Linux学习笔记（一）：设备与磁盘分区
- 设备与文件名
- 磁盘分区
-
- MBR分区表格式
- GPT分区表格式
- BIOS与UEFI开机检测程序
- Linux安装模式下的磁盘分区
设备与文件名
在Linux中，设备（device）都被当成文件来对待。
| 设备 | Linux文件名 |
|---|---|
| SCSI/SATA/USB 硬盘 | /dev/sd[a-p] |
| USB快闪碟 | /dev/sd[a-p] |
| VirtI/O接口 | /dev/vd[a-p]，用于虚拟机 |
| 软盘驱动器 | /dev/fd[0-7] |
| 打印机 | /dev/lp[0-2]，用于25针打印机 /dev/usd/lb[0-15]，用于USB接口 |
| 鼠标 | /dev/input/mouse[0-15]，通用 /dev/psaux，用于PS/2接口 /dev/mouse，当前鼠标 |
| CDROM/DVDROM | /dev/scd[0-1]，通用 /dev/sr[0-1]，通用但CentOS较常见 /dev/cdrom，当前CDROM |
| 磁带 | /dev/ht0，IDE接口 /dev/st0，SATA/SCSI接口 /dev/tape，当前磁带 |
Question：如果个人PC上有两个SATA磁盘和一个USB磁盘，主板上有六个SATA插槽。两个SATA磁盘分别插在主板的SATA1和SATA5插槽上。请问这三个磁盘在Linux系统中的文件名分别是什么？
Answer：SATA1插槽上的磁盘：/dev/sda；SATA5插槽上的磁盘：/dev/sdb；USB磁盘（开机后才能被系统捕捉到）：/dev/sdc。
磁盘分区
磁盘的一个盘面可以划分为不同的扇区（sector）和磁道（track）。每个磁道包含相同数目的扇区。一个盘面包含多条磁道。每个盘面对应一个磁头（head）。磁盘不同盘面的相同半径的磁道构成了一个磁柱（cylinder）。磁柱是文件系统的最小单位，也是分区槽的最小单位。 存 储 容 量 = 磁 头 数 × 磁 道 （ 磁 柱 ） 数 × 每 道 扇 区 数 × 每 扇 区 字 节 数 存储容量 = 磁头数 \times 磁道（磁柱）数 \times 每道扇区数 \times 每扇区字节数 存储容量=磁头数×磁道（磁柱）数×每道扇区数×每扇区字节数
磁盘的分区格式主要分为MBR（Master Boot Record）和GPT（GUID Partition Table）两种。大于2TB的磁盘只能采用GPT分区格式。
MBR分区表格式
MBR分区格式兼容Windows磁盘，开机管理程序记录区和分区表都放在磁盘的第一个扇区。改扇区大小通常为512bytes，包括以下两个数据：
- 主要启动纪录区（Master Boot Record, MBR）：安装开机管理程序的地方，有446bytes；
- 分区表（partition table）：纪录整块磁盘分区的状态，有64bytes。
MBR分区表最多仅能有四组记录区，每组记录了该区段的起始与结束的磁柱号码。这四个分区被称为主要分区槽（primary partition）或者延伸分区槽（extended partition）。如果该硬盘设备的文件名为/dev/sda，MBR分区表中记录的四个分区槽的Linux文件名分别为：/dev/sda1，/dev/sda2，/dev/sda3，/dev/sda4。如果操作系统为Windows，四个分区槽的代号分别为C、D、E、F。
主要分区和延伸分区一共最多只能有四个，而且延伸分区最多只能有一个。但是可以通过延伸分区将硬盘分区成四个以上的分区。延伸分区使用额外的扇区来记录分区信息。由延伸分区继续切分出来的分区槽被称为逻辑分区槽（logical partition）。
假设一个硬盘设备被分为一个主分区和一个延伸分区，而延伸分区又被继续分为五个逻辑分区，那么这七个分区的Linux文件名分别为：/dev/sda1，/dev/sda2，/dev/sda5，/dev/sda6，/dev/sda7，/dev/sda8，/dev/sda9。逻辑分区的编号从5开始，因为编号1、2、3、4被保留给了主分区和延伸分区。
最后，延伸分区无法格式化，但是主分区和逻辑分区可以被格式化。
GPT分区表格式
GPT使用逻辑区块地址（Logical Block Address, LBA）来处理扇区的定义，以兼容所有磁盘。每个LBA大小预设为512bytes。GPT使用了34个LBA区块（LBA0至LBA33）记录分区信息。
其中：
- LBA0为MBR相容区块，包含了446bytes的开机管理程序和一个GPT分区格式标志；
- LBA1为GPT表头记录，记录了分区表本身的位置和大小、备份用的GPT分区位置（最后34个LBA区块）、分区表的检验机制码（用于判断GPT是否正确、是否需要从备份区块位置恢复）；
- LBA2-33为实际纪录分区信息处。每个LBA都可以记录4笔分区信息，总共可以有128笔分区记录。每笔纪录用到128bytes空间，其中64bits用来记录开始/结束的扇区号码。对于单一分区槽而言，其最大容量限制为 2 64 × 512 b y t e s = 2 63 K B = 2 33 T B 2^{64}\times512bytes = 2^{63}KB = 2^{33}TB 264×512bytes=263KB=233TB。
BIOS与UEFI开机检测程序
主机系统在加载硬件驱动方面的程序主要包括BIOS（Basic Input Output System）和UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，统一可扩展固件接口）两种机制。
BIOS搭配MBR/GPT的开机流程
BIOS是写入到主板上的一个固件（Firmware）。BIOS会依照设定去识别第一个可开机的存储设备，比如硬盘，然后到该硬盘里读取第一个扇区的MBR位置。MBR内含的开机管理程序（boot loader）能够读取核心文件，从而使得操作系统开始工作。BIOS也能从GPT分区的LBA0区块读取开机管理程序。
开机管理程序除了可以安装到MBR以外，也可以安装到每个分区槽的启动扇区（boot sector），从而实现多重引导。如果要安装多重引导，最好先安装Windows再安装Linux，因为Windows的安装程序会主动覆盖MBR以及自己所在分区槽的启动扇区。
UEFI搭配GPT的开机流程
BIOS要通过GPT提供兼容模式才能读取磁盘设备。UEFI由C语言开发而成，意在取代BIOS，其本质类似一个低阶的操作系统。
Linux安装模式下的磁盘分区
文件系统与目录树的关系：挂载
挂载就是把一个目录当成进入点，将磁盘分区槽的数据放置在该目录下。也就是说，进入该目录就可以读取该分区槽。进入点的目录称为挂载点。
References:
[1] 关于磁盘，磁柱，磁头，扇区等
[2] 硬盘基本知识（磁道、扇区、柱面、磁头数、簇、MBR、DBR）
