- 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) Содержание
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
- ↑ 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.
- ↑ Daniel B. Sedory An Examination of the Standard MBR (Win 95B - Win ME) (англ.). Архивировано из первоисточника 25 августа 2011. Проверено 23 июля 2009.
- ↑ Daniel B. Sedory An Examination of the Standard MBR (Win 2k - Win XP) (англ.). Архивировано из первоисточника 25 августа 2011. Проверено 23 июля 2009.
- ↑ MS-DOS Partitioning Summary (англ.). Microsoft, Inc.. Архивировано из первоисточника 12 декабря 2011. Проверено 12 декабря 2011.
Ссылки
Категории:- Разбиение носителя информации
- Загрузка компьютера
Wikimedia Foundation. 2010.