數(shù)據(jù)在磁盤上的布局-創(chuàng)新互聯(lián)
做存儲和計算機架構(gòu)的研發(fā)人員需要深入理解數(shù)據(jù)在磁盤上的分布，只有這樣當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障的時候才能手動進行系統(tǒng)恢復(fù)。目前，磁盤的容量越來越大，故障率越來越高，當(dāng)故障發(fā)生之后需要對磁盤數(shù)據(jù)進行恢復(fù)，磁盤數(shù)據(jù)的恢復(fù)不僅要了解分區(qū)等基本的磁盤數(shù)據(jù)布局，而且需要知道文件系統(tǒng)在磁盤上的數(shù)據(jù)分布。這里首先討論分區(qū)等系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)在磁盤上的分布。
分區(qū)
DOS分區(qū)
DOS分區(qū)是目前常用的一種分區(qū)方式，其磁盤數(shù)據(jù)分布描述如下：
第一個扇區(qū)是主引導(dǎo)分區(qū)MBR，MBR描述了磁盤分區(qū)的結(jié)構(gòu)，MBR的內(nèi)容包括引導(dǎo)代碼和分區(qū)表信息，最后以標(biāo)志0xaa55結(jié)尾。
MBR中的引導(dǎo)代碼是在BIOS啟動之后首先得到運行的代碼，通常引導(dǎo)代碼會檢查磁盤分區(qū)表，并且判斷哪個分區(qū)是啟動分區(qū)，找到那個啟動分區(qū)之后，然后從啟動分區(qū)引導(dǎo)操作系統(tǒng)。
DOS分區(qū)規(guī)定了四個主分區(qū)，每個分區(qū)大可以描述2TB的磁盤空間。當(dāng)磁盤容量增大后，需要采用擴展分區(qū)滿足應(yīng)用需求，擴展分區(qū)就是在主分區(qū)描述的空間中再建分區(qū)信息表。在四個主分區(qū)中，只能存在一個active的分區(qū)，該分區(qū)即為啟動分區(qū)。
GPT分區(qū)
由于巨磁阻效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，磁盤的容量日益增大，DOS分區(qū)存在2TB上限的問題，不能滿足日益增長的大分區(qū)需求，因此，微軟推出了GPT（GUID Partition Table），該分區(qū)表的磁盤結(jié)構(gòu)如下圖所示。
第一部分是保留MBR，占用一個扇區(qū)；第二部分是EFI信息，該部分占用一個扇區(qū)，該頭描述了分布區(qū)的位置信息；第三部分是 分區(qū)表，一共占用32個扇區(qū)，每個分區(qū)表項占用128字節(jié)，因此，最多可以容納128個分區(qū)表項；第四部分是分區(qū)區(qū)域；為了提高可靠性，第五部分為分區(qū)表備份區(qū)域，占用整個磁盤的最后32個扇區(qū)。
Bootload在哪里？
知道磁盤的分區(qū)信息之后，我們通常會關(guān)注操作系統(tǒng)的bootloader具體在哪里？以Linux為例，bootloader通常為grub，嵌入式系統(tǒng)通常采用uboot，這里以grub為例，grub功能比較強大。在安裝操作系統(tǒng)的時候，grub就被安裝在了boot分區(qū)。在Linux中的/boot目錄就包含了grub文件和操作系統(tǒng)p_w_picpath文件。
Grub是支持文件系統(tǒng)的，在/boot/grub目錄中存在e2fs_stage1_5、xfs_stage1_5等文件，這些文件統(tǒng)稱為stage1.5，其實就是各個不同文件系統(tǒng)的驅(qū)動。這里簡要介紹一下grub的構(gòu)成。Grub的啟動文件分為stage1和stage2兩大部分，stage1是在grub安裝的時候由grub拷貝到MBR中的，由于MBR的大小是512字節(jié)，因此，stage1文件大小為512字節(jié)。Stage1的作用是引導(dǎo)stage2，由于stage2存儲在boot 上，其具有文件系統(tǒng)格式，而stage1程序不能很大，因此，無法識別boot分區(qū)文件系統(tǒng)，只能采用了程序表的方式在stage1中存儲stage2文件和stage1.5文件的位置。
對于grub而言，由于需要獲取stage2文件，所以，需要修改MBR中的引導(dǎo)程序，所以，在安裝操作系統(tǒng)的時候，grub被安裝在了boot分區(qū)和MBR中。
系統(tǒng)如何啟動？
熟悉磁盤數(shù)據(jù)分布對系統(tǒng)啟動過程的了解有一定幫助，在此簡要描述一下系統(tǒng)啟動過程。
1， 系統(tǒng)上電之后，直接將BIOS程序?qū)雰?nèi)存進行運行，BIOS程序會掃描硬件，并且實現(xiàn)一些基本硬件的驅(qū)動（例如PCI掃描）和自檢操作。BIOS程序會掃描系統(tǒng)中的啟動硬盤，一旦發(fā)現(xiàn)一個可以啟動的硬盤，BIOS會將啟動硬盤內(nèi)MBR中的引導(dǎo)程序裝載入內(nèi)存，并且將CPU交給引導(dǎo)程序。
2， MBR中的引導(dǎo)程序會進行分區(qū)表檢查，由于該引導(dǎo)程序是grub安裝時更新過的，其實際就是grub的stage1程序。當(dāng)所有事情完成之后，引導(dǎo)程序會通過固定地址的方式將啟動分區(qū)中的grub stage2程序裝載入內(nèi)存，并且將CPU交給stage2程序。
3， Stage2程序是grub的主體，其可以識別文件系統(tǒng)。boot分區(qū)上有文件系統(tǒng)，這是由用戶在安裝操作系統(tǒng)時候格式化的，grub會將boot分區(qū)mount，這樣可以很容易的找到Linux操作系統(tǒng)的鏡像文件，在grub運行過程中，有些系統(tǒng)需要一些特殊的驅(qū)動，例如，系統(tǒng)根文件系統(tǒng)建立在一個特殊的軟RAID之上，那么在啟動Linux操作系統(tǒng)之前需要加載特殊的軟RAID驅(qū)動。為了達到這個目的，可以采用ramdisk的方式為Linux操作系統(tǒng)預(yù)加載驅(qū)動，ramdisk文件可以在grub配置文件中指定。Grub 完成一些預(yù)加載操作，并且將Linux內(nèi)核加載入內(nèi)存，然后將CPU資源釋放給Linux內(nèi)核。
4， 此時Linux內(nèi)核開始運行，由于grub已經(jīng)預(yù)加載了一些驅(qū)動，因此，Linux也能看到一些特殊的設(shè)備，然后Linux會做root switch操作，掛載真正的根文件系統(tǒng)。如果BIOS已經(jīng)為PCI等設(shè)備分配了資源，那么Linux可以直接采用，當(dāng)然也可以對PCI總線進行重新掃描，并且加載驅(qū)動程序。由于根文件系統(tǒng)已經(jīng)加載，因此，Linux可以根據(jù)/etc/inittab啟動各種服務(wù)，至此Linux系統(tǒng)基本啟動完畢。
本文概述了分區(qū)以及bootloader在磁盤中的數(shù)據(jù)分布，對于存儲系統(tǒng)而言，這是最基本的。
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標(biāo)題名稱：數(shù)據(jù)在磁盤上的布局-創(chuàng)新互聯(lián)
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