硬盘主引导记录(MBR)及其结构详解

时间:2022-01-30 16:00:48
 

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INT13H2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。

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(01-软盘;8081-硬盘)

DH=磁头号

CL2+CH=柱面号

CL6=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

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21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MBR4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--01FF2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--01FDH64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

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 7C 00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 7C 00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=FFFFHIP=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: 7C 00H处,然后把控制权交出,从0: 7C 00H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: 7C 00H移动到0:0600H(注,BIOSMBR放在0: 7C 00H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: 7C 00H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, 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。