硬盘主引导记录(MBR)及其结构详解
硬盘的0柱面、0磁头、1扇区称为主引导扇区,FDISK程序写到该扇区的内容称为主引导记录(MBR)。该记录占用512个字节,它用于硬盘启动时将系统控制权交给用户指定的,并在分区表中登记了的某个操作系统区。
1.MBR的读取
硬盘的引导记录(MBR)是不属于任何一个操作系统,也不能用操作系统提供的磁盘操作命令来读取它。但我们可以用ROM-BIOS中提供的INT13H的2号功能来读出该扇区的内容,也可用软件工具Norton8.0中的DISKEDIT.EXE来读取。
用INT13H的读磁盘扇区功能的调用参数如下:
入口参数:AH=2 (指定功能号)
AL=要读取的扇区数
DL=磁盘号(0、1-软盘;80、81-硬盘)
DH=磁头号
CL高2位+CH=柱面号
CL低6位=扇区号
CS:BX=存放读取数据的内存缓冲地址
出口参数:CS:BX=读取数据存放地址
错误信息:如果出错CF=1 AH=错误代码
用DEBUG读取位于硬盘0柱面、0磁头、1扇区的操作如下:
A>DEBUG
-A 100
XXXX:XXXX MOV AX,0201 (用功能号2读1个扇区)
XXXX:XXXX MOV BX,1000 (把读出的数据放入缓冲区的地址为CS:1000)
XXXX:XXXX MOV CX,0001 (读0柱面,1扇区)
XXXX:XXXX MOV DX,0080 (指定第一物理盘的0磁头)
XXXX:XXXX INT 13
XXXX:XXXX INT 3
XXXX:XXXX (按回车键)
-G=100 (执行以上程序段)
-D 1000 11FF (显示512字节的MBR内容)
2.MBR的组成
一个扇区的硬盘主引导记录MBR由4个部分组成。
主引导程序(偏移地址0000H--0088H),它负责从活动分区中装载,并运行系统引导程序。
出错信息数据区,偏移地址0089H--00E1H为出错信息,00E2H--01BDH全为0字节。
分区表(DPT,Disk Partition Table)含4个分区项,偏移地址01BEH--01FDH,每个分区表项长16个字节,共64字节为分区项1、分区项2、分区项3、分区项4。
结束标志字,偏移地址01FE--01FF的2个字节值为结束标志55AA,如果该标志错误系统就不能启动。
0000-0088
|
Master Boot Record
主引导程序 |
主引导 程序 |
0089-01BD |
出错信息数据区 |
数据区 |
01BE-01CD |
分区项1(16字节) |
分区表
|
01CE-01DD |
分区项2(16字节) |
|
01DE-01ED |
分区项3(16字节) |
|
01EE-01FD |
分区项4(16字节) |
|
01FE |
55 |
结束标志 |
01FF |
AA |
3.MBR中的分区信息结构
占用512个字节的MBR中,偏移地址01BEH--01FDH的64个字节,为4个分区项内容(分区信息表)。它是由磁盘介质类型及用户在使用 FDISK定义分区时确定的。在实际应用中,FDISK对一个磁盘划分的主分区可少于4个,但最多不超过4个。每个分区表的项目是16个字节,其内容含义如下表所示。
存贮字节位 |
内容及含义 |
第1字节 |
引导标志。若值为80H表示活动分区,若值为00H表示非活动分区。 |
第2、3、4字节 |
本分区的起始磁头号、扇区号、柱面号。其中: 磁头号——第2字节; 扇区号——第3字节的低6位; 柱面号——为第3字节高2位+第4字节8位。 |
第5字节 |
分区类型符。 00H——表示该分区未用(即没有指定); 06H——FAT16基本分区; 0BH——FAT32基本分区; 05H——扩展分区; 07H——NTFS分区; 0FH——(LBA模式)扩展分区(83H为Linux分区等)。 |
第6、7、8字节 |
本分区的结束磁头号、扇区号、柱面号。其中: 磁头号——第6字节; 扇区号——第7字节的低6位; 柱面号——第7字节的高2位+第8字节。 |
第9、10、11、12字节 |
本分区已用的扇区数。 |
第13、14、15、16字节 |
本分区的总扇区数。 |
4.MBR的主要功能及工作流程
在CPU上电之后,若由硬盘启动,则BIOS将硬盘的主引导记录(位于0柱面、0磁道、1扇区)读入7C00处,然后将控制权交给主引导代码。主引导代码的任务包括:
扫描分区表,找到一个激活(可引导)分区;
找到激活分区的起始扇区;
将激活分区的引导扇区装载到内存7C00处;
将控制权交给引导扇区代码;
如果主引导代码无法完成上述任务,它将显示以下错误信息之一:
No active partition.
Invalid partition table.
Error loading operating system.
Missing operating system.
机器加电或按reset键后都要进行系统复位,复位后CS=FFFFH,IP=0000H,那么自然就从FFFF:0000H处开始执行指令,这个地方只有一条JMP指令跳转到系统自检程序处,系统自检完成后把软盘的第一个扇区(如果由软盘启动)或者硬盘的第一个扇区,即MBR扇区(如果由硬盘启动)读入到0:7C00H处,然后把控制权交出,从0:7C00H处继续执行。
下面就是硬盘的MBR代码分析:
其中的引导扇区是指硬盘相应分区的第一个扇区,是和操作系统有关的。操作系统的引导是由它来完成的,而MBR并不负责,MBR和操作系统无关。引导扇区的任务是把控制权转交给操作系统的引导程序。
程序流程:
1 将程序代码由0:7C00H移动到0:0600H(注,BIOS把MBR放在0:7C00H处)
2 搜索可引导分区,即80H标志
成功:goto 3
失败:跳入ROM BASIC
无效分区表:goto 5
3 读引导扇区
失败:goto 5
成功:goto 4
4 验证引导扇区最后是否为55AAH
失败:goto 5
成功:goto 6
5 打印错误进入无穷循环
6 跳到0:7C00H进行下一步启动工作
5、硬盘逻辑驱动器的分区表链结构
硬盘是由很多个512字节的扇区组成,而这些扇区会被组织成一个个的“分区”。
硬盘的分区规则是:一个分区的所有扇区必须连续,硬盘可以有最多4个物理上的分区,这4个物理分区可以时个主分区或者3个主分区加一个扩展分区。在DOS/Windows管理下的扩展分区里,可以而且必须再继续划分逻辑分区(逻辑盘)。
扩展分区的信息位于硬盘分区表(DPT)中, 而逻辑驱动器的信息则位于扩展分区的起始扇区, 即该分区的起始地址(面/扇区/磁道)所对应的扇区, 该扇区中的信息与硬盘主引导扇区的区别是不包含MBR, 而16字节的分区信息则表示的是逻辑驱动器的起始和结束地址等。
MBR( Master Boot Record )主引导记录包含两部分的内容,前446字节为启动代码及数据,而从446(0x1BE)开始则是分区表,分区表由四个分区项组成,每个分区项数据为16字节,记录了启动时需要的分区参数。在启动过程中MBR的主引导程序,扫描分区表,找到一个激活分区;把激活分区的
引导扇区装入内存7C00中,并把控制权教引导扇区。grub不能引导DOS系统的
bootloader,MBR找到激活分区,使用的chainloader+1加载DOS的引导程序。
使用DD把DOS的IMG考入硬盘的分区中,可以引导。在linux不能使用fisk进行扩充
文件系统大小,gparted也不行。还没有找到扩展分区方法
第二部分 MBR修复方法
常见的MBR修复方法有三种
方法1:首先用光驱引导或者用软驱进入纯dos模式,再用 fdisk /mbr 命令恢复系统固有的主引导程序
方法2:用xp安装盘,进入恢复控制台, fixmbr x:
方法3:WinXP以上系统使用Diskpart命令里面的Clean擦出MBR
第三部分 修复MBR命令 Fdisk /mbr 详解
1. 主引导程序受损
此乃常见故障, 硬盘不能自举, 微机死锁, 或显示 boot failure-insert system diskette, ……之类; 经由软盘引导, fdisk 命令能列出分区信息。
取硬盘同版本 dos 软盘或应急盘引导, 运行 a>fdisk /mbr
命令,仅向主引导扇区写入当前系统固有的主引导程序, 硬盘即恢复自举能力, 如果 dos 引导信息及系统文件等均正常。
2. 仅设基本 dos 分区硬盘的主引导信息全损
前述表现之外, 执行 a>c:, 显示 invalid drive specification,乃分区表遭毁; fdisk 命令不能列出分区信息。 实践中曾遇两例原仅设基本 dos 分区的硬盘(无扩展dos分区), 主引导扇区面目皆非, 经分别运行原用的 ms dos 7.0 及 7.1 fdisk /mbr命令, 常规重写全套完全适用的主引导信息, 由于其 dos 引导信息、文件分配表、根目录及用户数据完好, c 盘均迅即康复。(常规 fdisk 命令初始化 dos 引导扇区等, 有需后续处理)
3. 清除 lilo 信息
在以系统自带的 linux load 过程中, 每修改主引导信息, 籍以引导 linux。 需要时, 删除 linux 分区后, 可用 fdisk /mbr 命令恢复系统固有的主引导程序。
要查看 MBR 的内容,请使用下面的命令:
# dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1# od -xa mbr.bin
这个 dd 命令需要以 root 用户的身份运行,它从 /dev/hda(第一个 IDE 盘) 上读取前 512 个字节的内容,并将其写入 mbr.bin 文件中。od 命令会以十六进制和 ASCII 码格式打印这个二进制文件的内容。