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磁盤分區詳解

全新硬盤裝系統之前,必須對其進行分區,硬盤分區初始化的格式主要有兩種:傳統的 MBR( Master Boot Record ,即主引導記錄) 和新的 GPT( GUID Partition Table )。後者功能更強大,解決了 MBR 的許多限制。

MBR 早在 1983 年 IBM PC DOS 2.0 中就已經提出。之所以叫“主引導記錄”,是因為它位於驅動器開始部分的主引導扇區,是硬盤的第壹扇區。它由三個部分組成: Boot loader、硬盤分區表 DPT 和結束標誌字

上面所說的分區為 主分區(primary partition) 壹個磁盤或者 RAID 卷上只能有 4 個可啟動的主分區 。如果 MBR 分區方案需要使用 4 個以上的分區,那就需 將至少壹個主分區作為擴展分區(extend partition),然後在該擴展分區上面建立若幹個邏輯分區(logic partition) 。擴展分區可以被看作是容納邏輯分區的容器。 硬盤上最多只能有 1 個擴展分區(操作系統的限制)且其本身不能格式化,必須劃分邏輯分區後才能使用,但擴展分區中的邏輯分區沒有數量限制 。擴展分區也被看作是壹個主分區,因此,在存在擴展分區的情況下最多只能再建 3 個主分區(3 個主分區加 1 個可包含多個邏輯分區的擴展分區)。

擴展分區中邏輯驅動器的引導記錄是鏈式的。每壹個邏輯分區都有壹個和 MBR 結構類似的擴展引導記錄(EBR),其分區表的第壹項指向該邏輯分區本身的引導扇區,第二項指向下壹個邏輯驅動器的 EBR,分區表第三、第四項沒有用到。

BIOS (Basic Input Output System)即 基本輸入輸出系統 ,它是個人電腦啟動時加載的第壹個軟件。其實,它是壹個存儲在計算機內主板 BOIS 芯片上的程序,它保存著計算機最重要的基本輸入輸出的程序、加電自檢程序(Power On Self Test,簡稱 POST 自檢)和系統啟動程序等。

壹般在計算機啟動時按 F2 或者 Delete 即可進入 BIOS 程序進行設置(壹些特殊機型按 F1、Esc、F12 等進行設置)。 其主要功能是為計算機提供最底層的、最直接的硬件設置和控制。

UEFI 的全稱是 Unified Extensible Firmware Interface ,意即 統壹可擴展固件接口 ,它是基於 EFI 1.10 標準為基礎發展而來,值得註意的是在 UEFI 正式確立之前,Intel 就開始積極推進傳統 BIOS 的升級方案,並最終確立了過渡方案 EFI 標準,直到 2007 年 Intel 將 EFI 標準的改進與完善工作交給 Unified EFI Form 進行全權負責,EFI 標準則正式更名為 UEFI。UEFI 其實和 BIOS 是同壹類程序,是隨著硬件發展而出現的 BIOS 升級版,被看做是有近20多年歷史的傳統的(Legacy)BIOS 的繼任者。UEFI 壹般就是指 UEFI BIOS 環境,而和 UEFI 比較時的所說的 BOIS 則是指傳統的 BIOS 環境。

相比 BIOS,UEFI 的壹些優點在於:

相比傳統的 BIOS,UEFI 還提供了文件系統的支持,它 能夠直接讀取 FAT、FAT32 分區中的文件 ,例如華碩、華擎等主板在 UEFI 環境下更新 BIOS 就 可以直接讀取 U 盤中的 BIOS 及其他文件 ,另外 新的 UEFI 主板基本都提供了截屏功能,這些截屏圖片都可以存儲在U盤當中

UEFI 還有壹個重要特性就是在 UEFI 下運行應用程序,這類程序文件通常以 efi 結尾。利用 UEFI 可以直接識別 FAT 分區中的文件,又可直接在其中運行應用程序 。我們就可以將 Windows 安裝程序做成 efi 類型應用程序,然後把它放到任意FAT 分區中直接運行即可。

當然由於 UEFI 主要由高級語言編寫(C語言),相比於傳統 BIOS 的匯編語言,UEFI BIOS 在安全防護性方面相比傳統 BIOS 要弱,比較容易遭到病毒的攻擊,安全性有待進壹步提升。不過在圖形化界面、應用程序擴展面前,UEFI BIOS 還是非常成功的。

現在,多數主板為了兼容 MBR 分區表,壹般會提供 Legacy BIOS 和 UEFI BIOS 啟動模式選項,如果要使用 UEFI 模式安裝操作系統,就必須開啟 UEFI 模式。UEFI 模式可切換回 BIOS 模式,而僅有 BIOS 模式時無法切換為 UEFI 模式。

目前 64bit Windows Vista、7、8、8.1、10 都已經支持 GPT 分區表,而 Windows 8、8.1、10 都已經原生支持 UEFI,安裝這些系統的時候:只要硬盤設置為 GPT 分區表 主板設置為 UEFI 啟動後,就可以直接開始安裝操作系統了。自 Win8 發布以來,新出廠的預裝 Win8/Win8.1 的電腦都默認在 UEFI 式下啟動操作系統。

而對於 Windows Vista、7 系統,就需要手動添加 UEFI 支持,我們可以找壹份 Windows 8 或者 10 安裝鏡像,從安裝文件中提取 Bootmgfw.efi 文件,重命名為 BOOTX64.EFI,拷貝到 Win7 安裝文件的 \EFI\Boot\ 下,如果沒有 BOOT 文件夾就新建壹個。

GPT 的全稱是 Globally Unique Identifier Partition Table,意即 GUID 分區表 。UEFI BOIS 將逐漸取代 Legacy BOIS ,而 GPT 也將逐漸取代 MBR。UEFI 和 GPT 是相輔相成的,二者缺壹不可,要想使用 GPT 分區表則必須是 UEFI BIOS 環境。

與支持最大 2T 磁盤和 RAID 卷且至多有 4 個主分區的 MBR 分區表相比, GPT 分區表 能支持最大 18 EB(Exabytes)磁盤和 RAID 卷。並且磁盤和 RAID 卷的分區數沒有上限,只受到操作系統限制(由於分區表本身需要占用壹定空間,最初規劃硬盤分區時,留給分區表的空間決定了最多可以有多少個分區)。比如,在 Windows 系統上,由於系統的限制 GPT 最多只能支持 128個 磁盤分區,基本可以滿足所有用戶的存儲需求。在每壹個分區上,這個標識符是壹個隨機生成的字符串,可以保證為地球上的每壹個 GPT 分區都分配完全唯壹的標識符。

在安全性方面,GPT 分區表也進行了全方位改進。在早期的 MBR 磁盤上,分區和啟動信息是保存在壹起的。如果這部分數據被覆蓋或破壞,事情就麻煩了。相對的,GPT 在整個磁盤上保存多個這部分信息的副本,因此它更為健壯,並可以恢復被破壞的這部分信息。GPT 還為這些信息保存了循環冗余校驗碼(CRC)以保證其完整性和正確性——如果數據被破壞,GPT 會發覺這些破壞,並從磁盤上的其他地方進行恢復。

GPT 相對於誕生於 MS-DOS 時代的 MBR 而言,有許多優點。在做出選擇前,需要考慮如下內容:

以下為主流操作系統對 GPT 的支持情況列表。

更詳細的支持列表可參考 維基百科 。

對於新平臺用戶(Intel 6 系以後 /AMD 900 系列以後和 A 系列)來說,都強烈推薦使用 GPT 分區表格式。目前包括 Win Vista、Win7、Win8、Win8.1、Win10 已經都支持讀取和使用 GPT 分區表。而對於使用 Win8、Win8.1、Win10 的用戶,換用 GPT 後開機啟動速度也可以進壹步得到顯著提升。

由於現在剛出的新電腦基本都是 UEFI + GPT 的,如果要更換系統就必須按照 GPT 分區格式 + UEFI 引導的方式去安裝。但如果想使用以前的 MBR 方式去安裝(比如安裝 Ghost 系統)那就只能將轉換硬盤的分區格式轉換為 MBR 、修改系統引導方式為 Legacy、重新分區再安裝。

如果在分區格式為 MBR 的硬盤上安裝較新的 Windows 系統時忘了把之前 MBR 分區格式改為 GPT,然後在選擇 Windows 安裝位置時不能繼續 ,如下圖所示。

這個時候就需要將硬盤分區格式修改為 GPT,修改系統引導方式為 UEFI、重新分區再安裝。

方法壹

如果妳知曉 GPT 與 UEFI 啟動之間的關系,那麽妳可能知道,Windows 想要從 GPT 硬盤引導,就必須以 UEFI 方式啟動(反之則不成立)。在 磁盤管理 (桌面右鍵計算機快捷方式——>管理——>磁盤管理)中選擇壹塊磁盤,在其上面右鍵,點擊“屬性”菜單項,然後選擇“卷”標簽頁,即可看壹下分區類型,如果是 GPT,那麽電腦肯定就是 UEFI 啟動了。

方法二

該方法適用於 Win 8 及更高版本的 Windows 系統。按 Win+R 打開運行,輸入 msinfo32,回車查看系統信息。在 BIOS 模式中如果顯示“傳統”,表示系統啟動方式為 Legacy BIOS;如果為 UEFI,則顯示 UEFI。

方法壹

可以通過查看是否存在 /sys/firmware/efi 目錄就可以判斷出是否為 UEFI 引導方式。

方法二

也可以通過安裝 efibootmgr 程序,然後執行 sudo efibootmgr 命令即可查看 Linux 系統是否支持 UEFI 引導方式。

下面介紹壹種適用於任何操作系統的查看即修改方法。

在系統開始加載前按下熱鍵(壹般為 Del、F2 等)進入 BIOS。壹般該功能壹般位於 Boot 相關的菜單下,不同主板的電腦操作方式大同小異。如下圖所示,可以查看當前的引導方法,也可以修改引導方式。

分區的容量和數量根據硬盤數量、容量、類型和使用習慣而定。分區容量小了、數量多了會導致各分區之間轉移文件很麻煩,分區容量大了、數量少了會增加文件丟失的風險(比如經常直接斷電而非正常關機或其他原因導致的硬盤故障),單個分區損壞則該分區中所有文件丟失。

如果妳的硬盤夠大、夠多,比如容量為 1 TB,甚至有多個 1TB 硬盤,那麽可以將 Windows 系統所在分區設置為 100 GB,剩下的空間可以按軟件安裝、媒體存儲、文檔辦公、文件備份等用途來分出合適容量、數量的分區。如果使用 128 GB 或 256 GB 的 SSD + HDD 組合的模式,那麽可以將整個 SSD 分為壹個分區,將 Windows 和應用軟件都安裝在整個 SSD 的分區上以便加快開機和應用軟件的啟動速度。

如果 Windows 系統使用 MBR 分區格式,壹般都是只劃分壹個主分區給系統,剩余的部分全部劃入擴展分區。

這種的方法不需要任何第三方工具,屬於最基本方法。好處就在於操作簡便直觀,缺點在於命令不好記,整個硬盤需要全部格式,數據無法保留 。所以,在操作之前,務必對於硬盤上的重要數據提前備份到其他存儲設備上。

實際上只有遵循 UEFI 規範的主板才能按照 efi/boot/bootx64.efi 路徑啟動 Windows 安裝程序,大多數主板都是遵循這壹規範的。如果不遵循這壹規範,那麽妳需要手動選擇從該文件啟動,或者需要在 UEFI Shell 中以命令的方式啟動 bootx64.efi。

這款工具很多資深用戶並不陌生,常見於某些國產改版 PE 系統中,當然這些系統中還有其他強大的硬盤操作工具。關於該軟件的全部功能用法可以參考 其官網幫助信息 。

如果是為 SSD 新建分區,要勾選 “對齊到下列扇區數的整數倍”,並在 “扇區數” 下拉菜單中選擇 “4096”(如上圖),以便滿足所謂的 “4K 對齊” 條件,這有利於充分發揮 SSD 的性能優勢( 原版系統盤安裝程序分區時會自動設置 “4K 對齊” ,無需手動設置)。可以通過 DiskGenius 的“工具”菜單中的“分區4K扇區對齊監測”菜單項查看 SSD 是否已經 4K 對齊(最後壹列顯示為“Y”表示已對齊)。

這種分區表和 GPT 比起來在分區方式上有壹定差異,下面具體說明壹下:

安裝 Windows 和 Linux 雙系統時,後安裝的引導加載程序可能會覆蓋之前系統的引導加載程序,這就會導致之前安裝的系統的無法被加載。CentOS 7(最近的 Ubuntu) 使用 GRUB2 作為引導加載程序。該引導加載程序是計算機啟動後首先運行的程序,負責操作系統的加載及傳輸控制。GRUB2 可以兼容所有操作系統,同時還可以在不支持的操作系統中使用鏈式載入將控制權轉給其他操作系統。如果先安裝 Windows 再安裝使用 GRUB2 引導的 Linux,將會使用 GRUB2 引導雙系統。而如果先安裝 Linux 再安裝 Windows,除了 Win10 可以識別出 Linux 系統的引導程序外,其他版本的 Windows 系統都會覆蓋已安裝 Linux 系統的引導程序,這種情況下可以在 Windows 下使用 EasyBCD 軟件在修改引導加載程序。

壹開始,妳必須在存儲設備上創建分區來容納文件系統。分區可以是整個硬盤,也可以是部分硬盤,以容納虛擬目錄的壹部分。在 Linux 系統中,硬盤分區常見的名稱格式如下:

中括號中的字母表示驅動器的檢測順序,第壹個驅動器是a,第二個驅動器是b,以此類推。n 表示分區號,在 MBR 分區的硬盤中,1-4 是主分區(或者擴展分區),邏輯分區號只能從分區號 5 開始,習慣上創建主分區 sda1 到 sda3(最多也只能創建三個主分區),然後建立壹個擴展分區 sda4(創建三個主分區之後默認只能創建擴展分區),後續創建的分區 sda5,sda6 等只能為邏輯分區,默認會被包含在 sda4 擴展分區中。

在安裝 CentOS 7 時,選擇“Install CentOS 7”,然後按下“Tab”,在屏幕下方的“quiet”後面輸入壹個空格加“inst.gpt”來使用 GPT 分區。否則,默認選擇的 MBR 分區。

fdisk 工具用來在存儲設備上的創建 MBR 分區。它是個交互式程序,允許輸入命令來逐步完成硬盤分區操作。 該命令的用法如下:

可用的選項如下:

可以使用 -l 選項而不指定設備名來查看當前所有磁盤分區及映射的邏輯卷。也可以指定設備名稱來查看指定磁盤的分區列表。

可以在 VMware 中虛擬機關機之後“編輯虛擬機設置”,點擊“硬盤”,然後選擇“擴展”可以將原有硬盤擴容,還可以選擇“添加”來添加新的硬盤。下面我們演示了將虛擬機原有硬盤擴容了 20 GB 左右,同時又添加了壹塊容量為 20 GB 左右的新硬盤。

從上面的執行結果可以看出,在擴容原有硬盤和新增硬盤之後,原有的 /dev/sda 容量增加了,同時新增了壹個 /dev/sdb 的未分區的新磁盤。

使用 fdisk 命令後直接指定要分區的存儲設備的設備名(需要使用超級用戶)就可以進入 fdisk 工具的交互式操作模式了。下面展示了該命令在 CentOS 發行版中的使用情景。如果這是妳第壹次給該存儲設備分區, fdisk 會提示妳設備上沒有可識別的分區表。

根據提示,輸入 m 命令可以查看可用的交互式命令

各命令解釋如下:

實際上在日常工作中用到的只有幾個基本命令。 可以用 p 命令將壹個存儲設備的詳細信息顯示出來。

輸出顯示這個存儲設備有約 21.5 GB 的空間。存儲設備明細的列表列出這個設備所有分區。這個例子中的輸出中沒有顯示任何分區,所以設備還未分區。 下壹步,可以使用 n 命令在該存儲設備上根據提示創建新的分區。使用 n 命令需要先指定創建的分區類型(p 表示主分區,e 表示擴展分區),然後指定分區號,最後分別指定分區的起始柱面和結束柱面(也可以根據提示指定增加的柱面數或增加的容量大小來代替)。

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