为什么一块硬盘还要分区？MBR 和 GPT 是什么

前言

给 Linux 机器加一块新硬盘，是很常见的操作。不管是虚拟机扩容、服务器加数据盘，还是拿个 U 盘做启动盘，你大概率都经历过这个过程。

加完硬盘后，用 lsblk 一看，系统确实认到了新设备：

lsblk

NAME   MAJ:MIN RM   SIZE RO TYPE MOUNTPOINTS
sda      8:0    0    50G  0 disk
├─sda1   8:1    0    50G  0 part /
sdb      8:16   0   200G  0 disk

sdb 就是新加的那块 200G 硬盘。系统能看到它，说明内核已经识别了这个块设备。

但是，如果你现在就想把它挂载到 /data 目录，会发现做不到。试一下：

1	sudo mount /dev/sdb /data

大概率会报错：mount: /data: special device /dev/sdb does not exist. 或者提示找不到文件系统。

问题出在哪里？一块硬盘能被系统识别，不等于它已经可以存文件。

从裸盘到能用，中间至少要经过这么几步：

/dev/sdb          整块硬盘
  └─ 分区表        MBR 或 GPT          ← 先要有这个
      └─ /dev/sdb1   一个分区           ← 然后切出分区
          └─ ext4     文件系统           ← 然后格式化
              └─ /data   挂载点          ← 最后才能挂载

这篇是系列文章的第一篇，我们只讲最前面这一层：分区表。分区表是什么？MBR 和 GPT 又是什么？它们各自解决了什么问题？

先不用急着看命令。先把这几层关系捋清楚。

先把几个词分开

在正式讲分区表之前，有必要先把几个经常混在一起的概念拆开。很多人在刚接触 Linux 磁盘管理时，会把下面这些词搞混：

/dev/sdb
/dev/sdb1
MBR、GPT
ext4、xfs、btrfs
mount

它们分别是什么？

/dev/sdb —— 通常表示整块磁盘。SATA、SCSI、USB 接口的盘，在 Linux 里都是 /dev/sdX 这样的名字。NVMe 盘则是 /dev/nvmeXnY。
/dev/sdb1 —— 通常表示这块磁盘上的第一个分区。后面的数字是分区编号。
MBR、GPT —— 这是分区表的格式。它记录的是”这块硬盘被切成了几段，每段从哪里开始、到哪里结束”。
ext4、xfs、btrfs —— 这是文件系统。它负责”文件怎么放进去、又怎么找回来”。
mount（挂载） —— 只是给分区一个访问入口，让你能通过某个目录路径读写里面的文件。

这个地方很容易混淆，因为日常说话时我们经常把”分区”和”文件系统”当同义词用。但在底层，它们是不同的东西：

分区表解决的是”这块硬盘被切成了几段”。
文件系统解决的是”文件怎么放进去，又怎么找回来”。

这两件事由不同的机制负责。分区表在更底层，文件系统在它上面。搞反了顺序，就会出现”为什么 mount 不上”这类困惑。

分区表到底是什么

好，现在来正式说分区表。

一块硬盘在底层可以理解成一长串编号的存储空间。操作系统需要知道一些基本信息：

第一个分区从哪个位置开始
到哪个位置结束
第二个分区从哪里开始
到哪里结束
每个分区大概是什么类型

记录这些信息的结构，就是分区表。

分区表有点像硬盘开头的一张”目录”。它不负责保存你的文件，只负责告诉系统：这块盘被怎么切开了。

这张”目录”通常很小，只占磁盘最前面的几百字节到几十 KB。但它的作用非常关键：

分区表如果坏了，数据未必立刻消失。 文件还在盘上，但系统不知道分区在哪里，也就找不到数据。
重建分区表（比如 parted mklabel）是高风险操作。 如果操作对象搞错了，整块盘的分区信息可能瞬间丢失。

所以虽然分区表很小，但它决定了整块盘的”地图”。地图没了，东西还在，但你找不到了。

MBR：老方案为什么能用到现在

分区表不是只有一种格式。最常见的两种是 MBR 和 GPT。先说老的。

MBR（Master Boot Record，主引导记录）是很老的分区表方案，1983 年随 IBM PC DOS 2.0 一起出现。那时候的硬盘容量小得可怜，几十 MB 就算大了。

但就是因为简单、兼容性强，MBR 到今天还能见到。老机器、老系统、一些小容量盘、U 盘镜像里，经常还是 MBR 格式。

MBR 的结构长这样：

MBR 磁盘
┌──────────────────────────────────┐
│ LBA 0（磁盘最开头的 512 字节）    │
│   - 启动代码（446 字节）          │
│   - 分区记录 1（16 字节）         │
│   - 分区记录 2（16 字节）         │
│   - 分区记录 3（16 字节）         │
│   - 分区记录 4（16 字节）         │
│   - 结束标志 0x55AA（2 字节）     │
├──────────────────────────────────┤
│ 分区 1 数据                       │
│ 分区 2 数据                       │
│ ...                               │
└──────────────────────────────────┘

MBR 位于磁盘最开头，只占一个扇区（通常是 512 字节）。这里面既包含一小段启动相关的代码（BIOS 启动时会读这段代码），也包含分区记录。

为什么 MBR 只有 4 个主分区

这是 MBR 最常被问到的问题之一。

答案其实很简单：空间不够。

MBR 固定只有 512 字节。其中 446 字节给了启动代码，2 字节给了结束标志，剩下 64 字节留给分区记录。每条分区记录 16 字节，所以只能放 4 条。

1	446 字节（启动代码）+ 4 × 16 字节（分区记录）+ 2 字节（标志）= 512 字节

4 条记录，就意味着最多描述 4 个分区。这就是主分区（Primary Partition），编号 1 到 4。

4 个分区在早期够用了。但随着硬盘变大、需求变多，4 个就不够了。于是后来发明了一个补丁方案：

扩展分区（Extended Partition）：从 4 个主分区里拿出一个，标记为”扩展分区”。它本身不直接存数据，而是一个容器。
逻辑分区（Logical Partition）：在扩展分区内部，再切出多个逻辑分区。编号从 5 开始。

扩展分区本身更像一个容器。
它里面再放逻辑分区。
这是一种兼容旧结构的补丁方案。

所以你可能会看到一个 MBR 磁盘上有 /dev/sdb1、/dev/sdb2、/dev/sdb3、/dev/sdb5、/dev/sdb6 这样的分区。注意没有 /dev/sdb4？可能 4 号被用作扩展分区了，也可能 4 号就是第四个主分区，5 号开始才是逻辑分区。具体情况取决于你的分区布局。

逻辑分区背后还有一种叫 EBR（Extended Boot Record）的链式结构，每个逻辑分区前面都有一个 EBR 指向下一个。不过普通使用者不需要一开始就记住它。知道”扩展分区是容器、逻辑分区在里面”就够了。

MBR 的 2TiB 限制从哪里来

除了分区数量限制，MBR 在大容量磁盘上还会遇到另一个问题：2TiB 上限。

这个问题也来自 MBR 的结构。分区记录里用来描述”分区从哪里开始”和”分区有多大”的字段，都是 32 位的。

1	2^32 × 512 bytes = 4,294,967,296 × 512 = 2,199,023,255,552 bytes ≈ 2 TiB

日常大家经常说”2TB 限制”，其实更准确是 2TiB（tebibyte）左右。TiB 和 TB 有细微差别，但这里不用纠结单位。只要知道：如果磁盘容量超过 2TiB，MBR 就管不过来了。 超出的部分要么无法使用，要么会出现各种奇怪的问题。

今天的硬盘动辄 4TB、8TB、16TB，2TiB 的天花板早就不够看了。这也是 GPT 诞生的主要原因之一。

GPT：现代硬盘更常见的方案

GPT（GUID Partition Table，GUID 分区表）是为了解决 MBR 的各种限制而设计的。它最初是 UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，统一可扩展固件接口）规范的一部分。

GPT 相比 MBR，主要解决了这几个问题：

分区数量限制：GPT 没有 4 个主分区的限制。虽然很多工具默认支持 128 个分区，但规范本身并没有硬性上限。
大容量磁盘限制：GPT 使用 64 位地址，理论上可寻址的空间远超当前任何硬盘容量。按 512 字节扇区算，上限大约是 8 ZiB。这个数字大到基本可以忽略。
分区表可靠性：GPT 有校验机制（CRC32），分区表头和分区条目都有校验值。如果数据损坏，可以检测出来。
分区类型表达能力：GPT 使用 GUID（全局唯一标识符）来标识分区类型，比 MBR 的单字节类型码丰富得多。

GPT 的结构比 MBR 复杂一些，但逻辑很清晰：

GPT 磁盘
┌────────────────────────────────────┐
│ LBA 0: Protective MBR              │
├────────────────────────────────────┤
│ LBA 1: Primary GPT Header          │
├────────────────────────────────────┤
│ LBA 2–33: Partition Entry Array    │
│   （分区条目，每条 128 字节）        │
├────────────────────────────────────┤
│ 分区数据区域                        │
├────────────────────────────────────┤
│ Backup Partition Entry Array       │
├────────────────────────────────────┤
│ Backup GPT Header（磁盘末尾）       │
└────────────────────────────────────┘

几个要点：

Primary GPT Header（LBA 1）：记录了磁盘的基本信息、分区条目的位置和数量、校验值等。
Partition Entry Array（LBA 2 起）：每个分区条目 128 字节，包含分区类型 GUID、分区唯一 GUID、起始和结束地址、属性标志、分区名等。UEFI 规范要求至少分配 16,384 字节给这个区域，所以按 512 字节扇区算，至少占 32 个扇区。
Backup GPT Header 和 Backup Partition Entry Array：这是 GPT 的一个重要设计——主表和备份表。主表在磁盘开头，备份表在磁盘末尾。如果主表损坏，可以用备份表恢复。

GPT 为什么有备份表？
因为分区表太重要了。如果只有一份，一旦开头那几个扇区出问题，整块盘的分区信息就全没了。有了备份表，至少还有一道保险。

GPT 还有一个有趣的地方：每个分区条目里可以存一个分区名（最多 36 个 UTF-16 字符）。你可以给分区起个有意义的名字，比如 “Data”、”Backup”，而不是只能靠编号区分。

为什么 GPT 磁盘上还有一个 MBR

这里有一个容易让人困惑的地方：GPT 磁盘上，为什么还能看到 MBR？

用 fdisk -l 查看一块 GPT 磁盘时，你可能会注意到它仍然显示了 MBR 相关的信息。这不是 bug，而是故意设计的。

GPT 规范要求：磁盘的 LBA 0（最开头的 512 字节）仍然保留一个 MBR 结构。这个 MBR 叫做 Protective MBR（保护性 MBR）。

Protective MBR 不是用来正常分区的。它的作用是保护 GPT 数据不被老工具误删。

具体原理是这样的：Protective MBR 里有一个特殊的分区记录，类型码是 0xEE，覆盖了整块磁盘（或者 MBR 能表示的最大范围）。当一个不认识 GPT 的老工具读到这块盘时，它会看到”这块盘已经被一个分区占满了”，就不会把它当成空盘来操作。

Protective MBR 的作用不是管理分区，而是告诉老工具：别碰这块盘。

如果没有这个保护，一个只认识 MBR 的老工具可能会把 GPT 磁盘当成未分区的空盘，然后写入新的 MBR 分区表——GPT 数据就没了。

所以 GPT 磁盘上那个 MBR，不是”残留”，而是安全措施。

BIOS、UEFI、MBR、GPT 之间到底是什么关系

这四个词经常一起出现，很容易混为一谈。但它们其实不是同一类东西。

BIOS 和 UEFI：是固件启动方式。它们解决的是”机器通电后，怎么找到并启动操作系统”。
MBR 和 GPT：是磁盘分区表格式。它们解决的是”硬盘上的分区信息怎么记录”。

更准确地说：

BIOS 和 UEFI 解决的是”机器怎么启动操作系统”。
MBR 和 GPT 解决的是”硬盘怎么记录分区”。
它们经常一起出现，但不是一个层面的概念。

传统的搭配是 BIOS + MBR，现代的搭配是 UEFI + GPT。但这不是绝对的：

有些 BIOS 固件也能识别 GPT 磁盘（虽然不一定能从 GPT 磁盘启动）。
有些 Linux 发行版可以通过 GRUB 在 BIOS 模式下从 GPT 磁盘启动。
Windows 方面，64 位版本从 Vista 开始支持读写 GPT，但从 GPT 启动通常需要 UEFI 固件。

所以不要写成”BIOS 只能用 MBR，UEFI 只能用 GPT”。现实比这复杂，兼容模式、引导器支持、发行版差异都会影响实际表现。

如果你是今天新装一台机器，除非有明确的兼容性需求（比如要装很老的系统），通常直接选 UEFI + GPT 就行了。

Linux 下怎么查看一块盘是 MBR 还是 GPT

说了这么多概念，来看点实际的。怎么在 Linux 下查看一块磁盘用的是哪种分区表？

方法一：用 lsblk 看大概

1	lsblk -o NAME,SIZE,TYPE,FSTYPE,PARTTYPENAME,MOUNTPOINTS

这个命令会列出所有块设备及其分区类型。PARTTYPENAME 列会显示分区表类型信息，但不一定很直观。

方法二：用 fdisk -l 看详情

1	sudo fdisk -l /dev/sdX

把 /dev/sdX 换成你要查看的设备名。输出里会有一行：

1	Disklabel type: gpt

或者：

1	Disklabel type: dos

注意：dos 就是 MBR。 Linux 的 fdisk 用 dos 来表示传统 MBR 分区表。这个命名可能让人困惑，但历史原因就是如此——MBR 最早是 DOS 时代的东西。

方法三：用 parted 查看

1	sudo parted /dev/sdX print

输出里会有一行：

1	Partition Table: gpt

或者：

1	Partition Table: msdos

同样，msdos 就是 MBR。

在 Linux 工具里，dos 和 msdos 都是指传统 MBR 分区表。
看到这两个名字，不要以为是别的东西。

几个注意事项：

/dev/sdX 是占位符，不要直接复制执行。SATA/SCSI/USB 磁盘常见是 /dev/sda、/dev/sdb；NVMe 磁盘常见是 /dev/nvme0n1、/dev/nvme0n2。
执行前先用 lsblk 确认目标盘，不要看错设备名。真正危险的不是命令本身，而是你把对象搞错了。
这里只是查看，不修改磁盘。放心用。

这篇文章真正要记住什么

到这里，我们知道了硬盘上”怎么记录分区”这件事。总结一下核心要点：

MBR 和 GPT 是分区表，不是文件系统。 分区表负责记录硬盘怎么切分，文件系统负责管理文件的存储和读取。
MBR 是老方案，结构简单、兼容性强，但有 4 个主分区限制和 2TiB 容量限制。通过扩展分区和逻辑分区可以绕过分区数量限制，但容量限制绕不过去。
GPT 是现代方案，支持更多分区、更大磁盘、有校验机制和备份表。如果是今天新装系统、新加数据盘，除非有明确兼容性要求，通常直接选 GPT 就可以了。
GPT 磁盘上的 Protective MBR 是安全措施，不是残留，目的是防止老工具误操作。
BIOS/UEFI 和 MBR/GPT 不是同一类东西。 前者是固件启动方式，后者是分区表格式。

到这里，我们只知道了硬盘上”怎么记录分区”。但真正在 Linux 里操作磁盘时，还会遇到很多实际问题：/dev/sda 和 /dev/sda1 是什么关系？fdisk 和 parted 怎么用？什么时候该用哪个？

下一篇再看这些。

Kaku的个人博客