設備與檔案名

在Linux中，設備（device）都被當成檔案來對待，

Question：如果個人PC上有兩個SATA磁盤和一個USB磁盤，主板上有六個SATA插槽，兩個SATA磁盤分別插在主板的SATA1和SATA5插槽上，請問這三個磁盤在Linux系統中的檔案名分別是什么？
Answer：SATA1插槽上的磁盤：/dev/sda；SATA5插槽上的磁盤：/dev/sdb；USB磁盤（開機后才能被系統捕捉到）：/dev/sdc，

磁盤磁區

磁盤的一個盤面可以劃分為不同的扇區（sector）和磁道（track），每個磁道包含相同數目的扇區，一個盤面包含多條磁道，每個盤面對應一個磁頭（head），磁盤不同盤面的相同半徑的磁道構成了一個磁柱（cylinder），磁柱是檔案系統的最小單位，也是磁區槽的最小單位， 存 儲 容 量 = 磁 頭 數 × 磁 道 （ 磁 柱 ） 數 × 每 道 扇 區 數 × 每 扇 區 字 節 數 存盤容量 = 磁頭數 \times 磁道（磁柱）數 \times 每道扇區數 \times 每扇區位元組數 存儲容量=磁頭數×磁道（磁柱）數×每道扇區數×每扇區字節數

磁盤的磁區格式主要分為MBR（Master Boot Record）和GPT（GUID Partition Table）兩種，大于2TB的磁盤只能采用GPT磁區格式，

MBR磁區表格式

MBR磁區格式兼容Windows磁盤，開機管理程式記錄區和磁區表都放在磁盤的第一個扇區，改扇區大小通常為512bytes，包括以下兩個資料：

• 主要啟動紀錄區（Master Boot Record, MBR）：安裝開機管理程式的地方，有446bytes；
• 磁區表（partition table）：紀錄整塊磁盤磁區的狀態，有64bytes，

MBR磁區表最多僅能有四組記錄區，每組記錄了該區段的起始與結束的磁柱號碼，這四個磁區被稱為主要磁區槽（primary partition）或者延伸磁區槽（extended partition），如果該硬碟設備的檔案名為/dev/sda，MBR磁區表中記錄的四個磁區槽的Linux檔案名分別為：/dev/sda1，/dev/sda2，/dev/sda3，/dev/sda4，如果作業系統為Windows，四個磁區槽的代號分別為C、D、E、F，

主要磁區和延伸磁區一共最多只能有四個，而且延伸磁區最多只能有一個，但是可以通過延伸磁區將硬碟磁區成四個以上的磁區，延伸磁區使用額外的扇區來記錄磁區資訊，由延伸磁區繼續切分出來的磁區槽被稱為邏輯磁區槽（logical partition），

假設一個硬碟設備被分為一個主磁區和一個延伸磁區，而延伸磁區又被繼續分為五個邏輯磁區，那么這七個磁區的Linux檔案名分別為：/dev/sda1，/dev/sda2，/dev/sda5，/dev/sda6，/dev/sda7，/dev/sda8，/dev/sda9，邏輯磁區的編號從5開始，因為編號1、2、3、4被保留給了主磁區和延伸磁區，

最后，延伸磁區無法格式化，但是主磁區和邏輯磁區可以被格式化，

GPT磁區表格式

GPT使用邏輯區塊地址（Logical Block Address, LBA）來處理扇區的定義，以兼容所有磁盤，每個LBA大小預設為512bytes，GPT使用了34個LBA區塊（LBA0至LBA33）記錄磁區資訊，

其中：

• LBA0為MBR相容區塊，包含了446bytes的開機管理程式和一個GPT磁區格式標志；
• LBA1為GPT表頭記錄，記錄了磁區表本身的位置和大小、備份用的GPT磁區位置（最后34個LBA區塊）、磁區表的檢驗機制碼（用于判斷GPT是否正確、是否需要從備份區塊位置恢復）；
• LBA2-33為實際紀錄磁區資訊處，每個LBA都可以記錄4筆磁區資訊，總共可以有128筆磁區記錄，每筆紀錄用到128bytes空間，其中64bits用來記錄開始/結束的扇區號碼，對于單一磁區槽而言，其最大容量限制為 2 64 × 512 b y t e s = 2 63 K B = 2 33 T B 2^{64}\times512bytes = 2^{63}KB = 2^{33}TB 264×512bytes=263KB=233TB，

BIOS與UEFI開機檢測程式

主機系統在加載硬體驅動方面的程式主要包括BIOS（Basic Input Output System）和UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，統一可擴展韌體介面）兩種機制，

BIOS搭配MBR/GPT的開機流程
BIOS是寫入到主板上的一個韌體（Firmware），BIOS會依照設定去識別第一個可開機的存盤設備，比如硬碟，然后到該硬碟里讀取第一個扇區的MBR位置，MBR內含的開機管理程式（boot loader）能夠讀取核心檔案，從而使得作業系統開始作業，BIOS也能從GPT磁區的LBA0區塊讀取開機管理程式，

開機管理程式除了可以安裝到MBR以外，也可以安裝到每個磁區槽的啟動扇區（boot sector），從而實作多重引導，如果要安裝多重引導，最好先安裝Windows再安裝Linux，因為Windows的安裝程式會主動覆寫MBR以及自己所在磁區槽的啟動扇區，

UEFI搭配GPT的開機流程
BIOS要通過GPT提供兼容模式才能讀取磁盤設備，UEFI由C語言開發而成，意在取代BIOS，其本質類似一個低階的作業系統，

Linux安裝模式下的磁盤磁區

檔案系統與目錄樹的關系：掛載
掛載就是把一個目錄當成進入點，將磁盤磁區槽的資料放置在該目錄下，也就是說，進入該目錄就可以讀取該磁區槽，進入點的目錄稱為掛載點，

References:
[1] 關于磁盤，磁柱，磁頭，扇區等
[2] 硬碟基本知識（磁道、扇區、柱面、磁頭數、簇、MBR、DBR）