磁盘分区规划¶

本文你会学到：

• BIOS 和 UEFI 固件的区别，以及它们如何影响分区方式
• MBR 与 GPT 两种分区表的结构限制和适用场景
• Linux 磁盘设备文件名的命名规律
• 主分区、扩展分区、逻辑分区的概念（MBR 专属）
• 挂载点如何将磁盘分区与目录树关联
• 实用的分区方案推荐

BIOS 与 UEFI：固件的两个时代¶

BIOS：16 位的"老祖宗"¶

BIOS（Basic Input/Output System）是写入主板芯片的固件，是计算机开机后**第一个被执行的程序**。它用汇编语言编写，运行在 16 位模式下。

BIOS 开机流程：

graph LR
    A["上电自检\nPOST"] --> B["BIOS 读取\n第一个可启动磁盘"]
    B --> C["读取第一个扇区\nMBR（446 Bytes）"]
    C --> D["Boot Loader\n载入 OS 内核"]
    D --> E["操作系统启动"]

    classDef step fill:transparent,stroke:#0288d1,color:#adbac7,stroke-width:1px
    class A,B,C,D,E step

BIOS 的核心限制：

• 只能识别 MBR 分区表（理论上也能引导 GPT，但需要兼容模式）
• MBR 存放 Boot Loader 的空间仅有 446 Bytes，能力有限
• 无法直接支持大于 2.2 TB 的磁盘分区
• 16 位架构，与现代 64 位系统协作能力弱

UEFI：现代固件标准¶

UEFI（Unified Extensible Firmware Interface，统一可扩展固件接口）是 BIOS 的继任者，用 **C 语言**编写，运行在保护模式下。

graph LR
    A["上电自检"] --> B["UEFI 固件\n加载驱动程序"]
    B --> C["读取 EFI 系统分区\nESP（FAT32）"]
    C --> D["EFI 应用程序\nGRUB2 / systemd-boot"]
    D --> E["操作系统启动"]

    classDef step fill:transparent,stroke:#388e3c,color:#adbac7,stroke-width:1px
    class A,B,C,D,E step

UEFI 与 BIOS 对比：

MBR 与 GPT：分区表的两个格式¶

MBR：512 字节里的历史包袱¶

MBR（Master Boot Record，主引导记录）位于磁盘**第一个扇区（512 Bytes）**，结构如下：

MBR 的分区表只有 64 Bytes，最多只能记录 4 个分区。这 4 个槽位只能分给**主分区（Primary）** 或 扩展分区（Extended）。

MBR 关键限制：

• 最大支持 2.2 TB 的分区（32 位寻址 × 512 Bytes/扇区）
• 最多 4 个主分区，或 3 主 + 1 扩展的组合
• 只有一份分区表，损坏后难以恢复

GPT：面向未来的分区表¶

GPT（GUID Partition Table，GUID 分区表）使用 LBA（Logical Block Address） 寻址，整体结构：

graph LR
    A["LBA 0\nMBR 兼容区块"] --> B["LBA 1\nGPT 表头\n含 CRC32 校验"]
    B --> C["LBA 2~33\n分区条目\n最多 128 个"]
    C --> D["...磁盘数据区域..."]
    D --> E["备份分区条目\nLBA -33~-2"]
    E --> F["备份 GPT 表头\nLBA -1"]

    classDef step fill:transparent,stroke:#f57c00,color:#adbac7,stroke-width:1px
    class A,B,C,D,E,F step

GPT 关键特性：

• 128 个分区：LBA 2~33 共 32 个区块，每块可记录 4 条，合计 128 条
• 最大 8 ZB：64 位 LBA 寻址，单分区最大 ≈ 8 × 10²¹ Bytes
• 双备份：分区表在磁盘头部和尾部各存一份，CRC32 校验，可自动修复
• 无主/扩展/逻辑分区之分：所有 128 个分区地位相同，均可直接格式化

MBR vs GPT 一览对比：

EFI 系统分区（ESP）¶

使用 UEFI + GPT 时，必须有一个 ESP（EFI System Partition）：

• 文件系统：FAT32
• 大小建议：512 MB ~ 1 GB
• 挂载点：/boot/efi
• 存储内容：EFI 引导程序（如 grubx64.efi）、内核、initrd（部分配置）

Linux 磁盘设备文件名¶

Linux 遵循"一切皆文件"哲学，所有磁盘设备都以文件形式出现在 /dev/ 目录下。

命名规律¶

分区编号规则¶

分区文件名在磁盘名后追加数字：

MBR 分区类型：主/扩展/逻辑¶

这是 MBR 特有的概念。GPT 不存在此限制，可直接跳过。

为什么需要扩展分区¶

MBR 分区表只有 64 Bytes，最多 4 条记录（主分区 + 扩展分区总数 ≤ 4）。如果需要超过 4 个分区，就得用**扩展分区（Extended Partition）** 作为容器，在其中划出多个**逻辑分区（Logical Partition）**。

graph TD
    DISK["磁盘 /dev/sda"] --> P1["/dev/sda1\n主分区"]
    DISK --> P2["/dev/sda2\n主分区"]
    DISK --> P3["/dev/sda3\n扩展分区\n（不能直接格式化）"]
    P3 --> L1["/dev/sda5\n逻辑分区"]
    P3 --> L2["/dev/sda6\n逻辑分区"]
    P3 --> L3["/dev/sda7\n逻辑分区"]

    classDef primary fill:transparent,stroke:#0288d1,color:#adbac7,stroke-width:1px
    classDef extended fill:transparent,stroke:#f57c00,color:#adbac7,stroke-width:2px
    classDef logical fill:transparent,stroke:#388e3c,color:#adbac7,stroke-width:1px
    class P1,P2 primary
    class P3 extended
    class L1,L2,L3 logical

规则总结：

• 主分区（Primary）：可直接格式化，最多 4 个（含扩展分区在内）
• 扩展分区（Extended）：最多 1 个，不能直接格式化，作为逻辑分区的"容器"
• 逻辑分区（Logical）：从扩展分区中划出，编号**从 5 开始**（1~4 保留给主/扩展）
• 注意：/dev/sda3、/dev/sda4 不一定存在，但如果逻辑分区用到 5 号，说明 1~4 号中必有扩展分区

GPT 时代已无此烦恼：128 个分区均为等价的"主分区"，直接用 gdisk 或 parted 划分即可。

挂载点：Linux 没有盘符¶

目录树与分区的绑定¶

Windows 把每个分区映射为一个盘符（C:、D:）。Linux 完全不同——只有一棵目录树，分区通过"挂载"绑定到树上的某个目录。

graph TD
    ROOT["/\n根目录（挂载到 /dev/sda2）"]
    ROOT --> BOOT["/boot\n（挂载到 /dev/sda1）"]
    ROOT --> HOME["/home\n（挂载到 /dev/sda3）"]
    ROOT --> USR["/usr"]
    ROOT --> ETC["/etc"]
    HOME --> U1["/home/alice"]
    HOME --> U2["/home/bob"]

    classDef mounted fill:transparent,stroke:#0288d1,color:#adbac7,stroke-width:2px
    classDef normal fill:transparent,stroke:#768390,color:#adbac7,stroke-width:1px
    class ROOT,BOOT,HOME mounted
    class USR,ETC,U1,U2 normal

判断文件属于哪个分区：从文件路径向上追溯，找到最近的挂载点。

示例：/home/alice/doc.txt

• 路径依次检查：doc.txt → alice → home → /
• /home 先被命中，该文件属于挂载到 /home 的那个分区

挂载的技术本质¶

"挂载（mount）"就是将一个**磁盘分区的文件系统**关联到目录树中某个**目录（挂载点）**。操作系统通过挂载点找到物理分区，完成读写。

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# 临时挂载一个分区
mount /dev/sdb1 /mnt/data

# 查看当前所有挂载
findmnt
lsblk -f

# 卸载
umount /mnt/data

永久挂载写在 /etc/fstab 中，推荐使用 UUID 而非设备名（UUID 不因磁盘顺序变化而改变）：

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# 查看分区 UUID
blkid /dev/sda1

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UUID=1234-abcd  /boot/efi  vfat  defaults  0  2
UUID=5678-efgh  /          ext4  defaults  0  1
UUID=9012-ijkl  /home      ext4  defaults  0  2
UUID=3456-mnop  swap       swap  sw        0  0

Swap 分区¶

为什么需要 Swap¶

当物理内存不足时，内核会把不活跃的内存页面换出到磁盘的 swap 区，腾出物理内存给活跃进程。这个机制防止系统因 OOM（Out of Memory）崩溃，代价是磁盘 I/O 比内存慢几个数量级。

Swap 还是**休眠（hibernate）** 功能的存储目标——挂起到磁盘时，内存快照写入 swap。

Swap 大小建议¶

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dd if=/dev/zero of=/swapfile bs=1G count=4
chmod 600 /swapfile
mkswap /swapfile
swapon /swapfile

实用分区方案¶

根据使用场景，推荐以下几种常见方案：

方案一：极简方案（个人学习/虚拟机）¶

仅划分两个分区，适合初学者或资源有限的场景：

优点：简单，无需担心某个分区空间不足。

方案二：标准桌面/服务器方案¶

分离 /home 保护用户数据，重装系统时无需格式化 /home：

方案三：企业服务器方案¶

独立挂载 /var（日志）和 /tmp（临时文件），防止日志写满根分区：

常用分区工具速查¶

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# 查看磁盘和分区
lsblk
fdisk -l /dev/sda

# 用 gdisk 操作 GPT 磁盘（交互式）
gdisk /dev/sda
# 常用命令：p 打印，n 新建，d 删除，t 改类型，w 写入退出，q 放弃退出

# 用 parted 脚本化操作
parted /dev/sdb -- mklabel gpt
parted /dev/sdb -- mkpart ESP fat32 1MiB 513MiB
parted /dev/sdb -- set 1 esp on
parted /dev/sdb -- mkpart primary ext4 513MiB 100%