Linux硬盘GPT分区和MBR分区

之所以想到写这篇，是因为本人在折腾Linux系统的过程中，有多次掉入硬盘分区的陷阱的经历。最近几天，再一次掉入坑中，折腾了两天才从坑中爬出来。经过多方查询资料，终于弄明白了硬盘分区的一些概念。下面将其记录下来，以警示来者。

说起我自己掉坑的经历，无不与WinXP和Linux的激烈碰撞有关。多年前，我就开始在一台电脑上同时安装WinXP和Linux，只要遵守先安装WinXP再安装Linux的顺序，就不会出问题，Linux的安装程序会自动识别多系统，安装完成后可顺利启动多系统。有一天，我觉得单用Linux就够了，于是就格了整个硬盘安装了Linux。又有一天，我觉得还是要用WinXP，于是就重新安装WinXP(不要对我说虚拟机，多年前我的电脑还只有256M内存，虚拟机根本跑不动)，结果发现，WinXP的安装程序没办法对硬盘进行分区了。这个坑是由Linux中的LVM引起的，WinXP识别不了LVM分区，那个时代的WinPE、DOS工具箱中的所有工具都没办法识别LVM，而那时我对Linux的了解又只停留在只会在安装系统的时候分区，根本不知道Linux系统中还有fdisk、parted这样的工具，所以折腾了许久才从坑里面爬出来。多年后的现在，我又一次掉入了坑中。我工作时用的电脑是WinXP系统(天朝国情，你懂的)，为了干点私活，我又装了个Ubuntu上去了，这两个系统一直相安无事。直到有一天，我把Ubuntu系统又折腾挂了，于是重装，因为在分区的时候不小心选择了默认的“清除整个盘并安装Ubuntu”，然后硬盘就被整个格掉了，WinXP就没有了。我当时想，这多大点儿事，我再装个WinXP不就完了吗。但是问题来了，无论我怎么安装，WinXP系统就是启动不了。后来才整明白，这个坑是硬盘采用了GPT分区引起的。那为什么我让Ubuntu自动分区它就分成了GPT分区呢?这也怪这台惠普的工作用机比较奇葩，它即支持legacy BIOS，也支持EFI，当原来WinXP存在时，它用的当然是MBR分区(msdos分区)，所以安装Ubuntu时就是使用的MBR分区，而后来Ubuntu自动分区时，它看到主板支持EFI，就自动把硬盘整成GPT分区了。我也是折腾了几天才明白这个道理，最后终于在Ubuntu LiveCD的parted程序的帮助下，使用一个mklabel msdos命令把硬盘从GPT分区更改为MBR分区，然后再按顺序安装WinXP和Ubuntu，才算是从坑里面爬出来。

对于那些长期管理大型机房和大存储容量的服务器的朋友，对于硬盘分区，他们肯定是早就做好了功课。不会像我这样，直到碰到问题才会去学习相关的知识。对于硬盘分区的这些知识，我总结如下(只是简单总结，具体内容请大家自行搜素)：

1、传统的BIOS只支持从MBR分区的硬盘启动。MBR分区的分区表保存在硬盘的第一个扇区，而且只有64字节，所以最多只能有四个表项。也就是说，我们只能把硬盘分为4主分区，或者分成小于等于3个主分区再加一个扩展分区。扩展分区又可以分为多个逻辑分区。MBR分区的优点就是简单，大家都用，所以大家都懂的嘛，很多操作系统都可以从MBR分区的硬盘启动。缺点就是MBR分区不能识别大于2T的硬盘空间，也不能有大于2T的分区;

2、GPT分区的硬盘可以解决以上MBR分区的所有缺点，它没有4个主分区的限制，想分几个主分区就可以分几个主分区，它可以识别大于2T的硬盘空间，每个分区的大小也可以超过2T。但是它的缺点是需要操作系统支持。比如只有WinXP 64位、Win Vista、Win 7和Win 8和比较新的Linux发行版支持GPT分区的硬盘。而且，如果没有EFI的支持的话，以上系统也只能将GPT分区的硬盘当成数据盘，不能从GPT分区的硬盘启动;

3、要从GPT分区的硬盘启动，则主板使用EFI、硬盘使用GPT分区、操作系统支持GPT和EFI这三个条件缺一不可。目前比较新的64位Linux系统和Win8系统都是支持EFI的，所以都是需要从GPT分区的硬盘启动的。现在的电脑主板已经逐渐抛弃legacy BIOS，而只支持EFI了。(像我的工作机这样的过渡产品将越来越少。)目前很多预装Win8的笔记本的主板几乎都只支持EFI了。所以，学习GPT和EFI的相关知识势在必行;

4、以上分区策略都是固定分区。硬盘分区一旦完成，则分区的大小不可改变，如果要改变分区的大小的话，只有重新分区。而且由于没有办法把多个硬盘分到一个区，所以再怎么分，每个分区的大小都有限。所以我们需要一种动态分区的东西。LVM就是这样一个东东，它叫逻辑卷管理。使用LVM的机制是这样的：首先把硬盘分区或者整块硬盘标记为一个物理卷(PV)，然后再创建一个卷组(VG)，把一个或多个物理卷加入卷组，最后对卷组进行分区，每一个分区称为一个逻辑卷(LV)。LVM的优点就是可以随时向卷组中添加物理卷扩展卷组的大小，以可以动态调整逻辑卷的大校这在服务器中尤其有用，比如说有一个原本有100个用户的服务器，其/home目录下就会有100个用户的主目录，如果给他们每人分配20G的空间的话，就会占满一个2T的硬盘，如果这时再来100个用户怎么办?如果使用LVM就可以顺利解决这个问题，我们可以再加一个3T的硬盘，然后把这个硬盘加入卷组就可以扩大卷组的大小，然后再调整/home所在的逻辑卷的大小即可。LVM既可以搭配MBR使用，也可以搭配GPT使用。

下面通过Ubuntu 14.04安装过程中自动分区的策略来验证以上知识点。首先，对于只支持legacy BIOS的电脑，安装Ubuntu时分区选项如下：

这时，不选择启动LVM的选项。安装完操作系统后，使用parted程序查看硬盘分区，通过查看/etc/fstab文件来了解哪个分区对应哪个文件系统，如下图：

通过上面图片中parted程序中的print命令的输出可以看出，硬盘的分区表类型为msdos，也就是MBR分区。硬盘分为一个主分区sda1和一个扩展分区sda2，主分区sda1占20.4G，扩展分区sda2只有1072M，扩展分区中只有一个逻辑分区sda5。通过/etc/fstab可以看出主分区sda1挂载到根目录，逻辑分区sda5为交换空间。

上面的分区方案是最简单最常用的一种。下面来看看启用LVM是什么效果。在选择分区方案的界面选择开启LVM的选项，如下图：

安装完操作系统后，还是通过parted程序和/etc/fstab来查看硬盘的分区及使用情况，如下图：

从图中可以看出，分区表的类型还是msdos。硬盘还是只分了一个主分区sda1和一个扩展分区sda2，但是主分区sda1只有255M，扩展分区sda2倒是有21.2G，同样扩展分区只分为一个逻辑分区sda5，逻辑分区sda5占用扩展分区中全部的21.2G空间，而且sda5的标志是lvm，说明该分区被标记为一个物理卷(PV)，它肯定是被加入到了一个卷组(VG)中。通过/etc/fstab文件可以看出，主分区sda1挂载到/boot，而根目录和交换空间挂载的是两个逻辑卷(LV)。

通过LVM命令可以查看系统中卷组、物理卷和逻辑卷的信息，如下图：

通过pvs和pvdisplay命令，可以看到系统中只有一个物理卷，那就是/dev/sda5，该物理卷加入到了卷组ubuntu-vg之中。通过vgs和vgdisplay命令可以看到系统中只有一个卷组，那就是ubuntu-vg，该卷组被分为两个逻辑卷。

再看下图：

通过lvs和lvdisplay命令可以看到卷组分为两个逻辑卷，它们分别挂载到根目录和交换空间。

通过LVM命令还可以进行更多的操作，比如创建新的卷组，将新的物理卷加入到卷组，增大或减小逻辑卷的大小等等。具体用什么命令，一个help即可搞定。

最后，来看看在主板只支持EFI的情况下，Ubuntu如何分区。安装的启动界面如下：

这个安装界面和legacy BIOS系统下的安装界面是不同的，传统的安装界面如下：

在EFI模式下，还是选择自动分区。安装完操作系统后，使用parted和/etc/fstab来查看硬盘的分区和使用情况，如下图：

通过以上图片可以看出，硬盘的分区表类型为gpt，硬盘分为三个区，都是主分区。其中第1个分区sda1的大小是537M，文件系统是fat32，其挂载的路径是/boot/efi，而另外两个分区一个挂载到根目录，一个为交换空间。从上面的信息我们不难推断：只支持EFI的主板只能从GPT分区的硬盘启动，而且该硬盘第1个分区必须为fat32文件系统，该文件系统中存放的是EFI需要的各种文件。

如果在安装Ubuntu系统的时候不是选择自动分区，而是选择最后那个“其它选项”来自定义分区，会发现其实Ubuntu提供的自定义分区功能很有限。它没办法让人选择是使用MBR分区还是使用GPT分区，也没有办法选择是否启用LVM。如果需要更灵活的管理的话，还是只有点击“试用Ubuntu”按钮，进入LiveCD的Ubuntu系统后，使用parted命令和lvm命令手动管理硬盘分区。