāo)識分區(qū)類型。第二個16直接用來記錄改分區(qū)唯一的GUID。接下來三個8字節(jié)的記錄分別描述的初始LBA地址，結(jié)束LBA地址和分區(qū)屬性。最后72個字節(jié)為分區(qū)名。單個分區(qū)記錄大小為128個字節(jié)。通常Partition entries會從LBA2地址開始。

• 最后，為了為了減少分區(qū)表損壞的風(fēng)險(xiǎn)，GPT在硬盤最后保存了一份分區(qū)表的副本。