磁盘分区和引导

硬盘寻址

老式硬盘采用C/H/S方式寻址，每个磁道扇区数是固定的63个。
C：柱面，0开始
H：磁头，即磁道，0-254
S：扇区，1-63

新式硬盘提高了密度，每个磁道扇区数不固定，因此需重新编号。
物理C/H/S按顺序编号，形成线性地址，即LBA。
扇区号从0开始，线性增加，直到最后一个扇区。

LBA扇区号也可以用C/H/S方式显示和使用。此时C/H/S是逻辑地址，而非物理地址。
第1个柱面的第1个磁道：扇区号从C0/H0/S1到S63，LBA扇区号从0到62。
第1个柱面的第2个磁道：扇区号从C0/H1/S1到S63，LBA扇区号从63到125。
依次类推，直到最后一个柱面的最后一个磁道的最后一个扇区：Cnnn/H254/S63。

物理扇区大小：512 Bytes
逻辑扇区大小：512 Bytes

BIOS & UEFI

一般BIOS启动MBR格式的硬盘，UEFI启动GPT格式的硬盘。
在已安装的操作系统内，两种硬盘格式都能识别。

BIOS只需启动MBR引导程序即可。
UEFI需要能读取GPT分区表、识别ESP文件系统、执行EFI引导程序等。

MBR

启动顺序：
BIOS –> MBR –> PBR(可选) –> OSLoader –> OS
通俗的讲，MBR/PBR/OSLoader是为了从BIOS启动OS，串联调用的程序。

示例：
Windows的MBR –> Windows的PBR –> Windows的BOOTRMGR
Windows的MBR –> GRUB4DOS的PBR –> GRUB4DOS的GRLDR
GRUB4DOS的MBR –> Windows的PBR –> Windows的BOOTRMGR
GRUB4DOS的MBR –> GRUB4DOS的GRLDR

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MBR

MBR(主引导记录)从硬盘的第一个扇区(C0/H0/S1,LBA扇区号0)开始，不同MBR占用不同的扇区数，但都在第一个磁道(即63个扇区)内，FBINST除外。
第一个磁道内未被占用的扇区将保留。因此，第一个分区至少从第二个磁道(C0/H1/S1,LBA扇区号63)开始。

硬盘的第一个扇区由Boot Loader、Disk Partition Table和Boot Record ID三部分组成。
Boot Loader即主引导程序，占用前446个字节(0~0x1BD)，负责从活动分区装载操作系统引导程序。
Disk Partition Table即主分区表，占用64个字节(0x1BE~0x1FD)，记录了硬盘的分区信息。共四个分区项，每项16字节，因此最多有4个主分区。
Boot Record ID即引导记录标记，占用两个字节(0x1FE~0x1FF)。值为0xAA55时标识为可引导的已分区硬盘，否则被认为是不可引导的未分区硬盘。

Windows 1个扇区
GRUB4DOS 16个扇区
GRUB2 63个扇区
FBINST 64个扇区 (需用FBINST重新分区)

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PBR

PBR(分区引导记录)从分区的第一个扇区开始，不同PBR占用不同的扇区数。
不同文件系统为PBR保留的扇区数不同。有些工具分区时可以修改保留的扇区数。
有些MBR不需要PBR，可以直接调用OSLoader，因此保留扇区中可以没有引导程序。

NTFS 1个扇区 (+15个可用扇区)
FAT32 1个扇区 (+1个间隔扇区+30个可用扇区)
EXT2/3/4: 1个扇区 (GRUB不使用PBR，因此扇区为空。可以写入其它PBR)

GPT

启动顺序：
UEFI –> ESP分区中的OSLoader –> OS

OSLoader示例：
/EFI/BOOT/bootx64.efi
/EFI/BOOT/grubx64.efi

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GPT硬盘结构

扇区号(0) Protective MBR，防止不支持GPT的工具误删除
扇区号(1) Primary GPT Header，分区表表头
扇区号(2-33) Partition Entry 1-128，每扇区4个分区表
…… ESP分区
…… MSR分区
…… 其它分区
扇区号-(2-33) Partition Entry 1-128，分区表备份
扇区号-(1) Secondary GPT Header，分区表表头备份，与Primary GPT Header不完全一致

簇 & 块

Windows簇和Linux块是文件系统分配空间的最小单元。小于一个单元的文件也会占用一个单元的空间。
NTFS: 4K
FAT32: 8K
EXT2/3/4: 4K

4K对齐

新硬盘每个物理扇区已由512Bytes改为4096Bytes，即4K。为了与原来兼容，仍模拟512Bytes扇区。
将4K物理扇区与操作系统的文件系统4K簇/块对齐，可以减少不必要的硬盘I/O，提高读写速度。
4K=8个512Bytes扇区，所以为了达到4K对齐的目的，分区起始位置是8扇区的倍数+1即可。

MBR引导时，第一个磁道(扇区号0-62)保留，因此第一个分区至少从第二个磁道起始扇区号63开始。
4K对齐时，分区从8扇区的倍数+1开始，因此第一个分区至少从扇区号64开始。
因第一磁道保留，1K(2扇区)对齐时，第一个分区也是从扇区号64开始的，也达到了4K对齐的目的。
因分区之间可能会有间隔，设置至少4K(8扇区)对齐是有必要的，也可以设置8K，16K，32K…对齐。

GPT引导时，第一个分区至少从扇区号34开始。
4K对齐时，至少从扇区号36开始。
原理与MBR一样。