Linux学习记录——第一章 主机规划与磁盘分区
目录
MSDOS(MBR) 与 GPT 磁盘分区表(partition table)
GUID partition table, GPT 磁盘分区表
概述
Linux与硬件的联系是非常紧密的，根据用途的不同需要不同的硬件来配置你的Linux，并且可以从底层让你对Linux有初步的了解。所以在学习Linux之前需要学习一些与硬件相关的知识。
主机相关硬件配备的基本要求
- 一般小型主机且不含 X Window 系统：
o 用途：家庭用 NAT 主机(IP 分享器功能)或小型企业之非图形接口小型主机。
o CPU：五年内出产的产品即可。
o RAM：至少 512MB，不过还是大于 1GB 以上比较妥当！
o 网络卡：一般的以太网络卡即可应付。
o 显示适配器：只要能够被Linux捉到的显示适配器即可，例如NVidia或ATI的主流显示适配器均可。
o 硬盘：20GB 以上即可！ - 桌上型(Desktop)Linux 系统/含 X Window：
o 用途：Linux 的练习机或办公室(Office)工作机。(一般我们会用到的环境)
o CPU：最好等级高一点，例如 Intel I5, I7 以上等级。
o RAM：一定要大于 1GB 比较好！否则容易有图形接口停顿的现象。
o 网络卡：普通的以太网络卡就好了！
o 显示适配器：使用 256MB 以上内存的显示适配器！(入门级的都这个容量以上了)
o 硬盘：越大越好，最好有 60GB。 - 中型以上 Linux 服务器：
o 用途：中小型企业/学校单位的 FTP/mail/WWW 等网络服务主机。
o CPU：最好等级高一点，例如 I5, I7 以上的多核心系统。
o RAM：最好能够大于 1GB 以上，大于 4GB 更好！
o 网络卡：知名的 broadcom 或 Intel 等厂牌，比较稳定效能较佳！
o 显示适配器：如果有使用到图形功能，则一张 64MB 内存的显示适配器是需要的！
o 硬盘：越大越好，如果可能的话，使用磁盘阵列，或者网络硬盘等等的系统架构， 能够具有更稳
定安全的传输环境，更佳！
o 建议企业用计算机不要自行组装，可购买商用服务器较佳， 因为商用服务器已经通过制造商的散热、
稳定度等测试，对于企业来说，会是一个比较好的选择。
硬件对应的Linux文件名
在linux中所有的硬件都是被当做文件来看待的。
磁盘分区
硬盘连接方式与文件名
上图已经提到磁盘装置文件名为/dev/sd[a-p]的格式，如果是虚拟机则可能为/dev/vd[a-p]的格式。其中[a-p]则根据 Linux 核心侦测到磁盘的顺序进行分配
磁盘组成
其中扇区的物理量设计有两种大小，分别是 512bytes 与 4Kbytes。
整颗磁盘的第一个扇区非常重要，他记录了整颗磁盘的重要信息，称为 MBR (Master Boot Record) 格式。但随着磁盘容量的提升，读写出现困难，又出现了另一种格式称为 GPT (GUID partitiontable)。
MSDOS(MBR) 与 GPT 磁盘分区表(partition table)
在上图中，所有磁盘盘的同一个磁道我们称为磁柱 (Cylinder)， 通常那是文件系统的最小单位，也就是分区槽的最小单位。但是近来GPT可达到 64bit 纪录功能的分区表， 现在我们甚至可以使用扇区 (sector)号码来作为分区单位。所以说，我们就是利用参考对照磁柱或扇区号码的方式来处理。
MSDOS (MBR) 分区 表格式与限制
早期的 Linux 系统为了兼容于 Windows 的磁盘，因此使用的是支持 Windows 的 MBR(Master BootRecord, 主要开机纪录区) 的方式来处理开机管理程序与分区表。而开机管理程序纪录区与分区表则通通放在磁盘的第一个扇区， 这个扇区通常是 512bytes 的大小 (旧的磁盘扇区都是 512bytes 喔！)，所以说，第一个扇区 512bytes 会有这两个数据：
- 主要启动记录区(Master Boot Record, MBR)：可以安装开机管理程序的地方，有 446 bytes
- 分区表(partition table)：记录整颗硬盘分区的状态，有 64 bytes
由于分区表所在区块仅有 64 bytes 容量，因此最多仅能有四组记录区，每组记录区记录了该区段的启始与结束的磁柱号码（其实分区表就相当于一个映射表，将整个磁盘分区，磁盘本身是不会分区的）。分区槽的名字大概会像下面这样：
- P1:/dev/sda1
- P2:/dev/sda2
- P3:/dev/sda3
- P4:/dev/sda4
当然想要多余四个的分区也是可以的，像下面这样利用额外的扇区来记录分区信息：
其实就是直接映射范围不够，采用间接映射来扩大范围。
- 像第一磁区这样的叫做主要(Primary)分区槽，延伸分区的叫做延伸(Extended)分区槽，被延伸分割出来的的分区叫做逻辑分区槽(logical partition)。
- 延伸分区最多只能有一个(操作系统的限制)。
- 能够被格式化后，作为数据存取的分区槽为主要分区与逻辑分区。延伸分区无法格式化。
- 操作系统无法抓取到 2.2T 以上的磁盘容量！
对应文件名如下：
- P1:/dev/sda1
- P2:/dev/sda2
- L1:/dev/sda5
- L2:/dev/sda6
- L3:/dev/sda7
- L4:/dev/sda8
- L5:/dev/sda9
注意1-4是给主要或延伸分区槽用的，逻辑分区槽只能从5开始。
GUID partition table, GPT 磁盘分区表
4K 的扇区设计，使用所谓的逻辑区块地址(Logical Block Address, LBA)来处理。GPT 将磁盘所有区块以此 LBA(为了兼容，预设为 512bytes ) 来规划，而第一个 LBA 称为 LBA0 (从0 开始编号)。
GPT 使用了 34 个 LBA 区块来纪录分区信息，除了前面 34 个 LBA 之外，整个磁盘的最后 33 个 LBA 也拿来作为另一个备份。
- LBA0 (MBR 相容区块)
与 MBR 模式相似的，这个兼容区块也分为两个部份，一个就是跟之前 446 bytes 相似的区块，储存了第一阶段的开机管理程序！ 而在原本的分区表的纪录区内，这个兼容模式仅放入一个特殊标志的分区，用来表示此磁盘为 GPT 格式之意。而不懂 GPT 分区表的磁盘管理程序， 就不会认识这颗磁盘，除非用户有特别要求要处理这颗磁盘，否则该管理软件不能修改此分区信息，进一步保护了此磁盘。
- LBA1 (GPT 表头纪录)
这个部份纪录了分区表本身的位置与大小，同时纪录了备份用的 GPT 分区 (就是前面谈到的在最后 34 个 LBA 区块) 放置的位置， 同时放置了分区表的检验机制码 (CRC32)，操作系统可以根据这个检验码来判断 GPT 是否正确。若有错误，还可以透过这个纪录区来取得备份的 GPT(磁盘最后的那个备份区块) 来恢复 GPT 的正常运作。
- LBA2-33 (实际纪录分区信息处)
从 LBA2 区块开始，每个 LBA 都可以纪录 4 笔分区纪录，所以在默认的情况下，总共可以有 4*32 = 128 笔分区纪录。因为每个 LBA 有 512bytes，因此每笔纪录用到 128bytes 的空间，除了每笔纪录所需要的标识符与相关的纪录之外，GPT 在每笔纪录中分别提供了 64bits 来记载开始/结束的扇区号码，因此，GPT 分区表对于单一分区槽来说， 他的最大容量限制就会在『 2 64 * 512bytes = 2 63 * 1Kbytes = 2 33 *TB = 8 ZB 』，要注意 1ZB =2 30 TB 。
此外，GPT 分区已经没有所谓的主、延伸、逻辑分区的概念，既然每笔纪录都可以独立存在， 当然每个都可以视为是主分区。每一个分区都可以拿来格式化使用。
开机流程
BIOS 搭配 MBR/GPT 的开机流程
BIOS 则是一个写入到主板上的一个固件(固件就是写入到硬件上的一个软件程序)。这个 BIOS 就是在开机的时候，计算机系统会主动执行的第一个程序了。
简单流程：
- BIOS：开机主动执行的韧体，会认识第一个可开机的装置；
- MBR：第一个可开机装置的第一个扇区内的主要启动记录区块，内含开机管理程序；
- 开机管理程序(boot loader)：一支可读取核心文件来执行的软件；
- 核心文件：开始操作系统的功能...
第二点要注意，如果你的分区表为 GPT 格式的话，那么 BIOS 也能够从 LBA0 的 MBR 兼容区块读取第一阶段的开机管理程序代码， 如果你的开机管理程序能够认识 GPT 的话，那么使用 BIOS同样可以读取到正确的操作系统核心。
由于 LBA0 仅提供第一阶段的开机管理程序代码，因此如果你使用类似 grub 的开机管理程序的话，那么就得要额外分区出一个『 BIOS boot 』的分区槽， 这个分区槽才能够放置其他开机过程所需的程序代码！在 CentOS 当中，这个分区槽通常占用 2MB 左右而已。
BIOS 与 MBR 都是硬件本身会支持的功能，至于 Boot loader 则是操作系统安装在 MBR 上面的一套软件，主要任务为：
- 提供选单：用户可以选择不同的开机项目，这也是多重引导的重要功能。
- 载入核心文件：直接指向可开机的程序区段来开始操作系统。
- 他转交其他loader：将开机管理功能转交给其他loader负责（开机管理程序除了可以安装在 MBR 之外， 还可以安装在每个分区槽的启动扇区(boot sector)）。
注意：如果要安装多重引导， 最好先安装 Windows 再安装 Linux。
Linux 在安装的时候，你可以选择将开机管理程序安装在 MBR 或各别分区槽的启动扇区， 而且 Linux 的loader 可以手动设定选单(就是上图的 M1, M2...)，所以你可以在 Linux 的 boot loader 里面加入 Windows 开机的选项。
Windows 在安装的时候，他的安装程序会主动的覆盖掉 MBR 以及自己所在分区槽的启动扇区，你没有选择的机会， 而且他没有让我们自己选择选单的功能。
UEFI BIOS 搭配 GPT 开机的流程
UEFI 主要是想要取代 BIOS 这个固件界面，因此我们也称 UEFI 为 UEFI BIOS。使用 C 程序语言，比起使用汇编语言的传统 BIOS 要更容易开发。
Linux的目录树
目录树结构
前面讲过Linux的所有数据都是以文件形态来呈现的，所以，整个 Linux 系统最重要的地方就是在于目录树架构
文件系统与目录树的关系( 挂载)
所谓的挂载就是利用一个目录当成进入点，将磁盘分区槽的数据放置在该目录下； 也就是说，进入该目录就可以读取该分区槽的意思。
主机硬盘的主要规划
目前还是新手所以仅分区出根目录与内存置换空间( / & swap )即可。 然后再预留一些剩余的磁盘以供后续的练习之用。
这部分等以后熟练了再来写。