Что такое разметка диска
Изучаем структуры MBR и GPT
Для работы с жестким диском его для начала необходимо как-то разметить, чтобы операционная система могла понять в какие области диска можно записывать информацию. Поскольку жесткие диски имеют большой объем, их пространство обычно разбивают на несколько частей — разделов диска. Каждому такому разделу может быть присвоена своя буква логического диска (для систем семейства Windows) и работать с ним можно, как будто это независимый диск в системе.
Способов разбиения дисков на разделы на сегодняшний день существует два. Первый способ — использовать MBR. Этот способ применялся еще чуть ли не с появления жестких дисков и работает с любыми операционными системами. Второй способ — использовать новую систему разметки — GPT. Этот способ поддерживается только современными операционными системами, поскольку он еще относительно молод.
Структура MBR
До недавнего времени структура MBR использовалась на всех персональных компьютерах для того, чтобы можно было разделить один большой физический жесткий диск (HDD) на несколько логических частей — разделы диска (partition). В настоящее время MBR активно вытесняется новой структурой разделения дисков на разделы — GPT (GUID Partition Table). Однако MBR используется еще довольно широко, так что посмотрим что она из себя представляет.
MBR всегда находится в первом секторе жесткого диска. При загрузке компьютера, BIOS считывает этот сектор с диска в память по адресу 0000:7C00h и передает ему управление.
Итак, первая секция структуры MBR — это секция с исполняемым кодом, который и будет руководить дальнейшей загрузкой. Размер этой секции может быть максимум 440 байт. Далее идут 4 байта, отведенные на идентификацию диска. В операционных системах, где идентификация не используется, это место может занимать исполняемый код. То же самое касается и последующих 2 байт.
Начиная со смещения 01BEh находится сама таблица разделов жесткого диска. Таблица состоит из 4 записей (по одной на каждый возможный раздел диска) размером 16 байт.
Структура записи для одного раздела:
Первым байтом в этой структуре является признак активности раздела. Этот признак определяет с какого раздела следует продолжить загрузку. Может быть только один активный раздел, иначе загрузка продолжена не будет.
Следующие три байта — это так называемые CHS-координаты первого сектора раздела.
По смещению 04h находится код типа раздела. Именно по этому типу можно определить что находится в данном разделе, какая файловая система на нем и т.п. Список зарезервированных типов разделов можно посмотреть, например, в википедии по ссылке Типы разделов.
После типа раздела идут 3 байта, определяющие CHS-координаты последнего сектора раздела.
CHS-координаты сектора расшифровываются как Cylinder Head Sector и соответственно обозначают номер цилиндра (дорожки), номер головки (поверхности) и номер сектора. Цилиндры и головки нумеруются с нуля, сектор нумеруется с единицы. Таким образом CHS=0/0/1 означает первый сектор на нулевом цилиндре на нулевой головке. Именно здесь находится сектор MBR.
Все разделы диска, за исключением первого, обычно начинаются с нулевой головки и первого сектора какого-либо цилиндра. То есть их адрес будет N/0/1. Первый раздел диска начинается с головки 1, то есть по адресу 0/1/1. Это все из-за того, что на нулевой головке место уже занято сектором MBR. Таким образом, между сектором MBR и началом первого раздела всегда есть дополнителььные неиспользуемые 62 сектора. Некоторые загрузчики ОС используют их для своих нужд.
Интересен формат хранения номера цилиндра и сектора в структуре записи раздела. Номер цилиндра и номер сектора делят между собой два байта, но не поровну, а как 10:6. То есть на номер сектора приходится младшие 6 бит младшего байта, что позволяет задавать номера секторов от 1 до 63. А на номер цилиндра отведено 10 бит — 8 бит старшего байта и оставшиеся 2 бита от младшего байта: «CCCCCCCC CCSSSSSS», причем в младшем байте находятся старшие биты номера цилиндра.
Проблема с CHS-координатами состоит в том, что с помощью такой записи можно адресовать максимум 8 Гб диска. В эпоху DOS это было приемлемо, однако довольно скоро этого перестало хватать. Для решения этой проблемы была разработана система адресации LBA (Logical Block Addressing), которая использовала плоскую 32-битную нумерацию секторов диска. Это позволило адресовать диски размером до 2Тб. Позже разрядность LBA увеличили до 48 бит, однако MBR эти изменения не затронули. В нем по-прежнему осталась 32-битная адресация секторов.
Итак, в настоящее время повсеместно используется LBA-адресация для секторов на диске и в структуре записи раздела адрес его первого сектора прописывается по смещению 08h, а размер раздела — по смещению 0Ch.
Для дисков размером до 8Гб (когда адресация по CHS еще возможна) поля структуры с CHS-координатами и LBA-адресации должны соответствовать друг другу по значению (корректно конвертироваться из одного формата в другой). У дисков размером более 8Гб значения всех трех байт CHS-координат должны быть равны FFh (для головки допускается также значение FEh).
В конце структуры MBR всегда находится сигнатура AA55h. Она в какой-то степени позволяет проверить, что сектор MBR не поврежден и содержит необходимые данные.
Расширенные разделы
Разделы, отмеченные в таблице типом 05h и 0Fh, это так называемые расширенные разделы. С их помощью можно создавать больше разделов на диске, чем это позволяет MBR. На самом деле расширенных разделов несколько больше, например есть разделы с типами C5h, 15h, 1Fh, 91h, 9Bh, 85h. В основном все эти типы разделов использовались в свое время различными операционными системами (такими как например OS/2, DR-DOS, FreeDOS) с одной и той же целью — увеличить количество разделов на диске. Однако со временем различные форматы отпали и остались только разделы с типами 05h и 0Fh. Единственное исключение — это тип 85h. Он до сих пор может использоваться в Linux для формирования второй цепочки логических дисков, скрытых от других операционных систем. Разделы с типом 05h используются для дисков менее 8Гб (где еще возможна адресация через CHS), а тип 0Fh используется для дисков больше 8Гб (и используется LBA-адресация).
В первом секторе расширенного раздела находится структура EBR (Extended Boot Record). Она во многом схожа со структурой MBR, но имеет следующие отличия:
В отличие от MBR, где позволяется создавать не более четырёх разделов, структура EBR позволяет организовать список логических разделов, ограниченный лишь размером раздела-контейнера (того самого, который с типом 05h или 0Fh). Для организации такого списка используется следующий формат записей: первая запись в таблице разделов EBR указывает на логический раздел, связанный с данным EBR, а вторая запись указывает на следующий в списке раздел EBR. Если данный логический раздел является последним в списке, то вторая запись в таблице разделов EBR должна быть заполнена нулями.
Формат записей разделов в EBR аналогичен формату записи в структуре MBR, однако логически немного отличается.
Признак активности раздела для разделов структуры EBR всегда будет 0, так как загрузка осуществлялась только с основных разделов диска. Координаты CHS, с которых начинается раздел используются, если не задействована LBA-адресация, также как и в структуре MBR.
А вот поля, где в режиме LBA-адресации должны находиться номер начального сектора и количество секторов раздела, в структуре EBR используются несколько иначе.
Для первой записи таблицы разделов EBR в поле начального сектора раздела (смещение 08h) записывается расстояние в секторах между текущим сектором EBR и началом логического раздела, на который ссылается запись. В поле количества секторов раздела (смещение 0Ch) в этом случае пишется размер этого логического раздела в секторах.
Для второй записи таблицы разделов EBR в поле начального сектора раздела записывается расстояние между сектором самой первой EBR и сектором следующей EBR в списке. В поле количества секторов раздела в этом случае пишется размер области диска от сектора этой следующей структуры EBR и до конца логического раздела, относящегося к этой структуре.
Таким образом, первая запись таблицы разделов описывает как найти, и какой размер занимает текущий логический раздел, а вторая запись описывает как найти, и какой размер занимает следующий EBR в списке, вместе со своим разделом.
Структура GPT
В современных компьютерах на смену BIOS пришла новая спецификация UEFI, а вместе с ней и новое устройство разделов на жестком диске — GUID Partition Table (GPT). В этой структуре были учтены все недостатки и ограничения, накладываемые MBR, и разработана она была с большим запасом на будущее.
В структуре GPT используется теперь только LBA-адресация, никаких CHS больше нет и никаких проблем с их конвертацией тоже. Причем под LBA-адреса отведено по 64 бита, что позволяет работать с ними без всяких ухищрений, как с 64-битными целыми числами, а также (если до этого дойдет) даст в будущем возможность без проблем расширить 48-битную LBA-адресацию до 64-битной.
Кроме того, в отличие от MBR, структура GPT хранит на диске две своих копии, одну в начале диска, а другую в конце. Таким образом, в случае повреждения основной структуры, будет возможность восстановить ее из сохраненной копии.
Рассмотрим теперь устройство структуры GPT подробнее. Вся структура GPT на жестком диске состоит из 6 частей:
Защитный MBR-сектор
Первый сектор на диске (с адресом LBA 0) — это все тот же MBR-сектор. Он оставлен для совместимости со старым программным обеспечением и предназначен для защиты GPT-структуры от случайных повреждений при работе программ, которым про GPT ничего не известно. Для таких программ структура разделов будет выглядеть как один раздел, занимающий все место на жестком диске.
Структура этого сектора ничем не отличается от обычного сектора MBR. В его таблице разделов дожна быть создана единственная запись с типом раздела 0xEE. Раздел должен начинаться с адреса LBA 1 и иметь размер 0xFFFFFFFF. В полях для CHS-адресации раздел соответственно должен начинаться с адреса 0/0/2 (сектор 1 занят под саму MBR) и иметь конечный CHS-адрес FF/FF/FF. Признак активного раздела должен иметь значение 0 (неактивный).
При работе компьютера с UEFI, данный MBR-сектор просто игнорируется и никакой код в нем также не выполняется.
Первичный GPT-заголовок
Этот заголовочный сектор содержит в себе данные о всех LBA-адресах, использующихся для разметки диска на разделы.
Структура GPT-заголовка:
| Смещение (байт) | Размер поля (байт) | Пример заполнения | Название и описание поля |
| 0x00 | 8 байт | 45 46 49 20 50 41 52 54 | Сигнатура заголовка. Используется для идентификации всех EFI-совместимых GPT-заголовков. Должно содержать значение 45 46 49 20 50 41 52 54, что в виде текста расшифровывается как «EFI PART». |
| 0x08 | 4 байта | 00 00 01 00 | Версия формата заголовка (не спецификации UEFI). Сейчас используется версия заголовка 1.0 |
| 0x0C | 4 байта | 5C 00 00 00 | Размер заголовка GPT в байтах. Имеет значение 0x5C (92 байта) |
| 0x10 | 4 байта | 27 6D 9F C9 | Контрольная сумма GPT-заголовка (по адресам от 0x00 до 0x5C). Алгоритм контрольной суммы — CRC32. При подсчёте контрольной суммы начальное значение этого поля принимается равным нулю. |
| 0x14 | 4 байта | 00 00 00 00 | Зарезервировано. Должно иметь значение 0 |
| 0x18 | 8 байт | 01 00 00 00 00 00 00 00 | Адрес сектора, содержащего первичный GPT-заголовок. Всегда имеет значение LBA 1. |
| 0x20 | 8 байт | 37 C8 11 01 00 00 00 00 | Адрес сектора, содержащего копию GPT-заголовка. Всегда имеет значение адреса последнего сектора на диске. |
| 0x28 | 8 байт | 22 00 00 00 00 00 00 00 | Адрес сектора с которого начинаются разделы на диске. Иными словами — адрес первого раздела диска |
| 0x30 | 8 байт | 17 C8 11 01 00 00 00 00 | Адрес последнего сектора диска, отведенного под разделы |
| 0x38 | 16 байт | 00 A2 DA 98 9F 79 C0 01 A1 F4 04 62 2F D5 EC 6D | GUID диска. Содержит уникальный идентификатор, выданный диску и GPT-заголовку при разметке |
| 0x48 | 8 байт | 02 00 00 00 00 00 00 00 | Адрес начала таблицы разделов |
| 0x50 | 4 байта | 80 00 00 00 | Максимальное число разделов, которое может содержать таблица |
| 0x54 | 4 байта | 80 00 00 00 | Размер записи для раздела |
| 0x58 | 4 байта | 27 C3 F3 85 | Контрольная сумма таблицы разделов. Алгоритм контрольной суммы — CRC32 |
| 0x5C | 420 байт | 0 | Зарезервировано. Должно быть заполнено нулями |
Система UEFI проверяет корректность GPT-заголовка, используя контрольный суммы, вычисляемые по алгоритму CRC32. Если первичный заголовок поврежден, то проверяется контрольная сумма копии заголовка. Если контрольная сумма копии заголовка правильная, то эта копия используется для восстановления информации в первичном заголовке. Восстановление также происходит и в обратную сторону — если первичный заголовок корректный, а копия неверна, то копия восстанавливается по данным из первичного заголовка. Если же обе копии заголовка повреждены, то диск становится недоступным для работы.
У таблицы разделов дополнительно существует своя контрольная сумма, которая записывается в заголовке по смещению 0x58. При изменении данных в таблице разделов, эта сумма рассчитывается заново и обновляется в первичном заголовке и в его копии, а затем рассчитывается и обновляется контрольная сумма самих GPT-заголовков.
Таблица разделов диска
Следующей частью структуры GPT является собственно таблица разделов. В настоящее время операционные системы Windows и Linux используют одинаковый формат таблицы разделов — максимум 128 разделов, на каждую запись раздела выделяется по 128 байт, соответственно вся таблица разделов займет 128*128=16384 байт, или 32 сектора диска.
MBR или GPT? Что такое структуры накопителей и чем отличаются
Содержание
Содержание
Компьютер, жесткий диск, операционная система — для современного человека, это обыденные вещи. Но все самое интересное, заставляющее компьютер работать так, как мы
к тому привыкли, остается «за кадром». Сегодня поговорим об одной из вещей, которая позволяет существовать разделам на нашем накопителе — способе описания разделов, она же таблица разделов.
Таблица разделов — это структура, где содержится информация обо всех разделах на диске: как он называется (Label), откуда начинается, где заканчивается, какой объем имеет и т.д. Рассмотрим два различных варианта таких таблиц, а именно MBR и GPT.
MBR (Master Boot Record — главная загрузочная запись) непосредственным образом участвует в загрузке операционной системы. Но, кроме этого, она хранит и информацию, позволяющую описать разделы на компьютере. Чтобы объяснить, почему это работает так, а не иначе, и имеет определенные особенности/ограничения, придется немного углубиться в структуру MBR.
Если сигнатура не равна 55AAh, значит, MBR поврежден. В MBR процесс загрузки тесно связан с разделами диска, так как хранятся они «вместе».
Пусть процесс загрузки и не относится к теме материала, упрощенно и кратко расскажем
о нем. После выполнения определенных операций, BIOS читает первый сектор накопителя,
в котором и находится наша главная загрузочная запись. Выполняется код загрузчика, который просматривает таблицу разделов, и передает управление загрузчику операционной системы, который уже ее и загружает.
Вернемся к нашей таблице разделов. На нее выделено 64 байта, разделенных на 4 записи, по 16 байт.
Одна запись — это один раздел, из чего происходит первое ограничение MBR — максимальное число разделов на диске не может быть больше четырех. Но это утверждение правда лишь наполовину: нельзя создать больше четырех основных разделов. Но об этом чуть позже, сейчас же посмотрим на структуру самой 16-ти битной записи.
Самый первый бит в записи обозначает признак активности раздела — т.е. признак того, что операционную систему следует загружать именно из этого раздела — и может иметь значения 80h (раздел активен) и 00h (раздел не активен). Установленная операционная система должна находиться именно на активном разделе. Данное правило справедливо для стандартного загрузчика ОС семейства Windows — NTLDR, а вот для UNIX-систем это нужно не всегда.
А теперь переместимся в конец записи — к последним четырем байтам. Именно они в ответе за самое известное ограничение, связанное с использованием MBR — максимальный размер раздела.
На описание количества секторов в разделе отводится 4 байта, следовательно количество секторов ограничено величиной 232, где степень — это количество бит описания (4 байта = 32 бита). Поскольку размер сектора равен 512 бит, то максимальный размер раздела, который можно описать в таблице разделов MBR, составляет 232 x 512 = 2 ТБ. Те самые «два терабайта», набившие оскомину. Это техническое ограничение не обойти.
Расширенный раздел
Но давайте вернемся к тому, что максимальное количество разделов в таблице разделов ограничено четырьмя. Чтобы это обойти, был придумал особый тип раздела — расширенный (Extended Partition). Внимательный читатель заметил, что из 16 байт описания раздела один отведен именно под указание его типа. Для расширенного раздела там прописывается 0Fh (для современный Windows систем).
Расширенный раздел сильно отличается от остальных типов разделов. Он описывает не раздел, а некое пространство, где находятся логические диски. Наглядно это можно изобразить примерно так.
На рисунке видно, что на логическом диске находится один основной и один расширенный раздел. «Внутри» расширенного раздела создано шесть логических дисков (хотя в силу определенных причин во многих случаях будет использоваться термин «логический раздел»). Для созданных таким образом разделов есть некоторые ограничения, по сравнению
с основными. Например, они не могут быть активными.
GPT (GUID Partition Table) — таблица разделов GUID, создана для замены MBR и является частью UEFI, который в свою очередь пришел на замену BIOS. В новой версии таблицы разделов постарались убрать ограничения и недочеты MBR, которые были неявны на момент ее создания, но проявились с развитием технологий.
Как видно из расшифровки, основа GPT — GUID — Globally Unique Identifier — 128-битный статистически уникальный идентификатор. Уникальность здесь не стопроцентная, но поскольку количество вариантов равно 2 в 128 степени, то вероятность получить одинаковые GIUD (например, для разделов) крайне мала. Выглядит он как последовательность из 32 шестнадцатеричных цифр, разделенных на группы.
024DEE41-33E7-11D3-9D69-0008C781F39F — пример того, как выглядит GUID раздела с MBR.
Ниже вы можете видеть схематическое изображение структуры GPT. Кратко рассмотрим ее.
В первом физическом блоке диска, а точнее в блоке LBA0, поскольку GPT оперирует именно LBA адресами, расположен защитный (Protective) MBR. Его основное назначение — «защита» структуры диска благодаря обеспечению совместимости с устаревшим программным обеспечением, работающим с MBR, но «не знающем» о GPT.
В LBA1 находится основной заголовок GPT. В нем содержатся различные данные, например, где начинается и заканчивается область для размещения разделов, а также контрольные суммы самого заголовка и таблицы разделов, по которым происходит проверка их целостности.
Далее, начиная с блока LBA2, находится массив записей о разделах на диске. Каждая такая запись имеет размер 128 байт (размер может меняться в большую сторону), а на весь массив выделяется 16384 байта, что дает 32 LBA (для 64-битных ОС Windows). Таким образом, можно создать до 128-ми разделов.
Именно в каждой записи указывается GUID раздела, типа раздела, стартовый и конечный блоки (LBA) раздела. На последние выделяется по 8 бит данных, что теоретически позволяет создать раздел размером до 9,4 ЗБ (Зеттаба́йт, 1021). Фактически, размер раздела ограничен используемой ОС.
Достоинства и недостатки MBR и GPT
Итак, попробуем обобщить все вышесказанное в более краткой форме, указав сильные
и слабые стороны обоих решений.
Плюсы
Минусы
Плюсы
Минусы
Нет сомнений, что за GPT будущее. Его использование в современных ПК позволяет не думать о том, что в последующем можно натолкнуться на какие-либо ограничения. С другой стороны, на данный момент, обычный среднестатистический пользователь может с одинаковым успехом использовать любой из двух вариантов, и не замечать никакой разницы, если диски в его ПК не больше 2 ТБ.
Как разбить на разделы жесткие диски и SSD-накопители
Содержание
Содержание
Хранить всю информацию в одном месте — далеко не лучшая идея. Сбои программ, вирусы, переустановка ОС или внезапное отключение питания могут уничтожить ценные данные. Тут нам поможет разбитие диска на несколько разделов.
С помощью встроенных сервисов
Windows имеет несколько встроенных средств для разделения дисков — они весьма удобны и не потребуют каких-либо сложных манипуляций.
Управление дисками
Переходим в «Меню Пуск->Служебные Windows->Этот компьютер (Клик правой кнопкой)->Дополнительно->Управление». Перед нами появится окно с различными вкладками, нам нужен подпункт «Управление дисками».
Выбираем нужный локальный диск и кликаем правой кнопкой мыши, в данном случае это диск «Е». В появившемся меню — «Сжать том». После анализа системой нам будет предложено задать размер томов при разделении.
Процедура разделения займет некоторое время. После завершения во вкладке диска появится область с подписью «Не распределена». Кликаем по ней правой кнопкой и создаем простой том.
Если нам требуются только два локальных диска вместо одного изначального, то подпункт «Размер» оставляем как есть (в ином случае указываем нужный размер диска, и повторяем эти шаги для остальных вновь создаваемых дисков). Остается лишь задать отображаемое название, букву диска и отформатировать в формате NTFS.
После всех манипуляций вкладка локальных дисков приняла следующий вид:
Занимавший ранее 931 ГБ диск «Е» теперь равен 411 ГБ, а 520 ГБ выделены под том «F».
Командная строка
Для открытия командной строки вводим в поле поиска «cmd». Появится иконка приложения, кликаем правой кнопкой и запускаем от имени администратора. Зайдя в командную строку, поэтапно вводим команды «diskpart» и «list volume». Для выбора разделяемого диска вводим команду «select volume» и его цифру из списка. В данном случае это том «E» и, соответственно, число «0».
Далее задаем команду «shrink desired=», где после знака «=» вписываем размеры нового диска в мегабайтах, например 520000. Следующий шаг — создание раздела командой «create partition primary». Для знакомого уже нам форматирования «format fs=ntfs quick».
Остается задать нужную букву раздела командой «assign letter=», например «K», и завершить создание нового тома.
С помощью сторонних приложений
Для тех, кто не хочет довольствоваться встроенными средствами Windows, есть возможность установить сторонние программы с подобным функционалом. Рассмотрим пару приложений подробнее.
AOMEI Partition Assistant
Одна из самых популярных программ для разделения дисков. Она бесплатная и имеет удобный русифицированный интерфейс. Скачав и установив программу, мы попадаем в интерфейс с информацией о дисках и различными функциями. Выбираем нужный диск и кликаем «Изменение размера/перемещение». Устанавливаем размер для разделяемого диска, двигая ползунок в стороны.
В строке локального диска появится неразмеченная область, кликаем «Создание раздела». Присваиваем букву диску, например «J», и выбираем файловую систему «NTFS».
Нажимаем кнопку «Применить» и следуем инструкции. Спустя небольшое время появится новый локальный диск.
MiniTool Partition Wizard
Еще одна популярная программа. Она бесплатная, но ее интерфейс на английском языке. Скачиваем и устанавливаем приложение. Выбираем диск и кликаем по пункту «Move/Resize Partition». Задаем нужные параметры, для подтверждения жмем «Apply».
В строке диска появится уже знакомая нам неразмеченная область. Для ее активации кликаем «Create Partition» и задаем параметры. В данном случае это том «L».
После завершения настроек подтверждаем изменения командой «Apply» и ждем. Через некоторое время появится вновь созданный раздел.
Целесообразность и нюансы
Рассмотренные выше способы позволяют разбить любой диск при установленной ОС. Но никто вам не помешает разбить его при «чистой» установке ОС. Для этого потребуется лишь во время установки указать создание нового раздела в меню «Настройка диска».
Разбитие на разделы позволяет нам не переживать о потере информации, если вдруг придется переустанавливать ОС. В зависимости от задач и объема, можно создать несколько томов, где один будет отводиться под ОС, другой — под игры, а оставшийся — под фото/видео и файлы. При переустановке ОС «затрутся» данные лишь на одном томе с установленной системой, в то время как остальные останутся не тронутыми. Будет это жесткий диск или SSD-накопитель — не играет принципиальной роли.
Создаваемые разделы диска существуют лишь на уровне ОС. Контроллер накопителя работает с единым пространством памяти. Данные из любого раздела могут быть записаны в любое место общего массива памяти. И накопителю неважно, как ОС разбила разделы дисков.
Самым надежным способом, как и всегда, остается создание бэкапов. Везде и всегда создавайте резервные копии своих ценных файлов. Современные SSD-накопители имеют большой ресурс перезаписи. Выходят из строя они, как правило, неожиданно и не от перезаписи, а от помирания контроллера, который очень чувствителен к незапланированному отключению питания. А восстановить данные с них весьма проблематично. HDD-диск в свою очередь выходит из строя постепенно, что позволяет при выявлении неисправности успеть скопировать с него важную информацию.