硬盘第一关：MBR VS GPT
哈喽，我是子牙老师，一个手写过操作系统、编程语言、Java虚拟机、docker、Ubuntu系统，玩透Windows内核、Linux内核…的硬核男人
最近在备课《实战Linux内核》四期，刚好到Linux内核中的EXT4源码这块，想着很多人没底子看不懂这块代码，把我研究的成果写成文章分享给大家。本篇文章分享的底子之一就是MBR与GPT，如果文字版你看不懂，需要看视频，欢迎看我【个人简介】详细了解。
可能有小伙伴不知道MBR与GPT是什么，为此，画了一张图，帮助大家理解
还是不理解？那举个例子：你拿到一块硬盘，第一件事情是干啥，是不是给硬盘分区，MBR与GPT就是干这事的，相当于一块地，你是想分成田字形，还是N个田字形
它两区别是啥，如图
早些年的操作系统一般是使用MBR+BIOS，如今，一般是使用更为强大的GPT+UEFI。我的课程《手写操作系统》就是基于MBR+BIOS实现的。后面做的课程《手写Ubuntu Linux系统》就是基于GPT+UEFI实现的
现在你应该知道MBR与GPT是什么了，那本篇文章讲什么呢？
- MBR磁盘分区结构长啥样
- GPT磁盘分区结构长啥样
- MBR、GPT与文件系统是如何关联上的
- EXT4文件系统在MBR、GPT上是怎么玩的
- LBA是什么意思
以下，enjoy
MBR磁盘分区结构
废话不多说，直接上图，MBR磁盘分区结构长这样
你可能想问：它最多只能分四个分区吗？是也，非也！第一层它确实只能分四个分区，但是它支持一个扩展分区，逻辑分区中的分区数量是无限的
你可能想问：扩展分区只能放在最后一个吗？非也，可以放在任意位置，第一个也可以，但是一般是放最后一个
你可能还想问：在扩展分区中还能创建扩展分区吗？不可以了。技术上是可以做到的，但是这样设计可能太麻烦了吧，就没有这么去设计
你有没有这样的问题：为什么只能分四个分区？因为BIOS引导启动代码，将0扇区的512B作为启动扇区，是定死的规矩。
如何判断0扇区是不是启动扇区，就看最后两个字节，即511、512两个位置，存放的是否是0x55、0xAA。如果不是，BIOS是不运行启动代码的，那操作系统就起不来
既然是启动扇区，那得有空间存储启动代码吧！BIOS规范约定，前446B给你存放操作系统引导代码用。446B太小了，能干啥？所以一般写操作系统，这里放的只是跳转代码，所以你看写操作系统的书，一定有一节是：突破512字节瓶颈！
512-446-2，还剩多少？64B。MBR一个扇区用16B存储，刚好存4个扇区的信息。这个扇区信息存什么？扇区类型、从哪开始、到哪结束…
MBR还剩最后一个问题，如果有扩展分区，在硬盘中是如何存储的？这样
ChatGPT夸我这张图画的教科书级别，艾玛，给我夸飘了
说了这么多，如何实战呢？使用fdisk工具即可，给大家看下我实战的结果
自动进入扩展分区进行分区，即你接下来做的所有操作，都是在扩展分区中分区
写入硬盘
至此，MBR你已全部拿下！
GPT磁盘分区结构
直接上图
总结一下图中给出的信息：
一、GPT磁盘分区结构中，依然会保留MBR扇区。你可能想问，那OS怎么知道是GPT分区结构呢？MBR扇区中有一个分区项，它的类型是0xEE，OS通过这个判断这块盘是MBR还是GPT
二、第二块分区，存放的是GPT的核心信息，如图
硬盘中长这样
GPT header有备份，在LBA-1的位置，就是存储在硬盘的最后一块扇区中
三、GPT支持最多128个分区，每个分区信息占128B，128*128B=16K=32个扇区。所以存放GPT分区信息是2-33，还有备份的是LBA-33至LBA-2。GPT分区信息长这样
理论就这么多，开始做实现
这里你用fdisk也行，用gdisk也行，我就用fdisk做实验了
一共创建了四个分区，在硬盘中，刚好4个
这就是GPT磁盘分区表的全部！
2048
不知道你有没有注意，不论是MBR还是GPT，第一个分区都是从2048开始的。
没注意？那再来看看。
这是MBR的
这是GPT的
为什么呢？这个我可不知道，来问下ChatGPT
原理如此！
LBA
再来说说LBA是什么？它其实是一种磁盘坐标，32位时代用的是LBA28，64位时代用的是LBA48
与LBA相对的是CHS，就是大家听过的柱面、磁头、扇区。以前定位一个扇区，要通过这三个坐标。机械盘淘汰后，加上CHS能表达的磁盘空间有限，就改用了LBA。比如0柱面0磁头1扇区，对应的就是LBA=1
那LBA28与LBA48又是怎么回事呢？表达磁盘数量不同
我的课程《手写操作系统》，就是基于LBA28实现的
自信的说，我的课程《手写操作系统》，含金量还是非常高的！你看文章有没有发现，文中提到的大部分理论，课程中都有实战！其实也正常，OS代码在硬盘中，你不读硬盘，怎么价值OS代码呢？那你不知道这些，又怎么写读硬盘的代码呢？我还是觉得，学《手写操作系统》，对于每个coder来说，都非常非常重要！
如果你对上面的内容感兴趣，想看我之前的文章及我的奋斗历程。白手起家程序员的职场心得，欢迎看我【个人简介】详细了解。