磁盘及分区
物理硬盘结构
机械硬盘
主要的结构是多个盘面和磁头。
- 磁道：一个磁盘被分为多个磁道（同心圆圈）。
- 扇区：每个磁道被分为多个扇区，每个扇区存储的数据量相同，靠里的扇区面积小，所以存储数据密度大，靠外的扇区密度小，所以存储数据密度小。
- 柱面：多个盘面相同位置的磁道组成一个柱面（上图中所有黄圈为一个柱面）
- 簇：操作系统中的概念，在文件系统中，为了便于管理，将几个扇区组成一个簇进行管理。簇是存储文件的基本单位（即使文件很小，它也会占用一个簇）
固态硬盘
基于控制芯片和存储颗粒构造，不用机械硬盘的磁头寻址等操作，因此读写速度更快。
磁盘初始化
有三个步骤：低级格式化，分区，高级格式化
- 低级格式化：在出场时完成。将磁道划分为多个扇区
- 分区：将不同磁道划分为一个区（如下图常见的划分C盘，D盘），分区时，现在主要有两种模式：MBR与GPT
- 高级格式化：创建文件系统（NTFS，FAT32等）
分区
下面介绍磁盘初始化中的第二步：分区
MBR结构
在每个物理硬盘的第一个扇区（0柱面 0磁头 1扇区）存放着主引导记录MBR，它主要由三部分组成：引导代码、保留区，分区表和结束标志
| 偏移（偏移都为16进制） | 大小（字节） | 意义 |
|---|---|---|
| 000-1B7 | 440 | 引导代码，负责整个系统启动 |
| 1B8-1BD | 6 | 保留区，写有磁盘标签 |
| 1BE-1FD | 64 | 分区表，每16个字节表示一个分区，共四个分区 |
| 1FE-1FF | 2 | 结束标志，值为55AA |
分区表中每一个16字节意义如下：
| 偏移（以第一个16字节为例，相对于MBR的偏移） | 大小（字节） | 意义 |
|---|---|---|
| 1BE | 1 | 分区状态，00表示非活动分区，80表示活动分区 |
| 1BF | 1 | 分区起始磁道号 |
| 1C0-1C1 | 2 | 低六位表示分区起始扇区号，高10位为分区起始柱面号（小端） |
| 1C2 | 1 | 分区类型描述，分区的文件系统，如果值为05或0F则为扩展分区 |
| 1C3 | 1 | 结束磁道号 |
| 1C4-1C5 | 2 | 低六位表示结束扇区号，高10位表示结束柱面号 |
| 1C6-1C9 | 4 | 分区起始相对扇区数，从磁盘开始到该分区有几个扇区 |
| 1CA-1CD | 4 | 分区总扇区数 |
以本磁盘4为例，有5个分区J，K，L，M，N，用DiskGenius进行演示：
下面为磁盘4第一个扇区，即0扇区的数据的截图，其中红框为引导代码，绿色标记处为保留区，蓝色处为结束标记，黄色和未标记处为64字节的分区表，黄色标记处为分区表中第一个分区表项（也就是磁盘中的新加卷J）：值为00 02 03 00 0C 61 1B 06 80 00 00 00 00 90 01 00，依次说明
00：该分区为非活动分区
02：起始磁道号为2
03 00：小端存储，为0003，二进制为0000 0000 0000 0011，低5位为00011，起始扇区号为3，高10位为0，起始柱面号为0
0C：查表知分区的文件系统为windows 95 FAT32
61：结束磁道号为97
1B 06：与上同理，这里为结束的扇区和柱面号
80 00 00 00：为128，即在整个磁盘的第128个扇区开始为这个分区的数据
00 90 01 00：为102400，即该分区有102400个扇区
可以与软件中的显示对照查看是否正确：
但是有没有发现，分区表项中的起始柱面，磁头，扇区号（起始扇区号为3）和1C6-1CD的分区起始相对扇区数的128不对应。
其实通过起始和结束的柱面、磁头和扇区号，这种寻址方式是CHS寻址，最大只能支持8GB，不能满足需求，所以提出Logical Block Address（LBA）寻址方式，LBA就是为所有的扇区从0开始编号，访问的时候直接给出对应的扇区号就行，每一个分区表项中8~11个字节表示了起始的扇区数，12~15个字节表示分区的总扇区数，因为是32位，所以最大就能支持2TB容量的磁盘
扩展分区
上述分区表显示只能有四个分区，如果超过了4个分区，就需要将分区变为扩展分区，该分区对应一个EBR
只有分区表项的第五个字节，即分区类型描述，如果值为05或0F则为扩展分区。扩展分区表项的起始扇区地址会指向EBR（扩展引导记录）。EBR与MBR结构类似，只不过前面的引导代码为空，在它的分区表区域，描述的是扩展分区的信息，其中的每个分区表项中的扇区起始数为相对于EBR扇区数的相对数
以下为本次所用例子磁盘4的图示：
还是以这个为例说明，看他分区表区域中最后16个字节00 ED 26 08 05 FE 3F 0B 80 30 02 00 00 E0 00 00
第五个字节为05，表示他是扩展分区
第8-11为它的起始扇区数，值为143488，到该扇区，这就是EBR，看他的分区表中第一个16自己，即第一个分区表项，其相对起始扇区数为128，所以这个扩展分区的真正起始扇区数为143488+128=143616，可以通过软件给出的数据对照验证
因此可以通过这种方式，每一个分区可以通过链接的方式不断进行划分，突破4个分区的限制
GPT结构
GPT磁盘分区结构解决了MBR只能分4个主分区的的缺点
GPT组成：保护MBR，GPT头，分区表，分区区域，分区表备份，GPT头备份
以该磁盘1为例进行说明，该磁盘有两个分区
- 保护MBR：为了兼容，在第0扇区加入一个没有引导代码，只有保留区，分区表和结束标志的MBR区
- GPT头，位于第一扇区
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 00-07 | 签名，值为“EFI PART”的ASCII码 |
| 08-0B | 版本号 |
| 0C-0f | GPT头字节总数 |
| 10-13 | GPT头CRC校验和 |
| 18-1f | GPT头所在扇区号 |
| 20-27 | GPT头备份所在扇区号 |
| 28-2f | GPT分区区域起始扇区号 |
| 30-37 | GPT分区结束扇区号 |
| 38-47 | 磁盘GUID |
| 48-4f | GPT分区表起始扇区号 |
| 50-53 | 分区表项数 |
| 54-57 | 每个分区表项的字节数 |
| 58-5f | 分区表CRC校验和 |
以下为GPT头的数据
GPT头字节总数为红色划线处0C-0f，值为92，也就是图中所有有标记的共有92个字节，96-4（14-17的四个字节没有意义）
GPT头所在扇区号为绿色划线处18-1f，值为1
GPT头备份所在扇区号为绿色框处20-27 ，值为500118191
GPT分区区域起始扇区号为蓝色划线处28-2f，值为34
GPT分区表起始扇区号为蓝色框处48-4f，值为2
分区表项数为第一个灰色划线处50-53，值为128
每个分区表项的字节数为第二个灰色划线处58-5f，值为128
- 分区表，2-33号扇区，共32个扇区，每个分区表项占128字节
| 偏移 | 意义 |
|---|---|
| 00-0f | 分区类型GUID |
| 10-1f | 分区GUID |
| 20-27 | 分区起始地址 |
| 28-2f | 分区结束地址 |
| 30-37 | 分区属性 |
| 38-7f | 分区名 |
以下为分区表的数据，红框为第一个分区表项数据
分区地址在偏移420-427处，值为2048，这就是第一个分区区域的起始扇区数
- 分区区域：数据使用的分区
- GPT头备份：GPT头的一个备份
在扇区500118191（在GPT头中得知）的数据
- 分区表备份：对分区表的完整备份
所以总体来看，该磁盘的分区结构为
开机的过程
所以可以想象每次计算机打开时大概发生了什么：
当主机接通电源，会起到主板上的只读存储中保存的BIOS程序，该程序首先会检查计算机的环境状态，并读取硬盘内容
这时有两种引导方式，一种是传统BIOS+MBR
首先读取第一个扇区存放着主引导记录MBR，接着将MBR中的引导代码加载到内存中进行执行，从活动分区中（系统盘）读入操作系统执行
另一种是新型UEFI BIOS+GPT（其实也能+MBR）,会通过GPT中的信息，得到叫ESP或EFI分区（该分区文件系统是FAT）中的内容，然后读入系统进行执行
更详细的介绍：
https://www.renrendoc.com/paper/182400768.html
https://www.pianshen.com/article/2868363465/
https://daily.zhihu.com/story/8803295
https://zhuanlan.zhihu.com/p/358128807
https://www.zhihu.com/question/40831686
其它参考：
http://www.360doc.com/content/18/0526/10/51888465_757122958.shtml
关于磁盘初始化第三个阶段——文件系统见：文件系统1：FAT等文章
