探索NetBSD磁盘标签

# NetBSD: 深入磁盘标签 来源：https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html 博客 (https://movq.de/blog/)\-git (https://movq.de/git/)\-桌面 (https://movq.de/desktop/)\-联系 (https://movq.de/contact.html) --- 2026\-09\-25 由于我来自 DOS 和 Linux 环境（并且在我的 OpenBSD 系统上基本忽略了这点——是的，该为此感到羞愧），我对 BSD 磁盘标签不太熟悉。那么，让我们来探究一下。我不能完全确定所有 BSD 系统都使用完全相同的格式，而且据我所知，不同架构之间存在差异，所以让我们具体来说：我正在研究 x86\_64 架构上的 NetBSD 11。我将在虚拟机中运行所有内容，这样我可以轻松地更换磁盘并进行检查。为了避免与 MBR 系统冲突（https://en.wikipedia.org/wiki/BSD_disklabel#Where_disklabels_are_stored），磁盘标签存储在不同的位置。在我的测试虚拟机中，可以在第二个扇区找到它： bine-initial.png：十六进制编辑器截图： 在偏移量 0x200 处，我们可以看到磁盘标签的魔数。（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/bine-initial.png） 我主要对这个磁盘标签的格式感兴趣：各个字节意味着什么？在哪里有规范/文档？ --- ## 目录 - 在哪里可以找到文档？（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html#where-to-find-documentation） - 第 0 部分：磁盘标签在哪里？（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html#part-0-where-is-the-disklabel） - 第 1 部分：“磁盘元数据”（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html#part-1-disk-metadata） - 第 2 部分：分区表（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html#part-2-the-partition-table） - 验证校验和（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html#verifying-the-checksum） - 练习：在十六进制编辑器中创建一个随机分区（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html#exercise-create-some-random-partition-in-the-hex-editor） - 总结（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/POSTING-en.html#conclusion） --- ## 在哪里可以找到文档？ 这个问题很容易回答。查看`man disklabel`（正如你会“本能”地那样做，因为它是操作这些标签的工具），在`SEE ALSO`部分有`disklabel(5)`：第 5 部分描述文件格式，所以这是我们想要查看的（`man 5 disklabel`）。不过，对于本文的大部分内容，我直接查看了`/usr/include/sys/disklabel.h`而不是手册页。 ## 第 0 部分：磁盘标签在哪里？ 首先是最重要的问题。手册页告诉你在哪里找到磁盘标签：`getlabelsector()`和`getlabeloffset()`就是答案。所以让我们写一个小程序来看看它们返回什么。 ```netbsd # cat test.c #include <stdio.h> #include <util.h> int main() { printf("getlabelsector() = %d\n", getlabelsector()); printf("getlabeloffset() = %ld\n", getlabeloffset()); return 0; } # cc -Wall -Wextra -o test test.c -lutil ``` 输出： ``` netbsd# ./test getlabelsector() = 1 getlabeloffset() = 0 ``` 所以扇区 1（在我的例子中是字节偏移量 512）是正确的。上面截图中的不是随机数据，那*就是*磁盘标签。磁盘标签以一堆关于磁盘的“元数据”开始，然后是实际的分区表。让我们先来看看这些元数据。这有点难以图解。先给出一个概览（在文本旁边的新标签页中打开它），然后我们将逐一查看： disklabel-metadata.png：我的磁盘标签的十六进制转储。颜色表示各个字段。（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/disklabel-metadata.png） 所有这些在我的 Intel 机器上都是*小端序*。 通用磁盘/驱动器信息： - `5745 5682`：`d_magic`，魔数 - `0f00`：`d_type`，驱动器类型 =`0x0f`= “逻辑磁盘” - `0000`：`d_subtype`，特定于`d_type` - `6c64...0000` / `"ld1"`：`d_typename` - `4d79...0000` / `"My Cool Disk"`：`d_packname`，用户输入的名称 `disklabel.h`包含`d_type`可能值的表格。 几何/大小： - `0002 0000`：`d_secsize`，每扇区 512 字节 - `3f00 0000`：`d_nsectors`，每磁道 63 个扇区 - `1000 0000`：`d_ntracks`，每柱面 16 个磁道 - `0401 0000`：`d_ncylinders`，每个单元 260 个柱面 - `f003 0000`：`d_secpercyl`，每柱面 1008 个扇区 - `0000 0400`：`d_secperunit`，每个单元 262144 个扇区（128 MiB） - `0000`：`d_sparespertrack`，每磁道无备用扇区 - `0000`：`d_sparespercyl`，每柱面无备用扇区 - `0000 0000`：`d_acylinders`，“备用柱面”（？） 硬件参数和时序，在 x86\_64 上可能非常无关紧要： - `100e`：`d_rpm`，3600 - `0100`：`d_interleave` - `0000`：`d_trackskew` - `0000`：`d_cylskew` - `0000 0000`：`d_headswitch`，磁头切换时间（微秒） - `0000 0000`：`d_trkseek`，磁道到磁道寻道时间（微秒） - `0000 0000`：`d_flags`，“通用标志” :-) - 5x`0000 0000`：`d_drivedata`，驱动器类型特定 - 5x`0000 0000`：`d_space`，保留 第一部分的结束： - `5745 5682`：`d_magic2`，魔数 - `c61d`：`d_checksum` - `0400`：`d_npartitions`，下面数组中有多少个分区 - `0020 0000`：`d_bbsize`，启动区域在 sn0 的大小（字节） - `0020 0000`：`d_sbsize`，文件系统超级块的最大大小（字节） 这些是我通过手动读取十六进制转储并与头文件中的`struct disklabel`比较后确定的值。就我所知，它与`disklabel`工具的输出匹配： ``` netbsd# disklabel ld1 # /dev/rld1: type: ld disk: ld1 label: My Cool Disk flags: bytes/sector: 512 sectors/track: 63 tracks/cylinder: 16 sectors/cylinder: 1008 cylinders: 260 total sectors: 262144 rpm: 3600 interleave: 1 trackskew: 0 cylinderskew: 0 headswitch: 0 # microseconds track-to-track seek: 0 # microseconds drivedata: 0 ``` 很多信息感觉相当过时，至少在“现代” x86\_64 上是这样。（但 MBR 在这方面也没好*多少*，仍然有所有的 CHS 东西。）而且其中很多确实未被使用，只是设置为 0。 ## 第 2 部分：分区表 `d_npartitions`说有四个分区。这里是该表格的概览，它紧跟在“元数据”部分之后： disklabel-partitions-overview.png：与上面相同的十六进制转储，但分区表所在区域被高亮显示。（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/disklabel-partitions-overview.png） 这对应于分区`a`、`b`、`c`和`d`。让我们仔细看看分区`a`： disklabel-partition-a.png：与上面相同的十六进制转储，分区'a'的各个字段被高亮显示。（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/disklabel-partition-a.png） 各个字段： - `0000 0400`：`p_size`，262144 个扇区 - `0000 0000`：`p_offset`，0 个扇区 - `0000 0000`：`p_fsize`，“文件系统基本片段大小”（？） - `07`：`p_fstype`，文件系统类型 =`0x07`=`4.2BSD / ffs` - `00`：`p_frag`，“文件系统每个块的片段数”（？） - `0000`：`p_cpg`或`p_sgs`：UFS 或 LFS 特定 `disklabel.h`包含`p_fstype`可能值的表格。我认为只有三个重要的信息： - 起始， - 结束， - 分区类型。 再次，我的解释与`disklabel`的输出匹配： ``` netbsd# disklabel ld1 ... 4 partitions: # size offset fstype [fsize bsize cpg/sgs] a: 262144 0 4.2BSD 0 0 0 # (Cyl. 0 - 260*) d: 262144 0 unused 0 0 # (Cyl. 0 - 260*) ``` 根据 Martin Husemann 的这封邮件（https://mail-index.netbsd.org/netbsd-users/2018/09/22/msg021452.html），分区`d`在 x86\_64 上始终存在，并描述整个磁盘。分区`c`将是 NetBSD 可用的区域。为什么这里没有输出`c`，我不确定。（实际上，不，我想我知道原因：大小、偏移量和类型都是零，所以它被隐藏了，我猜。但为什么当我第一次创建磁盘标签时`disklabel -I`没有包含`c`？） ## 验证校验和 头文件说： ``` uint16_t d_checksum; /* xor of data incl. partitions */ ``` 所以...我想我们将所有这些数据分成 16 字节的块，然后将它们全部异或？让我们试试： ``` $ dd if=zwei.raw bs=512 count=1 skip=1 status=none | od -An -vt x2 -w2 | gawk '{ v = strtonum("0x" $1); cksum = and(xor(cksum, v), 0xFFFF) } END { printf("%04x\n", cksum) }' 0000 ``` 全零。当你想想：这证实了一切都是正确的。:-) 实际的校验和是那些 16 字节块之一，所以零是正确的答案。从数据中排除校验和： ``` $ dd if=zwei.raw bs=512 count=1 skip=1 status=none | od -An -vt x2 -w2 | sed 69d | gawk '{ v = strtonum("0x" $1); cksum = and(xor(cksum, v), 0xFFFF) } END { printf("%04x\n", cksum) }' 1dc6 ``` 这就对上了，它与我们在转储中看到的小端序`c61d`匹配。（显然，因为...那是我排除的那一行...是的...但你明白了。） 我还不熟悉 NetBSD 的代码库，但我认为这可能是他们计算校验和的代码（至少它做了和我一样的事情）： https://cvsweb.netbsd.org/bsdweb.cgi/src/sys/lib/libkern/dkcksum.c?rev=1.1.6.2;content-type=text%2Fplain ## 练习：在十六进制编辑器中创建一个随机分区 让我们反其道而行：根据我们现在所知的，打开十六进制编辑器并定义分区`i`，大小 1234 个扇区，从扇区 5678 开始，文件系统类型 ZFS。 分区`i`是第九个分区，所以它的条目应该从磁盘的字节 788 开始： ``` 512 + 0x94 + (9 - 1) * 16 = 788 \_/ \____/ \_______/ | | | \- 每个标签大小为 16 字节，参见 | | | disklabel.h。 | | | /- 我们想知道第九个标签的*起始位置*。 | | |-----/ | |-----/（第一个分区条目的起始位置，参见上面的十六进制转储） |-------/（磁盘上磁盘标签的起始位置） ``` 我们将在分区表中写入这些字段（这已经是*小端序*了）： - `p_size`=`d204 0000` 表示 1234 个扇区 - `p_offset`=`2e16 0000` 表示偏移量 5678 - `p_fstype`=`21`，根据`disklabel.h`中的表格 我们还需要将`d_npartitions`更新为`9`。所有中间的分区保持未使用状态。我将把`d_checksum`覆盖为四个零，这样我们就可以直接运行上面的`gawk`片段来计算新的校验和。看哪，它是：`160f`（小端序）。这些是我修改过的字节： bine-edit.png：我的十六进制编辑器截图，粉色高亮显示我更改的字节。（https://movq.de/blog/postings/2026-09-25/0/bine-edit.png） 让我们再次启动虚拟机，看看我们得到了什么： ``` netbsd# disklabel ld1 # /dev/rld1: type: ld disk: ld1 label: My Cool Disk flags: bytes/sector: 512 sectors/track: 63 tracks/cylinder: 16 sectors/cylinder: 1008 cylinders: 260 total sectors: 262144 rpm: 3600 interleave: 1 trackskew: 0 cylinderskew: 0 headswitch: 0 # microseconds track-to-track seek: 0 # microseconds drivedata: 0 9 partitions: # size offset fstype [fsize bsize cpg/sgs] a: 262144 0 4.2BSD 0 0 0 # (Cyl. 0 - 260*) d: 262144 0 unused 0 0 # (Cyl. 0 - 260*) i: 1234 5678 ZFS # (Cyl. 5*- 6*) disklabel: partitions a and i overlap ``` 看起来不错！（分区显然重叠了，因为`a`已经占用了整个磁盘。） ## 总结 这是一个有趣的下午，我确实感觉对磁盘标签更熟悉了。和往常一样，我真的需要这样一个*动手实践*的环节才能熟悉某样东西。如你所见，我用`（?）`标记了一些字段，因为它们的含义对我来说还不完全清楚。也许改天再说（或者也许不）。