电子数据存储相关（二）应知必懂的两种磁盘分区类型：MBR 和 GPT 随着存储技术的升级发展，现在电脑硬盘从硬件上总体分成了两大阵营：悠久历史的机械硬盘和将日益成为主流的未来新贵——固态硬盘。 机械硬盘的特点是 容量大、价格便宜，但读写访问速度相对较慢。反之，固态硬盘的特点是 读写速度性能比较快，但是价格相对较贵、容量较小。 这种速度的区别尤其明显体现在做为系统盘，开机启动的速度上，机械硬盘启动一般需要几十秒，固态硬盘启动一般只需要几秒或者十几秒。平常使用进行少量的读写差异可能还不太明显，但是当进行大量文件数据的复制、移动或压缩等处理的时候，所需的时间差异就很明显。 关于固态硬件和机械硬盘的更多知识，我在后面文章《 谈谈机械硬盘HDD与固态硬盘SSD 》进行介绍，本文主题是硬盘操作和使用必须了解的 MBR 和 GPT 两种硬盘分区类型。 分区表就是保存硬盘中的磁盘分区等信息的数据表，为什么硬盘分区有两种类型呢，故意把问题复杂化吗？ 其实这是硬盘技术发展的历史原因造成的，目前使用的机械硬盘技术主要来自1973年IBM研制出的温氏盘，它的容量现在看来小的令人咋舌，只有区区100M，但在当年这已经很大了。 后来机械硬盘的技术不断革新，容量越来越大，速度越来越快，但基本的原理和结构并没有发生本质的变化，这种局面一直到固态硬盘的诞生。 由于机械硬盘将存储数据保存在硬盘内部多个圆形的盘片上，所以硬盘的数据也是通过由外到内的同心圆环进行存储的，每个圆环叫做磁道，磁道又分为多个扇区，多个磁道组成柱面。关于扇区、磁道、柱面的更详细知识，通常普通用户涉及到的场所不多，这里就不细讲了，如果有需要，网上相关介绍很多，有兴趣的可以自己研究。 硬盘的发展过程中由于寻址方式等原因，制定相关技术规范的时候没预料到硬盘技术的飞速突破发展，给自身设置了很多限制，后来又不断修改相关技术规范以突破限制同时又设置了新的限制，这种限制类似人们熟知的IPV4造成的可分配地址不足，以及由于时间格式造成的Y2K千年虫问题。硬盘容量方面的限制与突破节点包括 528M、2.1G、4.2G、8.4G、137G、2048G 等。总之，硬盘技术的发展史充分彰显了技术人员不断制造困难然后不断的克服困难的勇气、决心和无穷乐趣，不是有句话叫“最难的，是战胜自己”吗？ 先介绍MBR，MBR是 Master Boot Record（主分区引导记录），这种规范将硬盘引导启动程序和磁盘分区信息保存在大小512字节的0磁道主引导扇区中，所以如果0磁道损坏，就会造成 MBR 信息丢失，从而硬盘所有分区无法正常识别，对硬盘的损坏是非常严重的。
图1 MBR的分区表只能保存4个分区信息，因此MBR的硬盘只能划分为4个分区，有人可能会提出疑问：我的电脑是MBR硬盘，为什么分区的数量超过四个呢？ 这是因为MBR分区表中虽然只能支持4个主分区，但是可以将其中应该为主分区的位置设置为扩展分区，每个扩展分区可以划分为多个逻辑分区，这些逻辑分区的信息保存在MBR以外的扇区中，而Windows的文件管理中是不区分主分区还是逻辑分区的，因此看起来所有分区数量多于4个，实际上主分区和扩展分区的总数仍然不超过4个。 以上所说的磁盘类型是指使用多年的基本磁盘，为了破除基本磁盘分区的限制，并提供更强大磁盘管理功能，Windows将磁盘的类型升级为动态磁盘，并将分区改名为卷。关于基本磁盘与动态磁盘的区别和使用超出本文内容，在以后再介绍。 为了破除只有512个字节的MBR分区表的许多限制，技术人员对硬盘分区表的标准进行了升级，提出了新的 GUID Partition Table（全局唯一标识磁盘分区表），简称 GPT 分区表，其中 GUID 是 Globally Unique Identifier（全局唯一标识符）的缩写，这是一种由算法生成的长度为128位的数字标识符。 但是由于 GPT 改变了硬盘的分区表格式，影响了电脑的初始启动过程，传统BIOS启动过程无法识别这种GPT硬盘的分区因此无法启动，采用最早由 Intel 提出的新的UEFI启动方式才能从 GPT 启动，关于BIOS和UEFI的介绍也超出本文内容范围，留待以后再谈。
图2 请注意本文中的两图看似有些相似，但其含义有本质的不同：A. 图1仅为MBR分区表的结构；图2所示是整个GPT硬盘的结构。B. 图1标注以字节为单位，整图为一个512字节的扇区；图2以扇区为单位，整图为一块容量不定的硬盘。 图2中GPT硬盘由以下部分组成，各部分的功能如下：1. 保护MBR：保护MBR位于GPT磁盘的第一扇区，也就是0扇区，此扇区主要用来保护GPT磁盘不受以前的MBR磁盘工具的危害，这些工具通过解释保护性MBR，可将GPT磁盘看成一个封装的（可能无法识别的）分区，而不是错误地当成一个未分区的磁盘，从而避免意外删除分区的危险。2. GPT头：GPT头位于GPT磁盘的第二个扇区，也就是1号扇区，该扇区是在创建GPT磁盘时生成，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，以便于及时发现分区错误。3. 分区表：分区表位于GPT磁盘的2~33号扇区，共占用32个扇区，能够容纳128个分区表项所以GPT磁盘允许最多创建128个分区。每个分区表项为128字节，记录着分区的起始和结束地址，分区类型GUID，分区名字，分区属性和分区GUID。4. 分区区域：GPT分区区域就是用户使用的分区，也是用户进行数据存储的区域。分区区域的起始地址和结束地址由GPT分区表定义。对于Windows系统，该区域除了用户可见的数据分区，还包括 保存系统启动相关信息的EFI系统隐藏分区（ESP）和微软保留分区（MSR）。5. 分区表备份：分区区域结束后就是分区表备份，分区表备份是对分区表32个扇区的完整备份。如果分区表被破坏，系统会自动读取分区表备份，也能够保证正常识别分区。6. GPT头备份：GPT头有一个备份，放在GPT磁盘的最后一个扇区，但这个GPT头备份并不是GPT头的简单复制，它们的结构虽然一样，但其中的参数却有一些区别。 以上知识，很多人可能觉得有点专业，那么了解以上知识对于普通用户有什么用处呢？其实，通过以上介绍让读者认识MBR和GPT硬盘的结构原理，可以便于理解二者的差异，从而选择合适的硬盘分区类型。通过以上介绍，可以容易理解MBR和GPT硬盘的差异主要有如下几点： 1. 支持的磁盘最大容量不同GPT最大支持18EB的大容量（EB=1024 PB，PB=1024 TB）；MBR最大只支持2TB，容量超过2TB的硬盘如果采用MBR只能访问其中的2TB（也就是本文前面提到的 2048G 限制）。 2. 支持的主分区数量不同GPT不存在扩展分区和逻辑分区，所有分区都是主分区，GPT支持最多128个GPT分区；MBR硬盘最多只能分为4个主分区，如果超过4个就需要采用逻辑分区。 3. 启动引导方式不同MBR磁盘可以在使用BIOS的电脑上引导启动硬盘上安装的操作系统，也可以在使用UEFI的电脑上采用 Legacy 方式启动系统（这是UEFI为了兼容以前的MBR磁盘使用的一种引导方式）。GPT只能在UEFI的电脑上引导启动硬盘的系统。 4. 支持的操作系统不同（在此仅介绍Windows系统，略过 Linux系统 和 苹果系统的情况）要使用GPT硬盘安装Win系统并UEFI启动，原则上需要电脑使用 64 位CPU并安装 Win7或更新版本的64位Win系统；MBR硬盘配合BIOS（或Legacy）启动可支持所有32位以及64位CPU，可安装所有Win10以前的系统，微软新发布的Win11系统官方的硬件要求必须使用GPT硬盘，但若要将Win11系统安装到MBR硬盘上其实也可以，有破除微软官方限制的方法。 5. GPT更安全可靠GPT磁盘具有冗余的GPT头备份和分区表备份，具有复制和循环冗余校验保护机制；另外，GPT磁盘将系统相关的重要数据存放于分区中。 总之，根据以上原则和差异，读者可以根据自己电脑的配置和需求选择合适的分区类型。简单总结一句话：使用BIOS启动的旧电脑采用MBR分区，采用UEFI的新电脑并安装64位Win7以后的系统尽量采用GPT分区，超过2TB的硬盘应该采用GPT分区。 具体如何操作呢？新买的硬盘在安装到电脑上使用前先要选择初始化为 GPT 还是 MBR。新硬盘安装后，在Windows自带的磁盘管理中，弹出 初始化磁盘 如下图3所示，也可以使用专门的磁盘工具，如 Diskgenius 或者 傲梅分区助手 等将硬盘初始化为所需要的 GPT 或者 MBR 分区类型。
图3
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