Структура разделов GPT в Windows 8

В процессе движения в сторону изучения структуры разделов GPT в Windows 8, в какой-то момент наметилась необходимость детально рассмотреть принципы формирования структуры разделов на физическом носителе. Хочется понять, как формируется структура разделов GPT в Windows 8, какие именно разделы создает операционная система на этапе инсталляции, как она их размещает на пространстве физического носителя (диска), какие данные ОС хранит в тех или иных разделах, каким образом она использует разделы в процессе работы? Эти, а так же некоторые другие вопросы и призвана осветить (я на это в какой-то мере надеюсь) данная статья.
С чего же нам начать? С выбора платформы. Поскольку я не имел под рукой, на момент написания материала, никакого дополнительного аппаратного обеспечения, то и решил остановить свой выбор на виртуальной среде. Для полноты эксперимента, было бы корректно выбрать новую модель какого-нибудь ноутбука, по той лишь причине, что производители подобных устройств часто дополнительно размещают на носителях разделы, содержащие образы для восстановления ОС. Очевидный плюс данного подхода в том что мы имеем дополнительный раздел со специфическим ПО от производителя, которое необходимо для восстановления ОС в "исходное" состояние. Но, поскольку у меня и этой возможности не представилось, то я просто решил выполнить новую, "чистую" инсталляцию Windows 8 на имевшуюся в наличии виртуальную машину. Быть может, в будущем удастся дописать в эту статью недостающую информацию.
Изначально я хотел найти диск объемом более 2Тб, с целью проверить некоторые мои предположения, но, к сожалению, мне не удалось найди подобный носитель, а делать программную эмуляцию столь большого объема в VMWare не было ни малейшего желания.

Эксперимент будет производиться на следующей конфигурации:

• VMWare ESXi v5.5.0 build 1331820.
• Виртуальная машина VMWare: с диском объемом в 32Гб. (Thick Provision Eager Zeroed), то есть диск "занулен" при создании (записаны нули по всему пространству).
• Boot options заданы в EFI. Тем самым мы исключаем вариант использования MBR разметки.
• Windows 8.1 update 1 - x64 Профессиональная. Русская. версия 6.3.9600.

Мой выбор не случайно остановился на 64-разрядной версии Windows 8. Для себя я объяснил его довольно просто - 64-битная версия Windows сейчас является "вытесняющей" конфигурацией на рынке ПО, то есть наблюдается тенденция перехода на данную разрядность все большего и большего числа пользователей. Не спорю, что и 32-битная версия Windows 8 умеет прекрасно работать с GPT как на загрузку так и на хранение данных, однако будет придерживаться "мейнстрима".

С целью получения именно типовой структуры разделов GPT в Windows 8, в процессе инсталляции (на этапе разметки диска) мы оставляем всё "как есть" и выбираем довольно часто используемую пользователями схему разметки - используем все доступное пространство без ручного разбиения на разделы:

После этого продолжаем установку ОС, даем необходимые ответы на вопросы по параметрам и завершаем инсталляцию ОС. После финальной перезагрузки мы получаем на нашей виртуальной машине новую, девственно-чистую ОС Windows 8.1.
Теперь, при старте, Вы можете залогиниться в систему под своей учетной записью. Теперь, мы выберем традиционный и самый доступный метод для изучения структуры разделов Windows 8 - оснастку "Управление дисками" Для этого щелкнем правой кнопкой мыши по значку "Этот компьютер" и выберем пункт "Управление", затем запустим оснастку "управление дисками".
На скриншоте ниже можно увидеть типичную разметку диска на разделы:

В этой оснастке мы наблюдаем три раздела, которые были созданы на этапе инсталляции Windows.
Однако, имея некоторый опыт общения с продуктами MS, не будем делать скоропалительных выводов ни о количестве, ни о содержимом разделов.
Для подтверждения структуры разделов GPT в Windows 8 нам потребуется дополнительная проверка. Попробуем перепроверить и подтвердить полученную информацию с помощью утилиты diskpart:

Во-первых, с помощью утилиты diskpart мы можем удостовериться, что действительно сделали всё правильно, не ошиблись с режимом загрузки и имеем дело с разметкой GPT: на это указывает значок звездочки (*) напротив записи о диске в столбце GPT.
Во-вторых, разделов на единственном установленном в системе диске оказалось, по какой то причине, четыре?! Вот и верь после этого MS с их высокоуровневыми средствами работы с диском.. Как же так? В оснастке "управление дисками" мы видели всего-навсего три раздела, а diskpart показал четыре? До конца пока не разобрался в ситуации, но могу предположить, что раздел MSR (Microsoft System Reserved) имеет характеристики (GUID), на основе которых ОС (либо код утилит работы с дисками) скрывает его из оснастки "управление дисками". При анализе через низкоуровневые утилиты, выяснилось, что кроме GUID MSR и названия, раздел не содержит каких-либо специфических атрибутов, которые можно было бы отслеживать. Можно попробовать вручную, с помощью редакторов диска, преобразовать раздел MSR в обычный базовый, при этом не забыв поправить контрольную сумму в заголовке GPT, и посмотреть, появится ли он в оснастке "управление дисками".
Сам стандарт GPT не позволяет скрывать от пользователя разделы, поэтому MS использует для разделов "Системный" и "Восстановление" пользовательские атрибуты в битах 48-63 параметра атрибутов раздела GPT и сама же их и обрабатывает, что позволяет блокировать некоторые пользовательские действия с данными разделами через высокоуровневую оснастку "Управление дисками".
На основе все вышеизложенного, мы удостоверились в том, что оснастка "управление дисками" скрывает от нас массу полезной информации. Напрашивается логичный вывод:

Итого, на диске после инсталляции Windows 8 присутствует четыре раздела, которые выглядят следующим образом (и следуют в том же порядке):

1. Раздел восстановления. Размер 300Мб.
2. Системный (шифрованный EFI) раздел. Размер 99Мб.
3. Зарезервированный раздел. Размер 128Мб.
4. Основной раздел. Размер - оставшееся место.

Далее перед нами встает задача попытаться изучить содержимое данных разделов. Для решения этой задачи, нам надо добраться до файловых систем, размещенных на разделах. Тут на ум приходит, как минимум, два явных способа достижения цели:

1. Нетривиальный: использовать сторонние утилиты для просмотра содержимого раздела;
2. Тривиальный: попробовать просмотреть разделы в самой Windows, назначив буквы разделам с помощью системных утилит. Затем получить доступ к данным напрямую из утилит пользовательского уровня;

Для этой цели мы будем использовать уже полюбившуюся нам утилиту diskpart. Выполним команды в приведенной последовательности:

В показанном выше примере описана процедура назначения имени одному из разделов. Используйте подобный алгоритм для назначения букв всем разделам, предварительно переключая разделы командой

select partition <N>

где N - номер требуемого раздела из таблицы. В нашем случае мы должны назначить буквы первым трем разделам: Раздел 1, Раздел 2, Раздел 3. Смысла сопоставлять букву последнему, четвертому разделу "Раздел 4" нет, поскольку она уже назначена и мы видим его в системе в виде диска C:.

После всех указанных манипуляций, список томов у меня лично выглядел следующим образом:

Как Вы наверняка уже заметили, изучив рисунок, в системе появилось два дополнительных диска, ранее отсутствовавших, это X: и Y:. С этого момента их содержимое стало доступно утилитам пользовательского уровня. Проще говоря, изучить информацию на этих томах можно всеми теми утилитами, к которым Вы уже успели привыкнуть. Существует лишь одна рекомендация с моей стороны, позволяющая исключить появление непредвиденных ошибок:

Сам я тоже провел изучение информации, находящейся на служебных разделах, и теперь предоставлю свои выводы в виде списка.

Раздел восстановления

Содержит среду восстановления, которая может потребоваться в случае возникновения различного рода проблем. Вызывается по клавише F8 при старте Windows. Имеет размер ~300Мб. Раздел закрыт от простого пользователя с целью защиты от этого самого пользователя.

Содержимое раздела восстановления:

Непосредственно сама среда восстановления размещается в стандартном образе формата wim - winre.wim. Два других файла являются сопутствующими и предназначены для подготовки запуска среды.
Давайте рассмотрим каждый из файлов подробнее:

Шифрованный (EFI) системный раздел

Очень странно, что в названии данного раздела присутствует определение "шифрованный", ведь с этого раздела начинается загрузка ОС после стадий UEFI. В случае, если бы раздел был действительно зашифрован, UEFI должна была знать как именно его расшифровать с целью считать файлы загрузки, а ничего подобного до сих пор в коде загрузчиков я никогда не наблюдал. На некоторое время это обстоятельство ввело меня в замешательство, ведь я свободно наблюдал содержимое "зашифрованного" раздела. Можно было бы объяснить это явление тем, что Windows расшифровывает раздел в процессе работы, а не виден он только лишь из сторонних утилит при отключенном диске. Однако все эти догадки были отбракованы после того, как я случайно увидел английский вариант именования раздела: "EFI System Partition", что более известно нам под сокращением ESP. Очевидно, что никакого упоминания о шифровании нигде в английской версии не встречается.

Данный раздел уже известен нам по Windows 7 и предназначается для размещения файлов начального этапа загрузки операционной системы (Bootmgr/BCD) и файлов, обеспечивающих функционирование технологии BitLocker Drive Encryption.
Содержимое ESP (большое дерево):

Размер ESP динамический и варьируется от минимума в 1% ёмкости накопителя (или 100 Мбайт) до максимума в 1000 Мбайт. Используется файловая система FAT, хотя по спецификации стандарт UEFI позволяет использовать и файловые системы FAT12, FAT16, FAT32.
Теперь давайте посмотрим, что представляют из себя файлы раздела:

Microsoft размещает копии менеджеров загрузки в обеих местоположениях, где они могут загружаться: в дереве вендора (\EFI\Microsoft\Boot\) и в дереве загрузки по-умолчанию (\EFI\Boot\). Сделано это для того, что бы быть уверенным, что загрузка ОС пройдет в любой случае, и в случае слетевших установок NVRAM и в случае нормального процесса.

Зарезервированный раздел

Зарезервированный раздел Microsoft. Microsoft Reserved Partition (MSR). Одно из назначений раздела - использование в случае преобразования типа диска (простой-динамический).

Представляет из себя невидимый в обычной оснастке "управление дисками" раздел, который используется для нужд операционной системы. Не сопоставлен с какой-либо файловой системой. Одно из назначений раздела - использование в случае преобразования типа диска (простой-динамический). В случае конвертирования диска базового (простого) в динамический, система уменьшит размер MSR и на освободившемся пространстве создаст новый раздел, на котором разместит базу динамического диска. Как вычисляется размер MSR?

Основной раздел

Basic data partition (PatititonTypeGUID раздела равен EBD0A0A2-B9E5-4433-87C0-68B6B72699C7). Основной раздел данных. Раздел, на который была произведена инсталляция ОС Windows (у нас в системе он виден как диск C:). Содержит полную структуру каталогов ОС: Program Files, Program Files (x86), ProgramData, System Volume Information, Windows, Users(Пользователи), то есть все данные ОС. Поскольку раздел основной и системный, то и отформатирован он исключительно в файловой системе NTFS. Однако, разделы типа "Basic data partition" (основные разделы) могут содержать не только файлы ОС, этим типом маркируются все вновь созданные через оснастку "Управление дисками" разделы. Разделы этого типа могут содержать файловые системы FAT32/NTFS.

Раздел Push Button Reset

Необязательный скрытый раздел, предназначенный для восстановления системы в исходное "заводское" состояние через алгоритм под названием «Push Button Reset» (вольный перевод: сброс состояния одной кнопкой). Технология позволяет удалить текущую инсталляцию Windows и восстановить чистую, заводскую копию всего за несколько минут. Обычно создается/присутствует на ноутбуках/моноблоках. Конкретно в нашем случае, конечно же, отсутствует, поскольку на тестовом стенде попросту не создавался. Хранит данные для восстановления. Размер достаточно большой, в среднем порядка 15-20Гб.

Выводы

Ну вот, мы подошли уже к концу нашего небольшого эксперимента, бегло изучив структуру разделов GPT в Windows 8. Удалось выяснить, что инсталлятор Windows 8, работающий в системе с UEFI, в ходе процесса установки, в случае типовой разметки, создает несколько GPT разделов (перечислены в порядке физического размещения на носителе):

1. Раздел восстановления. Размер 300Мб. Содержит среду восстановления.
2. Шифрованный EFI системный раздел. Раздел EFI System Partition (ESP). Содержит загрузчик и другие необходимые для загрузки системы данные, такие как хранилище конфигурации загрузки (BCD), bootx64.efi и прочее. Может содержать файлы, используемые технологией BitLocker. ESP занимает примерно 1% от ёмкости жёсткого диска или минимум 100 Мбайт и максимум 1000 Мбайт. Файловая система FAT.
3. "Невидимый" раздел восстановления. MSR. Имеет обозначение Microsoft Reserved. Этот раздел используется для нужд операционной системы. К примеру, раздел используется в случае преобразования типа диска (простой-динамический).
4. Основной раздел. Используется для размещения файлов операционной системы.
5. Раздел Push Button Reset. Содержит данные для восстановления операционной системы в заводское состояние.