GPT 架构 gpt-f

简介

GPT全称是GUID Partition Table，是硬盘分区的一种格式。

硬盘分区格式有两种，一种是MBR，另一种是GPT。

GPT是随著UEFI引入了，UEFI用来替代BIOS，而GPT用来替代MBR。

GPT相对于MBR的优势有：

1. LBA是64位的，可以寻址的硬盘地址更多，因此支持的硬盘也更大；
2. MBR只支持4个分区，而GPT支持更多的分区；
3. GPT的分区表有主备两份，比MBR更安全；
4. 可扩展性更好；
5. 有CRC32来保证数据的完整性；
6. 每一个分区有一个唯一的GUID；
7. 每一个分区有一个用GUID表示的分区类型；
8. 每一个分区有一个字符串名称来表示；

LBA0

LBA0是硬盘的第一个Block。

为了保持兼容性，GPT并没有使用第一个Block，还是将它作为MBR。

对于不支持GPT的系统，这个MBR就必须要使用，此时它就应该是一个Legacy MBR；而对于支持GPT的系统，如果不使用它，就需要把它配置成一个Protective MBR。

Legacy MBR

简单讲一下Legacy MBR，它的结构大致如下：

其中从446字节开始是MBR表示的4个分区，它的结构如下：

这里需要注意OSType的值，UEFI规范只能识别0xEF和0xEE两者值。

当值是0xEE的时候，这个MBR才是Protective MBR。

最后补上使用Legacy MBR分区的硬盘的格式：

 Protective MBR

Protective MBR就是给GPT分区使用的。

它的作用就是兼容老的MBR格式。

它的结构如下：

它跟Legacy MBR的格式差的不多。主要的差异是在Partition Record中。

这里需要设置其中的一个Partition Record，将它覆盖整个硬盘，这样Legacy MBR相应的工具也能够识别，这个Partition Record的结构如下：

而另外的3个分区都需要设置成0。

下图是GPT分区的硬盘的格式：

出现红框部分的原因是硬盘的大小可能超过Partition Record中成员SizeInLBA能够表示的长度。

GPT分区格式

GPT分区的格式在上面的图中大致已经描述出来了，下面是更详细的图：

首先，LBA0是给Protective MBR使用的。

LBA1是给主Partition Table Header使用的。

最后一个LBA是给备份的Partition Table Header使用的。

它的结构如下：

///
/// GPT Partition Table Header.
///
typedef struct {
  ///
  /// The table header for the GPT partition Table.
  /// This header contains EFI_PTAB_HEADER_ID.
  ///
  EFI_TABLE_HEADER  Header;
  ///
  /// The LBA that contains this data structure.
  ///
  EFI_LBA           MyLBA;
  ///
  /// LBA address of the alternate GUID Partition Table Header.
  ///
  EFI_LBA           AlternateLBA;
  ///
  /// The first usable logical block that may be used
  /// by a partition described by a GUID Partition Entry.
  ///
  EFI_LBA           FirstUsableLBA;
  ///
  /// The last usable logical block that may be used
  /// by a partition described by a GUID Partition Entry.
  ///
  EFI_LBA           LastUsableLBA;
  ///
  /// GUID that can be used to uniquely identify the disk.
  ///
  EFI_GUID          DiskGUID;
  ///
  /// The starting LBA of the GUID Partition Entry array.
  ///
  EFI_LBA           PartitionEntryLBA;
  ///
  /// The number of Partition Entries in the GUID Partition Entry array.
  ///
  UINT32            NumberOfPartitionEntries;
  ///
  /// The size, in bytes, of each the GUID Partition
  /// Entry structures in the GUID Partition Entry
  /// array. This field shall be set to a value of 128 x 2^n where n is
  /// an integer greater than or equal to zero (e.g., 128, 256, 512, etc.).
  ///
  UINT32            SizeOfPartitionEntry;
  ///
  /// The CRC32 of the GUID Partition Entry array.
  /// Starts at PartitionEntryLBA and is
  /// computed over a byte length of
  /// NumberOfPartitionEntries * SizeOfPartitionEntry.
  ///
  UINT32            PartitionEntryArrayCRC32;
} EFI_PARTITION_TABLE_HEADER;

其中EFI_TABLE_HEADER如下：

///
/// Data structure that precedes all of the standard EFI table types.
///
typedef struct {
  ///
  /// A 64-bit signature that identifies the type of table that follows.
  /// Unique signatures have been generated for the EFI System Table,
  /// the EFI Boot Services Table, and the EFI Runtime Services Table.
  ///
  UINT64  Signature;
  ///
  /// The revision of the EFI Specification to which this table
  /// conforms. The upper 16 bits of this field contain the major
  /// revision value, and the lower 16 bits contain the minor revision
  /// value. The minor revision values are limited to the range of 00..99.
  ///
  UINT32  Revision;
  ///
  /// The size, in bytes, of the entire table including the EFI_TABLE_HEADER.
  ///
  UINT32  HeaderSize;
  ///
  /// The 32-bit CRC for the entire table. This value is computed by
  /// setting this field to 0, and computing the 32-bit CRC for HeaderSize bytes.
  ///
  UINT32  CRC32;
  ///
  /// Reserved field that must be set to 0.
  ///
  UINT32  Reserved;
} EFI_TABLE_HEADER;

剩余的部分就是用来表示GPT分区的结构，如下所示：

关于每个结构体成员的作用在这里不一一说明了。

以上。