开发者学堂课程【Linux 磁盘与文件系统管理：分区表 MBR 】学习笔记，与课程紧密联系，让用户快速学习知识。
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分区表 MBR
内容介绍：
一、MBR 磁盘分区
二、GPT 磁盘分区
三、实验：MBR 主分区表的备份与还原
一、MBR 硬盘分区
磁盘分区包括 MBR 与 MPT 两种，MBR 分区，又叫主引导记录分区，其组织空间结构包括：
硬盘0扇区 MBR：MBR 分区信息存放位置，该分区结构图的第一模块整体表示该硬盘，体现了该硬盘总的存储空间大小。该模块中将该磁盘分为了若干个分区，包括主分区（分区1、分区2、分区3）以及扩展分区，主分区前方还有一个0号扇区 MBR，它储存着磁盘的分区信息。
1. 0扇区：
位于硬盘分区的最前面，是整个磁盘的第一个扇区，也是第一个柱面、磁道，显示整个磁盘划分若干分区的分区表信息。硬盘0扇区的空间大小为512字节，在该0扇区中再分为3部分，借此实现磁盘的分区：
（1）主引导程序（偏移地址0000H--0088H）：占用前446字节，负责从活动分区中装载，并运行系统引导程序，与分区表信息无关，本节课不做讲解。
（2）出错信息数据区，偏移地址0089H--00E1H为出错信息，00E2H--01BDH，全为0字节。
（3）主分区表 DPT（Disk Partition Table）：偏移地址 01BEH--01FDH，占用64字节，存放分区信息，显示每个分区的起始位置。又将这64字节的空间分为4个部分，每个部分对应一个分区，每个分区占用16字节，储存对应的分区信息。因此，每个硬盘的主分区与扩展分区的总数不超过4个。
（图中以分区1为例，展示主分区表 DPT 中前16字节的空间表示分区1存储信息的方式）
将16个字节分为16个部分，每个部分占1个字节，而每个字节为8位，因此这16字节的总空间并不小。
第1个字节显示该分区是否为活动分区。该部分会显示为两位十六进制数，而每个十六进制数占用4位，因此共占8位，即总空间为1个字节。若该处的十六进制数显示为“80”，则表明分区1为活动分区，若显示为“00”，则表明分区1为非活动分区。
检查该分区是否为活动分区的方式：以当前硬盘为例，第一个分区 sda1 分区起引导功能，应属于活动分区，其是否为活动性分区的标识应显示为“80”。用二进制的方式打开硬盘，在系统中输入hexdump -C /dev/sda -n 512查询（sda 为要检查的分区名称），“-n 512”表示查看硬盘“/dev/sda”的前512字节，输出结果如下：
输出结果中第2列表示地址范围（如第1列第2行中的10是一个16进制数，实际表示16），每行中包括16个十六进制数，显示16个字节的存储空间，因此分区表信息应在第447-510个字节。
寻找该字节范围的方式：
[root@centos6~]#bc
446/16
27
//输入命令 bc，计算第446字节所在的行数446/16，输出结果为27，但该结果并未整除
^c
[root@centos6~]#echo 27*16 | bcv
[root@centos6~]#echo 27*16 | bc
432
//输入命令 echo 27*16 | bc 计算这27行共占用字节数，输出结果为432，则第27行的第14个16进制数对应第446个字节
[root@centos6~]#bc
obase=16\
^c
[root@centos6~]#bc
obase=16
27
1B
//计算27对应的十六进制数，输出结果为1B，则说明1B 代表的是第27行，则第447字节位于1B 行的第15位
前446字节与分区表无关，则分区表信息位于第000001b 行末2位始，第000001f0末3位止（剩余2字节为结束标志字，与分区表信息无关）。这64字节的最高位（第000001b行末2位）显示为“80”，则说明该分区为活动区，其他分区为非活动区。
第2个字节表示分区1起始磁头数，它与第3、4字节（分区1起始扇区数：第3字节低6位，分区1起始柱面数：第3字节高2位+第4字节）表示分区1的起始位置。
（1个磁道中扇区数占6位，1个柱面中磁道数占10位，磁头数占8位）
第5个字节表示分区类型，即该分区是否正在使用，若显示为“0”，则表示未使用；若不显示为“0”，则表示正在使用。
第6个字节表示结束磁头数，它与第7、8字节（结束扇区数：第7字节低6位，结束柱面数：第7字节高2位+第8字节），表示分区1的结束位置。
第9-12个字节表示分区起始LBA地址，第13-16个字节表示分区结束 LBA 地址。即LBA 地址一共占用8个字节，即一共32位，理论上可以提供2^32*512个扇区，即该分区最大空间容量为2^32*512=2T（若仅表示该分区的起始和结束位置，整个硬盘的总空间仅为8G，存储空间过小，无法存储空间的描述，因此可通过调用 LBA 的方式以扇区数为单位来描述空间）。
其余分区空间容量相同，MBR能管理的硬盘空间也最大为2T。
主分区表 DPT 的第2个16字节储存分区2的信息，第3个16字节储存分区3的信息，第4个16字节储存扩展分区的信息。
注：硬盘0扇区仅能说明扩展分区的起始位置，但不能说明扩展分区的详细分区情况。
④结束标志字：偏移地址01FE--01FF，占用2个字节，表示整个硬盘的结束位置，若遭到破坏，则表明该硬盘未分区，是裸硬盘。
以前面实验过程中新创建的硬盘 sdb 为例:
[root@centos7~]#hexdump -C -n 512 /dev/sdb -v
输出结果如下：
新硬盘的结束标志显示为“00”，查看此硬盘的分区：
[root@centos7~]#sblk 显示结果为“0 disk”，即空硬盘。
用命令“fdisk /dev/sdb -l”显示结果中仅有容量，而没有分区信息（sdb 为该磁盘名）。
2. 3个主分区
包括分区1、2、3，其分区信息储存在0扇区中。
3. 扩展分区
扩展分区无法直接存储数据，分为若干个小的逻辑分区。
（1）扩展分区0扇区 EBR（扩展的 boot 记录）
占用扩展分区最前面的512个字节，又分为3部分，即446字节（因其在扩展分区，无法引导，故未使用）+扩展分区表64字节+结束标志2字节。其中扩展分区表的64字节又分为4个16字节的部分，但存储内容与主分区表存储信息不同，其第1部分的16个字节指向逻辑分区1，描述逻辑分区1的起始位置和结束位置，第2部分的16字节指向下一个扩展分区表 EBR（两个逻辑分区间的扇区，也占用512字节，与扩展分区0扇区EBR结构相同，描述下一个逻辑分区的起始位置和结束位置。若还有下一个逻辑分区，再指向下一个逻辑分区的 EBR）。
（2）逻辑分区1
（3）第二个 EBR
（4）逻辑分区2
（5）第3个 EBR
……（共有N个逻辑分区）
MBR分区方式仅作了解即可，重点在于理解一个硬盘中最多仅有4个分区（3个主分区+1个逻辑分区）
二、GPT 磁盘分区
1.特点：
（1）GPT（Globals Unique Identifiers partition table）支持128个分区，若使用64位，支持8Z（每个块/扇区512字节）、64Z（每个块/扇区4096字节），相较于MBR，管理空间更大，是未来管理磁盘空间的主要方式。此外，其管理方式与MBR不同，旧的软件不支持 GPT，若 GPT 的第一个扇区不存在类似于 MBR 的分区结构，就软件可能将硬盘误读为空硬盘，误操作破坏数据，为了防止数据被旧的软件覆盖，GPT 分区结构的涉及兼容了 MBR 分区结构。
（2）使用128位 UUID（Universally Unique Identifier）表示磁盘分区，GPT 分区表自动备份在头和尾两份，并有 CRC 校验位，因此 GPT 相对于 MBR 安全性更高。（见 GPT 分区结构部分的 LBA 1--LBA 33及 LBA N-32--LBA N）
（3）GPT分区管理较新，要使其能引导系统启动必须配合计算机硬件主板中的UEFI（统一扩展固件接口）管理机制支持GPT，使系统启动。计算机主板中管理硬件启动的方式包括 BIOS 与 UEFI 两种，UEFI功能更强，更安全，支持 GPT 分区，故只有采用 UEFI 启动的计算机才支持利用GPT分区的方式引导操作系统启动，而旧的BIOS 不支持 GPT，无法启动系统，仅也可以作为数据空间存储数据。此外，UEFI是一种新的硬件管理标准，许多新型的计算机主板中内置的启动方式为 UEFI。BIOS 管理机制下，使 f2 或 delete 键，出现的蓝色背景中不支持鼠标操作，而 UEFI 则支持鼠标操作，更加方便快捷。
一般来说，引导操作系统的运行流程包括两种，即 BIOS+MBR与UEFI+GPT，前者流程为：开机 BIOS 初始化 BIOS 自检
引导操作系统 进入系统，后者流程为：开机 UEFI 初始
引导操作系统进入系统。若使用 BIOS 搭配 GPT，则 BIOS
启动硬件后，将 GPT 的硬盘当作数据盘，进行读取与访问，而不能引导操作系统启动。
2.结构分区：
（1）为了兼容旧的 MBR 磁盘管理方式，保护后续的数据，GPT 磁盘分区管理的结构设计中加入了 LBA 0 扇区，即 Protective MBR 是 GPT 最前面的512字节，对于 GPT 来说，无实际意义，是为了兼容旧版本应用程序的 MBR 管理方式。
（2）EFI 部分：Primary GUID Partition Header（GPT头/EFI 信息区）：占用1个扇区，即 LBA 1，分期表的表头。
三、实验：MBR 主分区表的备份与还原
若分区表信息被破坏，则分区信息丢失，数据遭受破坏。因此，某些场景下可考虑将该部分数据备份。
1.备份
分区表信息是二进制信息，该部分不属于分区，也表现为文件形式，因此无法直接拷贝，而可以使用命令将其克隆成一个二进制文件。
输入命令 [root@centos7~]#dd if=/dev/sda of=dpt bs=1 count=64 skip=446 即可备份 MBR 主分区表。
其中if=file表示从某文件中读取，这里的 if=/dev/sda 表示从 /dev/sda 文件中读取；of=file表示写入某文件，这里的of=dpt表示输出文件到 dpt 中；bs=size 表示block size，即块的大小，这里的“bs=1表示1个扇区”；count=n表示只拷贝 n 个记录，这里的 count=64表示拷贝64个记录；skip=blocks表示从开头忽略blocks个大小的 ibs（一次读取的字节数）块，这里的 skip=446表示从开头忽略446个读取的字节；seek=blocks 表示从开头忽略 blocks 个 obs（一次写入的字节数）块，这里是从某文件中读取，因此不使用“seek=blocks”。
生成后再输入 hexdump -C dpt 即可查询该文件。
还要注意一定要备份到另一台机，否则分区表一旦被病毒等破坏，仍旧无法还原。可输入 scp dpt 192.168.34.6:/date 及其 password，如 scp dpt 192.168.34.6:/data（挂载在 data 文件下），其中192.168.34.6表示备份存储机的IP 地址。
2.还原
若本机的 MBR 分区表遭到软件恶意攻击等途径破坏，即可通过另一台机的存储数据还原，或者将另一台同样使用 MBR 管理方式的计算机的分区表导出再还原。
（1）利用备份还原：
破坏该分区表的命令：dd if=/dev/zero of=/dev/sda bs=1 count=64 seek=446（注意谨慎操作），表示从开头跳过 /dev/sda 的前446个字节，将接下来的64字节写入 /dev/sda 为 zero。
[root@centos7~]#hexdump -C/dev/sda -n -512 -v
//查询 /dev/sda 二进制文件，显示结果如下（仅显示分区表信息）
当磁盘 MBR 分区被破坏后，在 Boot Menu 中选择 CD-RDM Drive（光盘驱动）修复，选择 Troubleshooting（排错）中的救援模式（Rescue a CentOS system），选择1（Continue）。在救援模式下，光盘驱动的小系统下，进入 share，输入fdisk 命令，发现此时 sda 硬盘无分区信息。从另一台机中恢复备份数据：键入 if config ens33 192.168.34.7/24（新建的IP地址），在键入 ping 192.168.34.6（数据备份机的IP地址），再将备份的文件拷贝到 the list of the known hosts（当前目录）中，键入 scp 192.168.34.6:/data/dpt，并输入口令 dpt。接下来进行恢复数据的读取，键入 dd if=dpt of=/dev/sda bs=1 count=64 seek=446 表示跳过/dev/sda 的前446字节，写入64字节，即可恢复，也可键入 sync 命令将缓存的数据写入磁盘，方可立即重启，否则可能数据会在缓存/内存中，无法立即重启，然后输入 exit（退出）。
（2）从相同磁盘管理模式的计算机还原
若没有数据备份，可以从其他磁盘管理模式相同的电脑中导出分区表 dpt，键入 dd if=dpt of=/dev/sdb bs=1 count=64 seek=446恢复到 sdb 硬盘中。输入[root@centos7~]#hexdump -C/dev/sda -n -512 -v，输出结果（仅显示分区表信息及结束标志字部分）表明仅恢复了分区表部分，结束标志字仍旧错误，因此仍无法读取该磁盘的分区。
可使用编辑二进制文件的方式直接编辑，即键入 vim -b sda，再在扩展命令下键入: %!xxd（仅适用于部分支持直接编辑文本的第三方二进制工具）；也可直接键入dd if=/dev/sda of=mbr bs=1 count=66 skip=446 跳过 /dev/sda 的前446个字节备份后66个字节到 mbr 中，将主分区表和结束标志字一同还原。最后键入dd if=mbr of=/dev/sdb bs=1 count=66 seek=446 跳过 /dev/sdb 的前446个字节将 mbr 中的66个字节写入 /dev/sdb 中，即可完成恢复。输入 [root@centos7~]#fdisk 即可获取分区表信息，并于 sda 硬盘完全相同。
注：①sdb5 是扩展分区，MBR备份的信息不包括扩展分区的信息，因此 sdb5 与sda 数据不完全相同。
②此过程实现了分区表的克隆，到还要注意恢复数据到的新硬盘容量不能小于原硬盘的容量，否则仍旧无法运行。
