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GPT分区表详解

时间：2020-02-07 18:29 点击次数：

GPT分区表详解

保护MBR

保护MBR包含一个DOS分区表(LBA0)，只包含一个类型值为0xEE的分区项，在小于2TB的磁盘上，大小为整个磁盘；在更大的磁盘上，它的大小固定为2TB。它的作用是阻止不能识别GPT分区的磁盘工具试图对其进行格式化等操作，所以该扇区被称为“保护MBR”。实际上，EFI根本不使用这个分区表。

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EFI部分

EFI部分又可以分为4个区域：EFI信息区(GPT头)、分区表、GPT分区、备份区域。

EFI信息区(GPT头): 起始于磁盘的LBA1，通常也只占用这个单一扇区。其作用是定义分区表的位置和大小。GPT头还包含头和分区表的校验和，这样就可以及时发现错误。
分区表: 分区表区域包含分区表项。这个区域由GPT头定义，一般占用磁盘LBA2～LBA33扇区。分区表中的每个分区项由起始地址、结束地址、类型值、名字、属性标志、GUID值组成。分区表建立后，128位的GUID对系统来说是唯一的。
GPT分区: 最大的区域，由分配给分区的扇区组成。这个区域的起始和结束地址由GPT头定义。
备份区: 备份区域位于磁盘的尾部，包含GPT头和分区表的备份。它占用GPT结束扇区和EFI结束扇区之间的33个扇区。其中最后一个扇区用来备份1号扇区的EFI信息，其余的32个扇区用来备份LBA2～LBA33扇区的分区表。

EFI信息区数据结构

EFI信息区位于磁盘的1号扇区(LBA1)，也称为GPT头。其具体结构如下表所示

EFI信息区结构
相对字节偏移量 (十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～07	8	GPT头签名“45 46 49 20 50 41 52 54”(ASCII码为“EFI PART”)
08～0B	4	版本号，目前是1.0版，其值是“00 00 01 00”
0C～0F	4	GPT头的大小(字节数)，通常为“5C 00 00 00”(0x5C)，也就是92字节。
10～13	4	GPT头CRC校验和(计算时把这个字段本身看做零值)
14～17	4	保留，必须为“00 00 00 00”
18～1F	8	EFI信息区(GPT头)的起始扇区号，通常为“01 00 00 00 00 00 00 00”，也就是LBA1。
20～27	8	EFI信息区(GPT头)备份位置的扇区号，也就是EFI区域结束扇区号。通常是整个磁盘最末一个扇区。
28～2F	8	GPT分区区域的起始扇区号，通常为“22 00 00 00 00 00 00 00”(0x22)，也即是LBA34。
30～37	8	GPT分区区域的结束扇区号，通常是倒数第34扇区。
38～47	16	磁盘GUID(全球唯一标识符,与UUID是同义词)
48～4F	8	分区表起始扇区号，通常为“02 00 00 00 00 00 00 00”(0x02)，也就是LBA2。
50～53	4	分区表总项数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128个。
54～57	4	每个分区表项占用字节数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128字节。
58～5B	4	分区表CRC校验和
5C～*	*	保留，通常是全零填充

分区项

分区项结构
相对字节偏移量 (十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～0F	16	用GUID表示的分区类型
10～1F	16	用GUID表示的分区唯一标示符
20～27	8	该分区的起始扇区，用LBA值表示。
28～2F	8	该分区的结束扇区(包含)，用LBA值表示，通常是奇数。
30～37	8	该分区的属性标志
38～7F	72	UTF-16LE编码的人类可读的分区名称，最大32个字符。

注意，扇区尺寸不能假定为512字节，也就是说，一个扇区内可能存放4个以上的分区项，也可能只存放一个分区项的一部分。也就是说，除了头两个扇区(LBA 0 和 LBA 1)之外，GPT规范仅定义了数据结构的尺寸，而不关心使用多少个扇区进行存储。

分区类型
相关操作系统	GUID[little endian]	含义
None	00000000-0000-0000-0000-000000000000	未使用
None	024DEE41-33E7-11D3-9D69-0008C781F39F	MBR分区表
None	C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B	EFI系统分区[EFI System partition (ESP)]
None	21686148-6449-6E6F-744E-656564454649	BIOS引导分区，其对应的ASCII字符串是"Hah!IdontNeedEFI"。
None	D3BFE2DE-3DAF-11DF-BA40-E3A556D89593	Intel Fast Flash (iFFS) partition (for Intel Rapid Start technology)
Windows	E3C9E316-0B5C-4DB8-817D-F92DF00215AE	微软保留分区
Windows	EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7	基本数据分区
Windows	DE94BBA4-06D1-4D40-A16A-BFD50179D6AC	Windows恢复环境
Linux	0FC63DAF-8483-4772-8E79-3D69D8477DE4	数据分区。Linux曾经使用和Windows基本数据分区相同的GUID。这个新的GUID是由 GPT fdisk 和 GNU Parted 开发者根据Linux传统的"8300"分区代码发明的。
Linux	A19D880F-05FC-4D3B-A006-743F0F84911E	RAID分区
Linux	0657FD6D-A4AB-43C4-84E5-0933C84B4F4F	交换分区
Linux	E6D6D379-F507-44C2-A23C-238F2A3DF928	逻辑卷管理器(LVM)分区
Linux	8DA63339-0007-60C0-C436-083AC8230908	保留

Microsoft还进一步对分区的属性进行了细分：低位4字节表示与分区类型无关的属性，高位4字节表示与分区类型有关的属性。Microsoft目前使用了下列属性：

分区属性
Bit	解释
0	系统分区(磁盘分区工具必须将此分区保持原样，不得做任何修改)
1	EFI隐藏分区(EFI不可见分区)
2	传统的BIOS的可引导分区标志
60	只读
62	隐藏
63	不自动挂载，也就是不自动分配盘符

4.相关资料

4.1.LBA：

LBA中文名称：逻辑区块地址。是描述电脑存储设备上数据所在区块的通用机制，一般用在像硬盘这样的辅助记忆设备。我们俗称扇区。

4.2.关于GUID及GPT分区表

GUID：

MBR分区方案：传统的分区方案，是将分区信息保存到磁盘的第一个扇区(MBR扇区)中的64个字节中，每个分区项占用16个字节，这16个字节中存有活动状态标志、文件系统标识、起止柱面号、磁头号、扇区号、隐含扇区数目(4个字节)、分区总扇区数目(4个字节)等内容。由于MBR扇区只有64个字节用于分区表，所以只能记录4个分区的信息。这就是硬盘主分区数目不能超过4个的原因。后来为了支持更多的分区，引入了扩展分区及逻辑分区的概念。但每个分区项仍用16个字节存储。

为什么要提出新的方案呢？那就让我们看看MBR分区方案有什么问题。前面已经提到了主分区数目不能超过4个的限制，这是其一，很多时候，4个主分区并不能满足需要。另外最关键的是MBR分区方案无法支持超过2TB容量的磁盘。因为这一方案用4个字节存储分区的总扇区数，最大能表示2的32次方的扇区个数，按每扇区512字节计算，每个分区最大不能超过2TB。磁盘容量超过2TB以后，分区的起始位置也就无法表示了。

GUID分区表(简称GPT，使用GUID分区表的磁盘称为GPT磁盘)是源自EFI标准的一种较新的磁盘分区表结构的标准。与目前普遍使用的主引导记录(MBR)分区方案相比，GPT提供了更加灵活的磁盘分区机制。它具有如下优点：

1、支持2TB以上的大硬盘。

2、每个磁盘的分区个数几乎没有限制（Windows系统最多只允许划分128个分区）。

3、分区大小几乎没有限制。又是一个“几乎”。因为它用64位的整数表示扇区号，即 = 18,446,744,073,709,551,616。

4、分区表自带备份。在磁盘的首尾部分分别保存了一份相同的分区表，其中一份被破坏后，可以通过另一份恢复；

5、循环冗余检验值针对关键数据结构而计算，提高了数据崩溃的检测几率；

6、虽然MBR提供1字节分区类型代码，但GPT使用一个16字节的全局唯一标识符（GUID）值来标识分区类型，这使分区类型更不容易冲突；

7、每个分区可以有一个名称(不同于卷标)。

GPT分区表的结构：

GPT分区表结构图

LBA0：

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）。

保护性MBR保护GPT磁盘不受以前发布的MBR磁盘工具的危害。这些工具不能感知GPT，也无法正确地访问GPT磁盘。这些工具通过解释保护性MBR，将GPT磁盘看成一个封装的（可能无法识别）分区，而不是错误地当成一个未分区的磁盘，并且拒绝对硬盘进行操作。这就避免了意外删除分区的危险。

在支持从GPT启动的操作系统中，这里也用于存储第一阶段的启动代码。在这个MBR中，只有一个标识为0xEE的分区，以此来表示这块硬盘使用GPT分区表。

在使用MBR/GPT混合分区表的硬盘中，这部分存储了GPT分区表的一部分分区（通常是前四个分区），可以使不支持从GPT启动的操作系统从这个MBR启动，启动后只能操作MBR分区表中的分区。

LBA1：

分区表头（LBA 1）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。在使用64位Windows Server 2003的机器上，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）

分区表头还记录了这块硬盘的GUID，记录了分区表头本身的位置和大小以及备份分区表头和分区表的位置和大小（在硬盘的最后）。它还储存着它本身和分区表的CRC32校验。固件、引导程序和操作系统在启动时可以根据这个校验值来判断分区表是否出错，如果出错了，可以使用软件从硬盘最后的备份GPT中恢复整个分区表，如果备份GPT也校验错误，硬盘将不可使用。一下是分区表头结构的具体信息：

GPT分区表头的格式

起始字节	偏移量	内容
0	8	签名（"EFI PART"）
8	4	修订
12	4	分区表头的大小
16	4	分区表头（92个字节）的CRC32校验，在计算时，先把这个字段写作0处理，然后计算出所有分区表项的CRC32校验后再计算这个CRC32
20	4	保留，必须是 0
24	8	当前LBA（这个分区表头的位置）
32	8	备份LBA（另一个分区表头的位置）
40	8	第一个可用于分区的LBA（主分区表的最后一个LBA + 1）
48	8	最后一个可用于分区的LBA（备份分区表的第一个LBA - 1）
56	16	硬盘GUID（在类UNIX系统中也叫UUID）
72	8	分区表项的起始LBA（在主分区表中是2）
80	4	分区表项的数量（windows是128，没有这么多也先占着空间）
84	4	一个分区表项的大小（通常是128）
88	4	分区表项的CRC32校验（计算的是所有分区表项的检验和即128*128字节）
92	420	保留，剩余字节必须是0（420字节针对512字节的LBA硬盘）

注：第80位起，分区表项的数量。该值一直为128，即使分区没有128项，也先写入128，在计算分区项CRC32校验时应该注意这点。

LBA 2–33

LBA 2–33的位置存放的是分区表项。GPT分区表使用简单而直接的方式表示分区。一个分区表项的前16字节是分区类型GUID。接下来的16字节是该分区唯一的GUID（这个GUID指的是该分区本身，而之前的GUID指的是该分区的类型）。再接下来是分区起始和末尾的64位LBA编号，以及分区的名字和属性。

GPT分区表项的格式

起始字节	偏移量	内容
0	16	分区类型GUID
16	16	分区GUID
32	8	起始LBA（小端格式）
40	8	末尾LBA
48	8	属性标签
52	72	分区名

注：1.类型GUID为固定值，查阅资料可得。下图列举Windows、Linux下常见几种：

以Windows下基本数据分区为例说明：EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7。上述表示形式采用小端表示，其16位的串行表示为：A2A0D0EBE5B9334487C068B6B72699C7,即前三部分倒序表示。

2.分区属性：低位4字节表示与分区类型无关的属性，高位4字节表示与分区类型有关的属性。具体见下图

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