Linux怎么知道有MBR分区表呢？

Question

您可能认为这个问题很简单，因为 msdos 分区表 MBR 以 55 AA（十六进制）结尾。但这并不是因为格式化为 FAT32（没有分区表）的磁盘也以 55 AA 结尾。

我这样格式化磁盘：

mkfs.vfat -F32 /dev/sdX

此类磁盘没有分区表，在 Linux 和 Windows 上均可识别。前 512 个字节以 55 AA 结尾。

Linux 如何知道在这样的磁盘上没有有效的分区表，即使它以 55 AA 结尾？

Answer 1

Linux 内核如何知道这不是 MBR，尽管它是块设备的第一个扇区并且以 0x55 0xAA 结尾？

答案就在代码中：https://elixir.bootlin.com/linux/latest/source/block/partitions/msdos.c#L616

首先，它尝试将该扇区中的数据解释为分区表，然后解释为 FAT 元数据。在第二种情况下，您不会为块设备创建任何分区。这是一种启发式方法，因此可能会出现一些边缘情况，错误检测到 PBR 中不存在的分区表。

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这就是原始 DOS 引导过程的工作原理：

第一个扇区包含主引导记录、分区表和一小段代码。现代系统上的此代码调用更复杂的引导加载程序。当时它查看分区表条目，并开始执行第一个活动（可引导）分区的第一个扇区。

第一个扇区是 FAT 分区的引导记录（https://wiki.osdev.org/FAT#Boot_Record）还包含一小段代码 - 这是 DOS 所需的整个引导加载程序（其任务是加载 IO.SYS 和 MSDOS.SYS 文件）。

分区引导记录和主引导记录的签名都是 0x55 0xAA。现在，在软盘等可移动驱动器上，仅仅为了浪费空间而拥有分区表是没有意义的，因此磁盘以 FAT 分区及其引导记录开始。这对 BIOS 没有什么影响，因为加载程序代码与 MBR 一样从偏移量 0 开始，因此它只需要执行那里的任何内容。

当然，PBR 具有与 MBR 不同的结构，描述了 FAT 文件系统的特征。

Answer 2

Linux是怎么知道的

我们必须清楚这里的术语：什么是Linux在这种情况下？

• Linux（或任何其他操作系统启动过程）：您的mkfs.vfat格式化的磁盘做以 MBR 引导扇区和只有一个条目的分区表开始将要在启动时执行。检查man mkfs.vfat的部分--mbr=no：
  

  使用磁盘签名填充（假）MBR 表一个分区，该分区从扇区 0 开始（包括 MBR 本身）并跨越整个磁盘设备。仅当 Microsoft Windows 系统上使用的不可移动磁盘以及格式化整个未分区磁盘时才需要它。磁盘签名和分区表的位置与第一个 FAT 扇区的末尾（引导代码位置）重叠，因此没有额外的空间使用。

  • Linux 分区工具也会检测该表：fallocate -l 100M fatimg; mkfs.vfat -F32 fatimg; echo print all | parted fatimg
• 但请注意，现代似乎存在一个错误，mkfs.vfat因此--mbr=no通常会被忽略，至少在格式化文件时是如此。
• Linux 内核分区扫描将只关心预期的 MBR 表，即磁盘的开头
• 当 Linux 看到一个分区时，挂载工具会探测文件系统；检查 VFAT 很容易。是否为VFAT文件系统还包含 MBR 记录：与此无关。文件系统驱动程序并不关心。

Answer 3

必须知道的不是Linux，而是BIOS。

BIOS将加载引导扇区（磁盘的第一个扇区）并执行它（它具有您编写的签名）。引导扇区的最后部分包含 4 个分区。引导代码只会找到活动分区，将其加载到内存中并执行它（因为引导扇区预计位于内存的精确位置，因此还有实际扇区的副本并跳转到其中）。新的引导扇区可以引导操作系统，或者只是它可能与 MBR 非常相似，但在这种情况下它是辅助分区表），如此递归。 GRUB 只是修改引导扇区，它利用磁盘扇区大于 512 字节（软盘扇区的大小）的事实来存储更多代码（以加载辅助 GRUB 代码）。

这就是代码的执行方式。

Linux（以及Linux）中的程序知道MBR的表结构（以及其他分区表格式，如您所见，这只是一种约定），因此他们知道在硬盘中它应该位于第一个扇区，并且每个扩展表应该有一个分区，并最终有一个到扩展表的附加链接。

如果程序或内核无法识别它，则无法编辑它。但 BIOS 可能可以启动（或者更好的是启动扇区中的代码可以做到这一点）。我们正在与旧程序进行对话，内存非常有限，因此不要期望太多逻辑。最坏的情况：“按任意键重新启动”。