2023年11月25日发(作者：)

磁盘分区MBR和GPT格式详解（Linux）

⼀、磁盘结构

机械硬盘主要由磁盘盘⽚、磁头、主轴与传动轴等组成，数据存放在具有磁性物质的磁盘盘⽚中。

实际运⾏时，主轴马达让碟⽚转动，然后磁头臂让磁头在碟⽚上⾯进⾏读写操作。

读取数据时以磁头转圈的⽅式进⾏，在磁⽚同⼼圆中切出⼀个⼀个的⼩区块，这些⼩区块就是磁盘的最⼩物理存储单位，成为扇

区（sector），同⼀个同⼼圆的扇区组合成的圆就是磁道（track）。由于磁盘⾥可能会有多个碟⽚，因此在所有碟⽚上⾯的同⼀个磁道可

以组成 柱⾯（cylinder）。

外圈的圆⽐较⼤，为了合理利⽤这些空间，磁盘外圈圆会⽐内圈有更多的扇区。所以，当碟⽚转⼀圈时，外圈的扇区数量⽐较多，因此如果

数据写⼊在外圈，转⼀圈能够读写的数据量⽐内圈多。因此数据的读写会由外圈开始向内写，这是默认的⽅式。

原本硬盘的扇区都是设计成512B的⼤⼩，但随着硬盘容量的增⼤，为了减少数据量的拆解，⽬前绝⼤多数的⾼容量硬盘使⽤了4K⼤⼩的扇

区设计。

为什么要分区？

1.数据的安全性

每个分区的数据是分开存储的，当要对某个分区的数据进⾏整理时，不会影响到其它分区。例如对安装有Windows系统的C盘进⾏重装

时，对其它分区如D盘、E盘中的数据不会产⽣影响。

所谓的分区就是针对64字节的分区表进⾏设置⽽已。

磁盘默认的分区表仅能写⼊四组分区信息，每组记录区记录了该区段的起始与结束的柱⾯号码。

这四个分区的记录被称为主要（Primary）分区或扩展（Extended）分区。

当系统要写⼊磁盘时，⼀定会参考磁盘分区表，才能针对某个分区进⾏数据的处理。

（2）扩展分区和逻辑分区：

MBR模式简略图：

MBR分区表结构：

偏移长度（字节）意义

00H1分区状态：00–>⾮活动分区；80–>活动分区；其它数值没有意义

01H1分区起始磁头号（HEAD），⽤到全部8位

02H2分区起始扇区号（SECTOR），占据02H的位0－5；该分区的起始磁柱号（CYLINDER），占据02H的位6－7和03H的全部8位

04H1⽂件系统标志位

05H1分区结束磁头号（HEAD），⽤到全部8位

06H2分区结束扇区号（SECTOR），占据06H的位0－5；该分区的结束磁柱号（CYLINDER），占据06H的位6－7和07H的全部8位

08H4分区起始相对扇区号

0CH4分区总的扇区数

（3）MBR分区⼤⼩限制的问题：

分区表组最后4个字节表⽰分区中的扇区数量，有4*8=32位，最⼤值为 2+2+ … +2 = 2-1 个扇区，每个扇区⼤⼩为512字节，所

013132

以能表⽰的最⼤容量为 ：

(2−1)∗512=20bytes=2048GB=2TB

32

注意这⾥是⽤1：1024换算的，硬盘制造商使⽤1：1000换算，所以就会得出2.2TB的结果。

2TB是对单⼀分区容量的限制，如果第⼀个分区就占了2TB，那么其第⼆个分区的扇区物理地址就⽆法表⽰了，所以2TB也是对整个硬盘最

⼤容量的限制。

MBR的弊端：

操作系统⽆法使⽤2.2TB以上的磁盘容量。

MBR仅有⼀个区块，被破坏后经常⽆法或很难恢复。

MBR内的存放启动引导程序的区块仅446字节，⽆法存储较多的程序代码。

2、GPT

（1）简介

如今扇区⼤⼩不仅有512字节的，还有4K⼤⼩的。为了兼容所有的磁盘，使⽤逻辑区块地址（Logical Block Address，LBA）来处理扇

区。GPT将硬盘所有区块以LBA（默认512字节）来规划，第⼀个LBA称为LBA0。

与MBR仅使⽤第⼀个512字节来记录不同，GPT使⽤了34个LBA来记录分区信息。相⽐于MBR中只有⼀个区块记录分区信息，GPT除了

前⾯34个LBA记录以外，整个磁盘的最后34个LBA也拿来做备份。

（2）LBA

LBA0（MBR兼容模块）

出于兼容性考虑存储了⼀份传统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，这个MBR也叫做保护

MBR。

1616字节分区GUID

起始字节长度内容

328字节起始LBA（⼩端序）

408字节末尾LBA

488字节属性标签（如：60表⽰“只读”）

5672字节分区名（可以包括36个UTF-16（⼩端序）字符）

（16+16+8+8+8+72=128）

（3）GPT分区⼤⼩限制：

GPT 在每组记录中分别提供了 8字节 = 64位 来记载开始/结束的扇区号码。因此，理论上对于单⼀分区槽来说， 它的最⼤容量限制为 2

64

* 512bytes = 2 Kbytes = 2TB = 8 ZB 。但是受操作系统限制，⼀般⼀个分区最⼤限制为 18EB。

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GPT 分区没有所谓的主、扩展、逻辑分区的概念，每个都可以视为是主分区，每⼀个分区都可以格式化。

GPT 分区默认可以提供多达128 组纪录，⽽在Linux 本⾝的内核设备记录中，针对单⼀磁盘来说，虽然过去最多只能到达15 个分区，不

过由于Linux 内核通过udev 等⽅式的处理，现在Linux 也已经没有这个限制了。