Linux固件开发 | 几分钟看透GPT分区

Posted 2022-03-09 Neutionwei

一、GPT分区结构图

二、保护MBR

保护MBR包含一个DOS分区表(LBA0)，只包含一个类型值为0xEE的分区项，在小于2TB的磁盘上，大小为整个磁盘；在更大的磁盘上，它的大小固定为2TB。它的作用是阻止不能识别GPT分区的磁盘工具试图对其进行分区或格式化等操作，所以该扇区被称为“保护MBR”。实际上，EFI根本不使用这个分区表。

三、EFI部分

EFI部分又可以分为4个区域：EFI信息区(GPT头)、分区表、GPT分区、备份区域。

3.1 EFI信息区(GPT头)

起始于磁盘的LBA1，通常也只占用这个单一扇区。其作用是定义分区表的位置和大小。GPT头还包含头和分区表的校验和，这样就可以及时发现错误。

3.2 分区表

分区表区域包含分区表项。这个区域由GPT头定义，一般占用磁盘LBA2～LBA33扇区。分区表中的每个分区项由起始地址、结束地址、类型值、名字、属性标志、GUID值组成。分区表建立后，128位的GUID对系统来说是唯一的。

3.3 GPT分区

最大的区域，由分配给分区的扇区组成。这个区域的起始和结束地址由GPT分区表定义。

3.4 备份区

备份区域位于磁盘的尾部，包含GPT头和分区表的备份。它占用GPT结束扇区和EFI结束扇区之间的33个扇区。其中最后一个扇区用来备份1号扇区的EFI信息，其余的32个扇区用来备份LBA2～LBA33扇区的分区表。

四、EFI信息区数据结构

EFI信息区位于磁盘的1号扇区(LBA1)，也称为GPT头。其具体结构如下表所示：

相对字节偏移量(十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～07	8	GPT头签名“45 46 49 20 50 41 52 54”(ASCII码为“EFI PART”)
08～0B	4	版本号，目前是1.0版，其值是“00 00 01 00”
0C～0F	4	GPT头的大小(字节数)，通常为“5C 00 00 00”(0x5C)，也就是92字节。
10～13	4	GPT头CRC校验和(计算时把这个字段本身看做零值)
14～17	4	保留，必须为“00 00 00 00”
18～1F	8	EFI信息区(GPT头)的起始扇区号，通常为“01 00 00 00 00 00 00 00”，也就是LBA1。
20～27	8	EFI信息区(GPT头)备份位置的扇区号，也就是EFI区域结束扇区号。通常是整个磁盘最末一个扇区。
28～2F	8	GPT分区区域的起始扇区号，通常为“22 00 00 00 00 00 00 00”(0x22)，也即是LBA34。
30～37	8	GPT分区区域的结束扇区号，通常是倒数第34扇区。
38～47	16	磁盘GUID(全球唯一标识符,与UUID是同义词)
48～4F	8	分区表起始扇区号，通常为“02 00 00 00 00 00 00 00”(0x02)，也就是LBA2。
50～53	4	分区表总项数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128个。
54～57	4	每个分区表项占用字节数，通常限定为“80 00 00 00”(0x80)，也就是128字节。
58～5B	4	分区表CRC校验和
5C～*	*	保留，通常是全零填充

摘自u-boot/include/part_efi.h的结构体：

五、分区表项

分区表项结构如下：

相对字节偏移量(十六进制)	字节数	说明[整数皆以little endian方式表示]
00～0F	16	用GUID表示的分区类型
10～1F	16	用GUID表示的分区唯一标示符
20～27	8	该分区的起始扇区，用LBA值表示。
28～2F	8	该分区的结束扇区(包含)，用LBA值表示，通常是奇数。
30～37	8	该分区的属性标志
38～7F	72	UTF-16LE编码的人类可读的分区名称，最大32个字符。

注意，扇区尺寸不能假定为512字节，也就是说，一个扇区内可能存放4个以上的分区项，也可能只存放1个分区项的一部分。也就是说，除了头两个扇区(LBA 0 和 LBA 1)之外，GPT规范仅定义了数据结构的尺寸，而不关心使用多少个扇区进行存储。

摘自u-boot/include/part_efi.h的_gpt_entry结构体：

分区类型如下：

相关操作系统	GUID[little endian]	含义
None	00000000-0000-0000-0000-000000000000	未使用
None	024DEE41-33E7-11D3-9D69-0008C781F39F	MBR分区表
None	C12A7328-F81F-11D2-BA4B-00A0C93EC93B	EFI系统分区[EFI System partition (ESP)]，必须是VFAT格式
None	BC13C2FF-59E6-4262-A352-B275FD6F7172	扩展boot分区，必须是VFAT格式
None	21686148-6449-6E6F-744E-656564454649	Bios引导分区，其对应的ASCII字符串是"Hah!IdontNeedEFI"。
None	D3BFE2DE-3DAF-11DF-BA40-E3A556D89593	Intel Fast Flash (iFFS) partition (for Intel Rapid Start technology)
Windows	E3C9E316-0B5C-4DB8-817D-F92DF00215AE	微软保留分区
Windows	EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7	基本数据分区
Windows	DE94BBA4-06D1-4D40-A16A-BFD50179D6AC	Windows恢复环境
Linux	0FC63DAF-8483-4772-8E79-3D69D8477DE4	数据分区。Linux曾经使用和Windows基本数据分区相同的GUID。这个新的GUID是由GPT fdisk和 GNU Parted开发者根据Linux传统的"8300"分区代码发明的。
Linux	44479540-F297-41B2-9AF7-D131D5F0458A	x86根分区 (/)。这是systemd的发明，可用于无fstab时的自动挂载
Linux	4F68BCE3-E8CD-4DB1-96E7-FBCAF984B709	x86-64根分区 (/)。这是systemd的发明，可用于无fstab时的自动挂载
Linux	69DAD710-2CE4-4E3C-B16C-21A1D49ABED3	ARM32根分区 (/)。这是systemd的发明，可用于无fstab时的自动挂载
Linux	B921B045-1DF0-41C3-AF44-4C6F280D3FAE	AArch64根分区 (/)。这是systemd的发明，可用于无fstab时的自动挂载
Linux	3B8F8425-20E0-4F3B-907F-1A25A76F98E8	服务器数据分区(/srv)。这是systemd的发明，可用于无fstab时的自动挂载
Linux	933AC7E1-2EB4-4F13-B844-0E14E2AEF915	HOME分区 (/home)。这是systemd的发明，可用于无fstab时的自动挂载
Linux	0657FD6D-A4AB-43C4-84E5-0933C84B4F4F	交换分区(swap)。不是systemd的发明，但同样可用于无fstab时的自动挂载
Linux	A19D880F-05FC-4D3B-A006-743F0F84911E	RAID分区
Linux	E6D6D379-F507-44C2-A23C-238F2A3DF928	逻辑卷管理器(LVM)分区
Linux	8DA63339-0007-60C0-C436-083AC8230908	保留

摘自u-boot/include/part_efi.h的_gpt_entry结构体：
摘自u-boot/include/efi.h的efi_guid_t结构体：

Microsoft还进一步对分区的属性进行了细分：低位4字节表示与分区类型无关的属性，高位4字节表示与分区类型有关的属性。Microsoft目前使用了下列属性：

分区属性如下：

Bit	解释
0	系统分区(磁盘分区工具必须将此分区保持原样，不得做任何修改)
1	EFI隐藏分区(EFI不可见分区)
2	传统的BIOS的可引导分区标志
60	只读
62	隐藏
63	不自动挂载，也就是不自动分配盘符

摘自u-boot/include/part_efi.h的_gpt_entry结构体：

摘自u-boot/include/part_efi.h的gpt_entry_attributes联合体：