转-Linux硬件装置和磁盘分区MBR

1 各硬件装置在Linux中的文件名

『在Linux系统中，每个装置都被当成一个文件来对待』举例来说，SATA接口的硬盘的文件名即为/dev/sd[a-d]，其中，括号内的字母为a-d当中的任意一个，亦即有/dev/sda, /dev/sdb, /dev/sdc, 及 /dev/sdd这四个文件的意思。

另外先提出来强调一下，在Linux这个系统当中，几乎所有的硬件装置都在/dev这个目录内，所以你会看到/dev/sda, /dev/sr0等等的文件名喔。

那么打印机与软盘呢？分别是/dev/lp0, /dev/fd0啰！好了，其他的接口设备呢？底下列出几个常见的装置与其在Linux当中的文件名啰：

装置	装置在Linux内的文件名
SCSI/SATA/USB硬盘机	/dev/sd[a-p]
USB快闪碟	/dev/sd[a-p] (与SATA相同)
VirtI/O界面	/dev/vd[a-p] (用于虚拟机内)
软盘驱动器	/dev/fd[0-7]
打印机	/dev/lp[0-2] (25针打印机) /dev/usb/lp[0-15] (USB 界面)
鼠标	/dev/input/mouse[0-15] (通用) /dev/psaux (PS/2界面) /dev/mouse (当前鼠标)
CDROM/DVDROM	/dev/scd[0-1] (通用) /dev/sr[0-1] (通用，CentOS 较常见) /dev/cdrom (当前 CDROM)
磁带机	/dev/ht0 (IDE 界面) /dev/st0 (SATA/SCSI界面) /dev/tape (当前磁带)
IDE硬盘机	/dev/hd[a-d] (旧式系统才有)

2 MSDOS(MBR) 与 GPT 磁盘分区表(partition table)

但是硬盘总不能真的拿锯子来切切割割吧？那硬盘还真的是会坏掉去！那怎办？在前一小节的图示中，我们有看到『开始与结束磁道』吧？而通常磁盘可能有多个磁盘盘，所有磁盘盘的同一个磁道我们称为磁柱 (Cylinder)，通常那是文件系统的最小单位，也就是分割槽的最小单位啦！为什么说『通常』呢？因为近来有 GPT 这个可达到 64bit 纪录功能的分割表，现在我们甚至可以使用扇区 (sector) 号码来作为分割单位哩！厉害了！所以说，我们就是利用参考对照磁柱或扇区号码的方式来处理啦！

也就是说，分割表其实目前有两种格式喔！我们就依序来谈谈这两种分割表格式吧。

MSDOS (MBR) 分割表格式与限制

早期的 Linux 系统为了兼容于 Windows 的磁盘，因此使用的是支持 Windows 的 MBR(Master Boot Record, 主要开机纪录区) 的方式来处理开机管理程序与分割表！而开机管理程序纪录区与分割表则通通放在磁盘的第一个扇区，这个扇区通常是 512bytes 的大小 (旧的磁盘扇区都是 512bytes 喔！)，所以说，第一个扇区 512bytes 会有这两个数据：

主要启动记录区(Master Boot Record, MBR)：可以安装开机管理程序的地方，有446 bytes
分割表(partition table)：记录整颗硬盘分割的状态，有64 bytes

由于分割表所在区块仅有64 bytes容量，因此最多仅能有四组记录区，每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码。若将硬盘以长条形来看，然后将磁柱以柱形图来看，那么那64 bytes的记录区段有点像底下的图示：

假设上面的硬盘装置文件名为/dev/sda时，那么这四个分割槽在Linux系统中的装置文件名如下所示，重点在于档名后面会再接一个数字，这个数字与该分割槽所在的位置有关喔！

P1:/dev/sda1
P2:/dev/sda2
P3:/dev/sda3
P4:/dev/sda4

上图中我们假设硬盘只有400个磁柱，共分割成为四个分割槽，第四个分割槽所在为第301到400号磁柱的范围。当你的操作系统为Windows时，那么第一到第四个分割槽的代号应该就是C, D, E, F。当你有资料要写入F槽时，你的数据会被写入这颗磁盘的301~400号磁柱之间的意思。

由于分割表就只有64 bytes而已，最多只能容纳四笔分割的记录，这四个分割的记录被称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽。根据上面的图示与说明，我们可以得到几个重点信息：

其实所谓的『分割』只是针对那个64 bytes的分割表进行设定而已！
硬盘默认的分割表仅能写入四组分割信息
这四组分割信息我们称为主要(Primary)或延伸(Extended)分割槽
分割槽的最小单位『通常』为磁柱(cylinder)
当系统要写入磁盘时，一定会参考磁盘分区表，才能针对某个分割槽进行数据的处理

咦！你会不会突然想到，为啥要分割啊？基本上你可以这样思考分割的角度：

数据的安全性：
因为每个分割槽的数据是分开的！所以，当你需要将某个分割槽的数据重整时，例如你要将计算机中Windows的C槽重新安装一次系统时，可以将其他重要数据移动到其他分割槽，例如将邮件、桌面数据移动到D槽去，那么C槽重灌系统并不会影响到D槽！所以善用分割槽，可以让妳的数据更安全。
系统的效能考虑：
由于分割槽将数据集中在某个磁柱的区段，例如上图当中第一个分割槽位于磁柱号码1~100号，如此一来当有数据要读取自该分割槽时，磁盘只会搜寻前面1~100的磁柱范围，由于数据集中了，将有助于数据读取的速度与效能！所以说，分割是很重要的！

既然分割表只有记录四组数据的空间，那么是否代表我一颗硬盘最多只能分割出四个分割槽？当然不是啦！有经验的朋友都知道，你可以将一颗硬盘分割成十个以上的分割槽的！那又是如何达到的呢？在Windows/Linux系统中，我们是透过刚刚谈到的延伸分割(Extended)的方式来处理的啦！延伸分割的想法是：既然第一个扇区所在的分割表只能记录四笔数据，那我可否利用额外的扇区来记录更多的分割信息？实际上图示有点像底下这样：

实际上延伸分割并不是只占一个区块，而是会分布在每个分割槽的最前面几个扇区来记载分割信息的！只是为了方便读者记忆，鸟哥在上图就将他简化了！有兴趣的读者可以到底下的连结瞧一瞧实际延伸分割的纪录方式：
http://en.wikipedia.org/wiki/Extended_boot_record

在上图当中，我们知道硬盘的四个分割记录区仅使用到两个，P1为主要分割，而P2则为延伸分割。请注意，延伸分割的目的是使用额外的扇区来记录分割信息，延伸分割本身并不能被拿来格式化。然后我们可以透过延伸分割所指向的那个区块继续作分割的记录。

如上图右下方那个区块有继续分割出五个分割槽，这五个由延伸分割继续切出来的分割槽，就被称为逻辑分割槽(logical partition)。同时注意一下，由于逻辑分割槽是由延伸分割继续分割出来的，所以他可以使用的磁柱范围就是延伸分割所设定的范围喔！也就是图中的101~400啦！

同样的，上述的分割槽在Linux系统中的装置文件名分别如下：

P1:/dev/sda1
P2:/dev/sda2
L1:/dev/sda5
L2:/dev/sda6
L3:/dev/sda7
L4:/dev/sda8
L5:/dev/sda9

仔细看看，怎么装置文件名没有/dev/sda3与/dev/sda4呢？因为前面四个号码都是保留给Primary或Extended用的嘛！所以逻辑分割槽的装置名称号码就由5号开始了！这在 MBR 方式的分割表中是个很重要的特性，不能忘记喔！

MBR 主要分割、延伸分割与逻辑分割的特性我们作个简单的定义啰：

主要分割与延伸分割最多可以有四笔(硬盘的限制)
延伸分割最多只能有一个(操作系统的限制)
逻辑分割是由延伸分割持续切割出来的分割槽；
能够被格式化后，作为数据存取的分割槽为主要分割与逻辑分割。延伸分割无法格式化；
逻辑分割的数量依操作系统而不同，在Linux系统中SATA硬盘已经可以突破63个以上的分割限制；

事实上，分割是个很麻烦的东西，因为他是以磁柱为单位的『连续』磁盘空间，且延伸分割又是个类似独立的磁盘空间，所以在分割的时候得要特别注意。我们举底下的例子来解释一下好了：

例题：

在Windows操作系统当中，如果你想要将D与E槽整合成为一个新的分割槽，而如果有两种分割的情况如下图所示，图中的特殊颜色区块为D与E槽的示意，请问这两种方式是否均可将D与E整合成为一个新的分割槽？

图2.2.4、磁盘空间整合示意图

答：

上图可以整合：因为上图的D与E同属于延伸分割内的逻辑分割，因此只要将两个分割槽删除，然后再重新建立一个新的分割槽，
就能够在不影响其他分割槽的情况下，将两个分割槽的容量整合成为一个。
下图不可整合：因为D与E分属主分割与逻辑分割，两者不能够整合在一起。除非将延伸分割破坏掉后再重新分割。但如此一来会影响到所有的逻辑分割槽，要注意的是：如果延伸分割被破坏，所有逻辑分割将会被删除。因为逻辑分割的信息都记录在延伸分割里面嘛！

MBR 分割表除了上述的主分割、延伸分割、逻辑分割需要注意之外，由于每组分割表仅有 16bytes 而已，因此可纪录的信息真的是相当有限的！所以，在过去 MBR 分割表的限制中经常可以发现如下的问题：

操作系统无法抓取到 2.2T 以上的磁盘容量！
MBR 仅有一个区块，若被破坏后，经常无法或很难救援。
MBR 内的存放开机管理程序的区块仅 446bytes，无法容纳较多的程序代码。

这个 2.2TB 限制的现象在早期并不会很严重。但是，近年来硬盘厂商动不对推出的磁盘容量就高达好几个 TB 的容量！目前 (2015) 单一磁盘最高容量甚至高达 8TB 了！如果使用磁盘阵列的系统，像鸟哥的一组系统中，用了 24 颗 4TB 磁盘搭建出磁盘阵列，那在 Linux 底下就会看到有一颗 70TB 左右的磁盘！如果使用 MBR 的话...那得要 2TB/2TB 的割下去，虽然 Linux kernel 现在已经可以透过某些机制让磁盘分区高过 63 个以上，但是这样就得要割出将近 40 个分割槽～真要命... 为了解决这个问题，所以后来就有 GPT 这个磁盘分区的格式出现了！

3 GUID partition table, GPT 磁盘分区表(注1)

因为过去一个扇区大小就是 512bytes 而已，不过目前已经有 4K 的扇区设计出现！为了兼容于所有的磁盘，因此在扇区的定义上面，大多会使用所谓的逻辑区块地址(Logical Block Address, LBA)来处理。GPT 将磁盘所有区块以此 LBA(预设为 512bytes 喔！) 来规划，而第一个 LBA 称为 LBA0 (从 0 开始编号)。

与 MBR 仅使用第一个 512bytes 区块来纪录不同， GPT 使用了 34 个 LBA 区块来纪录分割信息！同时与过去 MBR 仅有一的区块，被干掉就死光光的情况不同， GPT 除了前面 34 个 LBA 之外，整个磁盘的最后 33 个 LBA 也拿来作为另一个备份！这样或许会比较安全些吧！详细的结构有点像底下的模样