Linux学习笔记6——主机规划与磁盘分区：硬件文件名、分区、开机流程、多重开机

冷不防 2022-05-09 08:48 173阅读 0赞

# 一、Linux与硬件搭配 #

游戏机/工作机的考虑

“要用来打Game的“游戏机计算机” 所需要的配备一定比办公室用的“工作机计算机”配备更高档”，为什么呢？ 因为现在一般的三维（3D）计算机游戏所需要的3D光影运算太多了，所以显卡与CPU资源都会被耗用的非常多！

“性能/价格”比与“性能/消耗的瓦数”比的考虑

比较喜欢购买主流级的产品而非最高档的。因为我们最好能够考虑到性能/价格比。 如果高一级的产品让你的花费多一倍，但是新增加的性能却只有10%而已，那这个性能/价格的比值太低，不建议啦！

支持度的考虑

并非所有的产品都会支持特定的操作系统，这牵涉到硬件开发商是否有意愿提供适当的驱动程序之故。

事实上在Linux服务器中，内存的重要性比CPU还要高的多！因为如果内存不够大， 就会使用到硬盘的内存交换空间（swap）。 而由计算机概论的内容我们知道硬盘比内存的速度要慢的多， 所以内存太小可能会影响到整体系统的性能的！

磁盘阵列（RAID）是利用硬件技术将数个硬盘整合成为一个大硬盘的方法，操作系统只会看到最后被整合起来的大硬盘。 由于磁盘阵列是由多个硬盘组成，所以可以达成速度性能、备份等任务。

Network Interface Card 网卡是服务器上面最重要的元件之一了！目前的主板大多拥有内置10/100/1000Mbps的超高速以太网卡。 但要注意的是，不同的网卡的功能还是有点差异。

几个常用的硬件与Linux distributions搭配的网站，建议大家想要了解你的主机支不支持该版Linux时， 务必到相关的网站去搜寻一下喔！

Red Hat的硬件支持：https://hardware.redhat.com/?pagename=hcl  
Open SuSE的硬件支持：http://en.opensuse.org/Hardware?LANG=en\_UK  
Linux对笔记本电脑的支持：http://www.linux-laptop.net/  
Linux对打印机的支持：http://www.openprinting.org/  
Linux硬件支持的中文  
HowTo：http://www.linux.org.tw/CLDP/HOWTO/hardware.html\#hardware

“在Linux系统中，每个设备都被当成一个文件来对待” 举例来说，SATA接口的硬盘的文件名称即为/dev/sd\[a-d\]，其中， 括号内的字母为a-d当中的任意一个，亦即有/dev/sda, /dev/sdb, /dev/sdc, 及 /dev/sdd这四个文件的意思。在Linux这个系统当中，几乎所有的硬件设备文件都在/dev这个目录内， 所以你会看到/dev/sda, /dev/sr0等等的文件名喔。那么打印机与软盘呢？分别是/dev/lp0, /dev/fd0啰！

硬件与文件名的对应关系：

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# 二、磁盘的第一扇区 #

对于磁盘而言，整颗磁盘的第一个扇区特别的重要，因为他记录了整颗磁盘的重要信息！ 早期磁盘第一个扇区里面含有的重要信息我们称为MBR （Master BootRecord） 格式，但是由于近年来磁盘的容量不断扩大，造成读写上的一些困扰，甚至有些大于 2TB 以上的磁盘分区已经让某些操作系统无法存取。因此后来又多了一个新的磁盘分区格式，称为 GPT （GUID partition table）！ 这两种分区格式与限制不太相同啦！

## 1，MSDOS （MBR） 分区表格式与限制 ##

早期的 Linux 系统为了相容于 Windows 的磁盘，因此使用的是支持 Windows 的MBR（Master Boot Record, 主要开机纪录区） 的方式来处理开机管理程序与分区表！而开机管理程序纪录区与分区表则通通放在磁盘的第一个扇区， 这个扇区通常是 512Bytes 的大小 （旧的磁盘扇区都是 512Bytes 喔！），所以说，第一个扇区 512Bytes 会有这两个数据：

主要开机记录区（Master Boot Record, MBR）：可以安装开机管理程序的地方，有446Bytes  
分区表（partition table）：记录整颗硬盘分区的状态，有64 Bytes

由于分区表所在区块仅有64 Bytes容量，因此最多仅能有四组记录区：

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由于分区表就只有64 Bytes而已，最多只能容纳四笔分区的记录， 这四个分区的记录被称为主要（Primary）或延伸（Extended）分区。 根据上面的图示与说明，我们可以得到几个重点信息：

（1）其实所谓的“分区”只是针对那个64 Bytes的分区表进行设置而已！

（2）硬盘默认的分区表仅能写入四组分区信息

（3）这四组分区信息我们称为主要（Primary）或延伸（Extended）分区

（4）分区的最小单位“通常”为柱面（cylinder）

（5）当系统要写入磁盘时，一定会参考磁盘分区表，才能针对某个分区进行数据的处理

既然分区表只有记录四组数据的空间，那么是否代表我一颗硬盘最多只能分区出四个分区？当然不是啦！有经验的朋友都知道， 你可以将一颗硬盘分区成十个以上的分区的！那又是如何达到的呢？在Windows/Linux系统中， 我们是通过刚刚谈到的延伸分区（Extended）的方式来处理的啦！延伸分区的想法是： 既然第一个扇区所在的分区表只能记录四笔数据， 那我可否利用额外的扇区来记录更多的分区信息？如下图所示：

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延伸分区的目的是使用额外的扇区来记录分区信息，延伸分区本身并不能被拿来格式化。 然后我们可以通过延伸分区所指向的那个区块继续作分区的记录。如上图右下方那个区块有继续分区出五个分区， 这五个由延伸分区继续切出来的分区，就被称为逻辑分区（logical partition）。

上述的分区在Linux系统中的设备文件名分别如下：

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为什么没有sda3、sda4？因为前4个分区保留给Primary或Extended用的。

MBR 主要分区、延伸分区与逻辑分区的特性我们作个简单的定义啰：

（1）主要分区与延伸分区最多可以有四笔（硬盘的限制）  
（2）延伸分区最多只能有一个（操作系统的限制）  
（3）逻辑分区是由延伸分区持续切割出来的分区；  
（4）能够被格式化后，作为数据存取的分区为主要分区与逻辑分区。延伸分区无法格式化；  
（5）逻辑分区的数量依操作系统而不同，在Linux系统中SATA硬盘已经可以突破63个以上的分区限制；

由于第一个扇区所记录的分区表与MBR是这么的重要，几乎只要读取硬盘都会先由这个扇区先读起。 因此，如果整颗硬盘的第一个扇区（就是MBR与partition table所在的扇区）物理实体坏掉了，那这个硬盘大概就没有用了！

MBR 分区由于每组分区表仅有16Bytes 而已，因此可纪录的信息真的是相当有限的！ 所以，在过去 MBR 分区表的限制中经常可以发现如下的问题：

（1）操作系统无法抓取到 2.2T 以上的磁盘容量！（如果容量大于2TB，就得进行切割）  
（2）MBR 仅有一个区块，若被破坏后，经常无法或很难救援。  
（3）MBR 内的存放开机管理程序的区块仅 446Bytes，无法容纳较多的程序码。

## 2，GUID partition table, GPT 磁盘分区表 ##

因为过去一个扇区大小就是 512Bytes 而已，不过目前已经有 4K 的扇区设计出现！为了相容于所有的磁盘，因此在扇区的定义上面， 大多会使用所谓的逻辑区块位址（Logical BlockAddress, LBA）来处理。GPT 将磁盘所有区块以此 LBA（默认为 512Bytes 喔！） 来规划，而第一个 LBA 称为 LBA0 （从 0 开始编号）。

与 MBR 仅使用第一个 512Bytes 区块来纪录不同， GPT 使用了 34 个 LBA 区块来纪录分区信息！！同时与过去 MBR 仅有一的区块，被干掉就死光光的情况不同， GPT 除了前面 34 个LBA 之外，整个磁盘的最后 33 个 LBA 也拿来作为另一个备份！

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上述图示的解释说明如下：

### （1）LBA0 （MBR 相容区块） ###

与 MBR 模式相似的，这个相容区块也分为两个部份，一个就是跟之前 446 Bytes 相似的区块，储存了第一阶段的开机管理程序！而在原本的分区表的纪录区内，这个相容模式仅放入一个特殊标志的分区，用来表示此磁盘为 GPT 格式之意。而不懂 GPT 分区表的磁盘管理程序， 就不会认识这颗磁盘，除非用户有特别要求要处理这颗磁盘，否则该管理软件不能修改此分区信息，进一步保护了此磁盘喔！

### （2）LBA1 （GPT 表头纪录） ###

这个部份纪录了分区表本身的位置与大小，同时纪录了备份用的 GPT 分区 （就是前面谈到的在最后 34 个 LBA 区块） 放置的位置， 同时放置了分区表的检验机制码（CRC32），操作系统可以根据这个检验码来判断 GPT 是否正确。若有错误，还可以通过这个纪录区来取得备份的 GPT（磁盘最后的那个备份区块） 来恢复 GPT 的正常运行！

### （3）LBA2-33 （实际纪录分区信息处） ###

从 LBA2 区块开始，每个 LBA 都可以纪录 4 笔分区纪录，所以在默认的情况下，总共可以有 432 = 128 笔分区纪录喔！因为每个 LBA 有 512Bytes，因此每笔纪录用到 128Bytes 的空间，除了每笔纪录所需要的识别码与相关的纪录之外，GPT 在每笔纪录中分别提供了 64bits 来记载开始/结束的扇区号码，因此，GPT 分区表对於单一分区来说，他的最大容量限制就会在“ 264 512Bytes = 263 1KBytes = 233TB = 8 ZB ”，要注意 1ZB= 230TB 啦！ 你说有没有够大了？

GPT 分区已经没有所谓的主、延伸、逻辑分区的概念，既然每笔纪录都可以独立存在， 当然每个都可以视为是主分区！每一个分区都可以拿来格式化使用喔！GPT好强大的说。

在磁盘管理工具上面， fdisk 这个老牌的软件并不认识 GPT 喔！要使用 GPT 的话，得要操作类似 gdisk 或者是 parted 指令才行！

## 3、开机流程中的 BIOS 与 UEFI 开机检测程序、多重开机 ##

基本上，目前的主机系统在载入硬件驱动方面的程序，主要有早期的 BIOS 与新的 UEFI 两种机制。

### （1）BIOS 搭配 MBR/GPT 的开机流程 ###

BIOS就是在开机的时候，计算机系统会主动执行的第一个程序了！接下来BIOS会去分析计算机里面有哪些储存设备，我们以硬盘为例，BIOS会依据使用者的设置去取得能够开机的硬盘， 并且到该硬盘里面去读取第一个扇区的MBR位置。 MBR这个仅有446 Bytes的硬盘容量里面会放置最基本的开机管理程序， 此时BIOS就功成圆满，而接下来就是MBR内的开机管理程序的工作了。这个开机管理程序的目的是在载入（load）核心文件。

简单的说，整个开机流程到操作系统之前的动作应该是这样的：

1. BIOS：开机主动执行的固件，会认识第一个可开机的设备；  
2. MBR：第一个可开机设备的第一个扇区内的主要开机记录区块，内含开机管理程序；  
3. 开机管理程序（boot loader）：一支可读取核心文件来执行的软件；  
4. 核心文件：开始操作系统的功能...

第二点要注意，如果你的分区表为 GPT 格式的话，那么 BIOS 也能够从 LBA0 的 MBR 相容区块读取第一阶段的开机管理程序码， 如果你的开机管理程序能够认识 GPT 的话，那么使用BIOS 同样可以读取到正确的操作系统核心喔！换句话说， 如果开机管理程序不懂 GPT ，例如 Windows XP 的环境，那自然就无法读取核心文件，开机就失败了！

在开机中还有个boot loader，它是操作系统安装在MBR上面的一套软件了，主要执行任务如下：

（1）提供菜单：使用者可以选择不同的开机项目，这也是多重开机的重要功能！  
（2）载入核心文件：直接指向可开机的程序区段来开始操作系统；  
（3）转交其他loader：将开机管理功能转交给其他loader负责。

是第三点很有趣喔！那表示你的计算机系统里面可能具有两个以上的开机管理程序呢！ 有可能吗？我们的硬盘不是只有一个MBR而已？是没错啦！但是开机管理程序除了可以安装在MBR之外， 还可以安装在每个分区的开机扇区（boot sector）喔！瞎密？分区还有各别的开机扇区喔？ 没错啊！这个特色才能造就“多重开机”的功能啊！

### （2）多重开机 ###

比如分区时，同时安装了windows和linux时，如下图的设置就可以设置多重开机（选择一个分区作为系统盘开机）

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我们将上图作个总结：  
（1）每个分区都拥有自己的开机扇区（boot sector）  
（2）图中的系统盘为第一及第二分区，  
（3）实际可开机的核心文件是放置到各分区内的！  
（4）loader只会认识自己的系统盘内的可开机核心文件，以及其他loader而已；

（5）loader可直接指向或者是间接将管理权转交给另一个管理程序。

为什么人家常常说：“如果要安装多重开机， 最好先安装Windows再安装Linux”呢？这是因为：

（1）Linux在安装的时候，你可以选择将开机管理程序安装在MBR或各别分区的开机扇区， 而且Linux的loader可以手动设置菜单（就是上图的M1, M2...），所以你可以在Linux的bootloader里面加入Windows开机的选项；

（2）Windows在安装的时候，他的安装程序会主动的覆盖掉MBR以及自己所在分区的开机扇区，你没有选择的机会， 而且他没有让我们自己选择菜单的功能。

因此，如果先安装Linux再安装Windows的话，那MBR的开机管理程序就只会有Windows的项目，而不会有Linux的项目 （因为原本在MBR内的Linux的开机管理程序就会被覆盖掉）。如果先安装linux，也有个救援模式可以用。

### （3）UEFI BIOS 搭配 GPT 开机的流程 ###

UEFI 主要是想要取代 BIOS 这个固件界面，因此我们也称 UEFI 为 UEFI BIOS 就是了。UEFI 使用 C 程序语言，比起使用组合语言的传统 BIOS 要更容易开发！也因为使用 C 语言来撰写，因此如果开发者够厉害，甚至可以在 UEFI 开机阶段就让该系统了解 TCP/IP 而直接上网！ 根本不需要进入操作系统耶！这让小型系统的开发充满各式各样的可能性！

基本上，传统 BIOS 与 UEFI 的差异可以用T客帮杂志汇整的表格来说明：

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与传统的 BIOS 不同，UEFI 简直就像是一个低阶的操作系统。因为效果华丽但性能不佳，因此这个 UEFI 大多用来作为启动操作系统之前的硬件检测、开机管理、软件设置等目的，基本上是比较难的。 同时，当载入操作系统后，一般来说，UEFI 就会停止工作，并将系统交给操作系统，这与早期的 BIOS 差异不大。

由于过去 cracker 经常借由 BIOS 开机阶段来破坏系统，并取得系统的控制权，因此UEFI 加入了一个所谓的安全启动 （secure boot） 机制。加入这个机制后，许多的操作系统，包括 Linux ，就很有可能无法顺利开机喔！需要将secure boot 功能关闭。

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