Главная загрузочная запись

Главная загрузочная запись (англ. master boot record, MBR) — код и данные, необходимые для последующей загрузки операционной системы и расположенные в первых физических секторах (чаще всего в самом первом) на жёстком диске или другом устройстве хранения информации.

MBR содержит небольшой фрагмент исполняемого кода, таблицу разделов (partition table) и специальную сигнатуру.

Функция MBR — «переход» в тот раздел жёсткого диска, с которого следует исполнять «дальнейший код» (обычно — загружать ОС). На «стадии MBR» происходит выбор раздела диска, загрузка кода ОС происходит на более поздних этапах алгоритма.

В процессе запуска компьютера, после окончания начального теста (Power-on self-test — POST), Базовая система ввода-вывода (BIOS) загружает «код MBR» в оперативную память (в IBM PC обычно с адреса 0000:7c00) и передаёт управление находящемуся в MBR загрузочному коду.

Структура главной загрузочной записи (MBR)

Адрес	Содержимое
0x0000	Код загрузчика
0x01B8	4-байтная сигнатура диска (только в Windows 2000, XP [1], но не в Windows 95/98 [2])
0x01BE	Четыре 16-байтных записи таблицы основных разделов (только схема таблицы основных разделов MBR)
0x01FE	2-байтная сигнатура MBR (55AA16)

Роль и место MBR в загрузке компьютера (для архитектуры x86)

В процессе загрузки компьютера x86 вначале всегда отрабатывается BIOS. На этой стадии, кроме тестирования и инициализации оборудования компьютера, происходит также и выбор устройства, с которого будет происходить дальнейшая загрузка. Это может быть дискета, жёсткий диск, сетевой ресурс, встроенное ПЗУ или любое иное устройство (алгоритм выбора загрузочного устройства может быть различным и зависит от реализации BIOS). После выбора загрузочного устройства управление всей дальнейшей загрузкой BIOS полностью передаёт этому устройству.

В случае, если устройство имеет только один раздел (как, например, дискета или сетевая загрузка), то выбор однозначен, и загрузка продолжается сразу с этого устройства. Однако, если устройство содержит несколько разделов, каждый из которых потенциально может быть загрузочным (как, например, в случае жёстких дисков), то возникает неопределённость: с какого именно раздела производить загрузку. Для разрешения неоднозначности по выбору раздела было предложено вынести этот вопрос из ведения BIOS и передать этот выбор самому устройству. Возникла идея использовать для этого небольшую программу, записанную на самом носителе, которая и осуществляла бы данный выбор. Так появилась концепция MBR.

Таким образом, потенциальное наличие нескольких загрузочных разделов, среди которых необходимо осуществить выбор — это ключевой момент в необходимости появления и отработки MBR. Для устройств с единственным (или однозначно заданным) загрузочным разделом концепция MBR лишена смысла и не используется.

Развитие MBR

Иногда в MBR кроме основной функции (выбора раздела) включаются также и другие функции, например, авторизация. Но это уже расширение и дополнение к основной функции и задаче MBR. Такие системы не получили широкого распространения.

Другие (не x86) системы

В связи с тем, что на других системах применяются иные архитектурные решения (начиная от активации железа и заканчивая загрузкой ОС), концепция MBR может быть к ним неприменима.

Стандартизация MBR

Утверждённого стандарта на структуру MBR не существует, однако, есть «сложившиеся традиции», которых придерживаются большинство MBR от разных производителей.

Иные форматы MBR

Загрузчики, отличные от стандартных Windows-загрузчиков, могут использовать всё пространство между MBR и первым разделом (около 32 кб) для собственных целей. В таких случаях под MBR понимают весь загрузочный код, а для выделения именно первых 512 байт говорят, что они расположены в MBS (Master Boot Sector) — главном загрузочном секторе.

Для операционных систем Microsoft понятия MBR и MBS совпадают, так как вся MBR содержится в MBS, хотя это не совсем правильно, так как под MBR подразумевают данные, а под MBS — физический сектор.

MBR от Microsoft (MS DOS и MS Windows)

Структура MBR

Структура MBR от Microsoft занимает один сектор (512 байт):

• область кода и служебных данных (446 байт)
• область partition table (4 записи по 16 байт)
• Сигнатура 55AAh (2 байта)

Содержание «Области кода и служебных данных» зависит от версии DOS и Windows, но функции остаются те же — поиск, загрузка и запуск нужного загрузочного сектора^[1][2][3].

Алгоритм работы кода MBR от Microsoft

BIOS (до MBR)

• BIOS проводит начальную инициализацию оборудования («железа»)
• BIOS определяет, с какого устройства производить дальнейшую загрузку: дискета, флеш-накопитель, жёсткий диск и т. д. (выбор устройства зависит от версии и от настроек BIOS)

[в данном описании рассматривается только случай загрузки с жесткого диска]

• BIOS считывает один сектор (512 байт), который находится по адресу: «цилиндр 0, головка 0, сектор 1», и помещает его в область памяти по адресу 0000:7c00
• BIOS проверяет, что этот сектор оканчивается сигнатурой 55ААh

[если это не так, то управление возвращается обратно в BIOS]

• BIOS передаёт управление по адресу 0000:7c00 (то есть сектору MBR)

MBR

Выбор загрузочного раздела и проверка целостности MBR:

• MBR копирует себя с адреса 0000:7c00 на адрес 0000:0600 (освобождая место для будущей загрузки уже собственно загрузчика ОС)
• MBR просматривает по очереди все записи о разделах и ищет первую запись об «активном» (== «загрузочном») разделе (то есть ищет раздел, отмеченный как 80h)
• В случае успеха (раздел, помеченный как 80h — найден) MBR запоминает номер этого раздела

[если просмотрены все 4 записи и не найден раздел, помеченный как 80h, то вызывается INT 18h. Это возвращает управление обратно в BIOS, что может приводить либо к загрузке BASIC, либо к повторной попытке загрузить систему с диска, либо к перезагрузке компьютера — в зависимости от версии и реализации BIOS]

• MBR просматривает все оставшиеся записи и проверяет, что это единственный активный раздел (что больше разделов, помеченных 80h, на данном физическом диске не существует)

[если находятся другие разделы, помеченные 80h, то MBR выводит сообщение об ошибке (обычно это что-то типа «Invalid partition table»), после чего система зависает в бесконечном цикле, из которого можно выйти только перезагрузкой компьютера]

• MBR проверяет, что в данном поле для всех 4-х разделов нет иных значений, кроме «00h» и «80h»

[если находятся разделы, помеченные значением, отличным от 00h или 80h, то MBR выводит сообщение об ошибке («Invalid partition table»), система зависает, требуется перезагрузка компьютера]

На этом заканчивается проверка MBR и начинается подготовка к загрузке ОС:

• MBR считывает первый сектор логического диска, помеченного как «загрузочный» и помещает этот сектор по адресу 0000:7c00
• MBR проверяет, что данный сектор заканчивается сигнатурой 55ААh

[если этой сигнатуры в этом месте нет, то выводится сообщение «Missing operating system» и компьютер подвисает, требуется перезагрузка]

• MBR передает управление по адресу 0000:7c00 (то есть загрузочному сектору выбранного логического раздела диска)

Загрузочный сектор логического диска (после MBR)

Загрузочный сектор зависит от типа файловой системы на логическом разделе диска и содержит код, выполняющий нахождение и загрузку собственно операционной системы на данном типе файловой системы.

Структура MBR

Структура главной загрузочной записи (MBR)

Смещение	Длина	Описание
000h	446	Код загрузчика
1BEh	64	Таблица разделов
	16	Раздел 1
1CEh	16	Раздел 2
1DEh	16	Раздел 3
1EEh	16	Раздел 4
1FEh	2	Сигнатура (55h AAh)

Код загрузчика

После завершения процедуры POST в ОЗУ по адресу 0x0000:0x7c00 записывается код загрузчика после чего ему передается управление. Задача загрузчика — проанализировать таблицу разделов жёсткого диска, затем либо передать управление загрузочному коду активного раздела, либо загрузить в RAM ядро операционной системы и передать ему управление.

Таблица разделов

В таблице разделов хранится информация о типе раздела и его расположении на жёстком диске.

Сигнатура

Последние два байта MBR называются сигнатурой. Значение этих байтов должно быть 55h AAh. В случае, если это не так, запись считается некорректной.

Структура описания раздела

Структура описания раздела

Смещение	Длина	Описание
00h	1	Признак активности раздела
01h	1	Начало раздела — головка
02h	1	Начало раздела — сектор (биты 0—5), дорожка (биты 6, 7)
03h	1	Начало раздела — дорожка (старшие биты 8, 9 хранятся в байте номера сектора)
04h	1	Код типа раздела
05h	1	Конец раздела — головка
06h	1	Конец раздела — сектор (биты 0—5), дорожка (биты 6, 7)
07h	1	Конец раздела — дорожка (старшие биты 8, 9 хранятся в байте номера сектора)
08h	4	Смещение первого сектора
0Ch	4	Количество секторов раздела

Признак активности разделов

Признак активности раздела — признак, обозначающий возможность загрузки операционной системы с данного раздела. Для стандартных загрузчиков может принимать следующие значения:

• 80h — раздел является активным;
• 00h — раздел является неактивным;
• другие значения являются ошибочными и игнорируются.

Начало раздела / Конец раздела

Координаты начала и конца раздела в CHS-формате (цилиндр, головка, сектор). CHS не позволяет выполнять адресацию более чем к 7,8 ГБ данных, и для адресации к разделам, находящимся за пределами 7,8 ГБ, используется LBA-адресация.

Код типа раздела

Код файловой системы, используемой на данном разделе.

Коды типов разделов

Код	Тип раздела
00h	Пустая запись
01h	12-битная FAT
04h	16-битная FAT до 32 Мбайт
05h	Расширенный раздел
06h	16-битная FAT свыше 32 Мбайт
07h	Windows NT NTFS (и некоторые другие - тип определяется по содержимому загрузочной записи)
0Bh	32-битная FAT
0Ch	32-битная FAT с использованием LBA
0Eh	LBA VFAT (то же что и 06h, с использованием LBA)
0Fh	Расширенный раздел LBA (то же что и 05h, с использованием LBA)[4]
17h	Скрытый раздел NTFS
1Bh	Скрытый раздел 32-битной FAT (то же что 0Bh)
1Ch	Скрытый раздел 32-битной FAT с использованием LBA (то же что 0Ch)
1Eh	Скрытый раздел LBA VFAT (то же что и 06h, с использованием LBA)
82h	Linux swap
83h	Linux
85h	Linux extended
86h	Раздел FAT-16 stripe-массива Windows NT
87h	Раздел NTFS stripe-массива Windows NT
B6h	Зеркальный master-раздел FAT-16 Windows NT
B7h	Зеркальный master-раздел NTFS Windows NT
С6h	Зеркальный slave-раздел FAT-16 Windows NT
С7h	Зеркальный slave-раздел NTFS Windows NT

В случае, если используется расширенный раздел, то координаты начала раздела указывают на EBR.

Структура EBR

Смещение	Длина	Описание
1BEh	16	Указатель на раздел
1CEh	16	Указатель на следующий EBR
1FEh	2	Сигнатура (55h AAh)

Формат указателей аналогичен MBR.

Смещение первого сектора

Координаты начала раздела в LBA-координатах. Позволяет выполнять адресацию до 2 ТБ данных.

Восстановление MBR

Если каким-либо образом была потеряна MBR, то её можно восстановить специальными утилитами (например, TestDisk), которая «просмотрит» весь носитель информации и создаст таблицу разделов.

Пример кода создания резервной копии MBR в unix-подобных системах для диска sda:

dd if=/dev/sda of=mbr.bin bs=512 count=1

Восстановление загрузчика и таблицы разделов:

dd if=mbr.bin of=/dev/sda bs=512 count=1

Восстановление только загрузчика:

dd if=mbr.bin of=/dev/sda bs=446 count=1

См. также

• Логический диск
• Файловая система
• Раздел диска
• Загрузчик операционной системы
• Загрузочный сектор
• Начальная загрузка компьютера
• GUID (таблица разделов)

Примечания

1. ↑ Daniel B. Sedory An Examination of the Standard MBR (DOS 3.30 - Win 95A)  (англ.). Архивировано из первоисточника 25 августа 2011. Проверено 23 июля 2009.
2. ↑ Daniel B. Sedory An Examination of the Standard MBR (Win 95B - Win ME)  (англ.). Архивировано из первоисточника 25 августа 2011. Проверено 23 июля 2009.
3. ↑ Daniel B. Sedory An Examination of the Standard MBR (Win 2k - Win XP)  (англ.). Архивировано из первоисточника 25 августа 2011. Проверено 23 июля 2009.
4. ↑ MS-DOS Partitioning Summary  (англ.). Microsoft, Inc.. Архивировано из первоисточника 12 декабря 2011. Проверено 12 декабря 2011.

Ссылки

Имеется викиучебник по теме
«Russian x86 MultiBoot FAQ»

• MBR своими руками
• Главная загрузочная запись — Master Boot Record (MBR)
• Восстановление MBR
• MBR, разделы и загрузчики
• Вирус в загрузочном секторе MBR.Lock и способы восстановления