Главная загрузочная запись - Master boot record

А Главная загрузочная запись (MBR) - особый тип загрузочный сектор в самом начале разделенный компьютер запоминающие устройства любить фиксированные диски или съемные диски предназначен для использования с IBM PC-совместимый систем и не только. Концепция MBR была публично представлена ​​в 1983 г. ПК DOS 2.0.

MBR содержит информацию о том, как логические разделы, содержащие файловые системы, организованы на этом носителе. MBR также содержит исполняемый код для работы в качестве загрузчика для установленной операционной системы - обычно путем передачи управления загрузчику. вторая стадия, или вместе с каждым разделом объем загрузочной записи (VBR). Этот код MBR обычно называют загрузчик.^[1]

Организация таблицы разделов в MBR ограничивает максимальное адресуемое пространство для хранения разделенного диска до 2TiB (2³² × 512 байт).^[2] Подходы к небольшому увеличению этого предела при условии, что 33-битная арифметика или 4096-байтовые секторы официально не поддерживаются, так как они фатально нарушают совместимость с существующими загрузчиками и большинством MBR-совместимых операционных систем и системных инструментов и могут вызвать серьезное повреждение данных при использовании вне жестко контролируемых системных сред. Следовательно, схема разбиения на основе MBR находится в процессе замены Таблица разделов GUID (GPT) схема в новых компьютерах. GPT может сосуществовать с MBR, чтобы обеспечить некоторую ограниченную форму обратной совместимости для старых систем.

MBR отсутствуют на несекционированных носителях, таких как дискеты, суперфлоппи или другие устройства хранения, сконфигурированные для работы как таковые.

Обзор

Поддержка разделенных носителей и, следовательно, главной загрузочной записи (MBR) была представлена ​​в IBM. ПК DOS 2.0 в марте 1983 года для поддержки 10 МБ жесткий диск тогда еще новых Персональный компьютер IBM XT, все еще использую FAT12 файловая система. Первоначальная версия MBR была написана Дэвидом Литтоном из IBM в июне 1982 года. Таблица разделов поддерживала до четырех основные разделы, из которых ДОС мог использовать только один. Это не изменилось, когда FAT16 была представлена ​​как новая файловая система с DOS 3.0. Поддержка расширенный раздел, специальный тип первичного раздела, используемый в качестве контейнера для хранения других разделов, был добавлен с DOS 3.2 и вложен логические диски внутри расширенного раздела шла DOS 3.30. Поскольку MS-DOS, PC DOS, OS / 2 и Windows никогда не загружались с них, формат MBR и загрузочный код оставались практически неизменными по функциональности, за исключением некоторых сторонних реализаций, на протяжении эпох DOS и OS / 2 до 1996 г.

В 1996 году поддержка логическая адресация блока (LBA) была представлена ​​в Windows 95B и DOS 7.10 для поддержки дисков размером более 8 ГБ. Временные метки диска были также представлены.^[3] Это также отражало идею о том, что MBR должна быть независимой от операционной системы и файловой системы. Однако это правило проектирования было частично нарушено в более поздних реализациях Microsoft MBR, которые обеспечивают соблюдение CHS доступ для FAT16B и FAT32 типы разделов 0x06 /0x0B, тогда как LBA используется для 0x0E /0x0C.

Несмотря на иногда плохую документацию некоторых внутренних деталей формата MBR (что иногда вызывало проблемы совместимости), он получил широкое распространение в качестве промышленного стандарта де-факто из-за широкой популярности ПК-совместимых компьютеров и его полустатического характера на протяжении десятилетий . Это было даже до такой степени, что оно поддерживалось компьютерными операционными системами для других платформ. Иногда это было в дополнение к другим ранее существовавшим или кросс-платформенный стандарты начальной загрузки и разметки.^[4]

Однако записи разделов MBR и загрузочный код MBR, используемые в коммерческих операционных системах, ограничены 32 битами.^[2] Таким образом, максимальный размер диска, поддерживаемый на дисках с 512-байтовыми секторами (реальными или эмулированными) схемой разделения MBR (без использования нестандартных методов), ограничен 2 ТиБ.^[2] Следовательно, для дисков большего размера необходимо использовать другую схему разделения, поскольку они стали широко доступны с 2010 года. Таким образом, схема разделения MBR находится в процессе замены Таблица разделов GUID (GPT). Официальный подход делает немногим больше, чем обеспечение целостности данных за счет использования защитный MBR. В частности, он не обеспечивает обратной совместимости с операционными системами, которые также не поддерживают схему GPT. Между тем, несколько форм гибридные MBR были разработаны и реализованы третьими сторонами для поддержки разделов, расположенных в первых физических 2 ТиБ диска в обеих схемах разделения «параллельно» и / или для того, чтобы старые операционные системы могли загружаться с разделов GPT. Нынешний нестандартный характер этих решений вызывает различные проблемы совместимости в определенных сценариях.

MBR состоит из 512 или более байты расположен в первом сектор привода.

Он может содержать одно или несколько из:

• А таблица разделов описание разделов запоминающего устройства. В этом контексте загрузочный сектор также можно назвать сектор раздела.
• Код начальной загрузки: Инструкции по определению настроенного загрузочного раздела, затем загрузите и выполните его объем загрузочной записи (VBR) как цепной погрузчик.
• Дополнительный 32-битный метка времени диска.^[3]
• Дополнительный 32-битный подпись диска.^[5][6][7][8]

Разбиение диска

IBM ПК DOS 2.0 представил FDISK утилита для настройки и обслуживания разделов MBR. Когда запоминающее устройство разделено на разделы согласно этой схеме, его MBR содержит таблицу разделов, описывающую местоположения, размеры и другие атрибуты линейных областей, называемых разделами.

Сами разделы также могут содержать данные для описания более сложных схем разделения, таких как расширенные загрузочные записи (EBR), Метки дисков BSD, или Диспетчер логических дисков разделы метаданных.^[9]

MBR не находится в разделе; он расположен в первом секторе устройства (физическое смещение 0), предшествующем первому разделу. (Загрузочный сектор на устройстве без разделов или в отдельном разделе называется объем загрузочной записи вместо этого.) В тех случаях, когда на компьютере Оверлей DDO BIOS или менеджер загрузки таблица разделов может быть перемещена в другое физическое место на устройстве; например., Ontrack Disk Manager часто помещала копию исходного содержимого MBR во второй сектор, а затем скрывала себя от любой впоследствии загружаемой ОС или приложения, поэтому копия MBR обрабатывалась так, как если бы она все еще находилась в первом секторе.

Схема сектора

По соглашению, в схеме таблицы разделов MBR есть ровно четыре записи основной таблицы разделов, хотя некоторые операционные системы и системные инструменты расширили это число до пяти (Advanced Active Partitions (AAP) с ПТС-ДОС 6.60^[10] и DR-DOS 7.07), восемь (AST и NEC MS-DOS 3.x^[11][12] а также Размеры хранилища SpeedStor ) или даже шестнадцать записей (с Ontrack Disk Manager ).

Записи в таблице разделов

Артефакт технологии жестких дисков эпохи PC XT, таблица разделов подразделяет носитель на единицы цилиндры, головы, и сектора (CHS адресация). Эти значения больше не соответствуют их тезкам в современных дисковых накопителях, а также не имеют значения для других устройств, таких как твердотельные накопители, которые физически не имеют цилиндров или головок.

В схеме CHS индексы секторов (почти) всегда начинаются с сектора 1, а не с сектора 0 по соглашению, и из-за ошибки во всех версиях MS-DOS / PC DOS вплоть до 7.10 количество головок обычно ограничено. до 255^[г] вместо 256. Когда адрес CHS слишком велик, чтобы поместиться в эти поля, кортеж (1023, 254, 63) обычно используется сегодня, хотя в старых системах и со старыми дисковыми инструментами значение цилиндра часто оборачивается по модулю барьера CHS около 8 ГБ, что вызывает неоднозначность и риски повреждения данных. (Если ситуация связана с «защитной» MBR на диске с GPT, Intel Расширяемый интерфейс прошивки спецификация требует, чтобы использовался кортеж (1023, 255, 63).) 10-битное значение цилиндра записывается в пределах двух байтов, чтобы облегчить выполнение вызовов к исходному / устаревшему ИНТ 13ч Подпрограммы доступа к диску BIOS, в которых 16 бит были разделены на сектора и цилиндры, а не на границы байтов.^[14]

Из-за ограничений адресации CHS,^[17][18] был осуществлен переход на использование LBA, или логическая адресация блока. И длина раздела, и начальный адрес раздела - это значения секторов, хранящиеся в записях таблицы разделов в виде 32-битных величин. Раньше размер сектора считался фиксированным на уровне 512 (2⁹) байтов и широкий спектр важных компонентов, включая чипсеты, загрузочные секторы, операционные системы, движки баз данных, разделение инструменты, резервный и файловая система утилиты и другое программное обеспечение жестко запрограммировали это значение. С конца 2009 г. диски с секторами размером 4096 байт (4Kn или Расширенный формат ) были доступны, хотя размер сектора для некоторых из этих дисков по-прежнему передавался в хост-систему как 512 байт посредством преобразования во встроенном ПО жесткого диска и упоминался как 512 дисков эмуляции (512e ).

Поскольку адреса и размеры блоков хранятся в таблице разделов MBR с использованием 32 бита, максимальный размер, а также наивысший начальный адрес раздела, использующего диски с 512-байтовыми секторами (фактическими или эмулированными), не могут превышать 2 TiB−512 байт (2199023255040 байты или 4294967295 (2³²−1) секторов × 512 (2⁹) байтов на сектор).^[2] Снятие этого ограничения возможностей было одной из основных причин разработки GPT.

Поскольку информация о разделах хранится в таблице разделов MBR с использованием адреса начального блока и длины, теоретически возможно определить разделы таким образом, чтобы выделенное пространство для диска с 512-байтовыми секторами давало общий размер, приближающийся к 4 ТиБ, если все разделы, кроме одного, расположены ниже предела в 2 ТиБ, а последний назначен как начинающийся с блока 2 или близкий к нему³²−1 и укажите размер до 2³²-1, тем самым определяя раздел, для доступа к которому требуется 33, а не 32 бита. Однако на практике лишь некоторые LBA-48 -подключенные операционные системы, включая GNU / Linux, FreeBSD и Windows 7^[19] которые используют внутренние адреса 64-битных секторов, на самом деле это поддерживают. Из-за ограничений пространства кода и характера таблицы разделов MBR для поддержки только 32-битных загрузочных секторов, даже если включена поддержка LBA-48, а не LBA-28, часто используют 32-битные вычисления, если они специально не предназначены для поддержки полного диапазона адресов LBA-48 или предназначены для работы только на 64-битных платформах. Любой загрузочный код или операционная система, использующая внутри 32-битные адреса секторов, приведет к тому, что адреса будут обходить доступ к этому разделу, что приведет к серьезному повреждению данных во всех разделах.

Для дисков с размером сектора, отличным от 512 байт, например USB внешние диски, есть и ограничения. Размер сектора 4096 приводит к восьмикратному увеличению размера раздела, который можно определить с помощью MBR, что позволяет разделам до 16 ТиБ (2³² × 4096 байт) размером.^[20] Более свежие версии Windows, чем Windows XP, поддерживают секторы большего размера, а также Mac OS X и Linux поддерживает секторы большего размера с 2.6.31^[21] или 2.6.32,^[22] но проблемы с загрузчиками, инструментами разбиения на разделы и реализациями BIOS компьютера имеют определенные ограничения,^[23] поскольку они часто жестко запрограммированы на резервирование только 512 байтов для секторных буферов, что приводит к перезаписи памяти для секторов большего размера. Это также может вызвать непредсказуемое поведение, поэтому его следует избегать, когда проблема совместимости и соответствия стандартам.

Если устройство хранения данных было разделено по схеме GPT, основная загрузочная запись по-прежнему будет содержать таблицу разделов, но ее единственная цель - указать на существование GPT и предотвратить загрузку служебных программ, которые понимают только схему таблицы разделов MBR. создание любых разделов в том, что в противном случае они считали бы свободным местом на диске, тем самым случайно стирая GPT.

Начальная загрузка системы

На IBM PC-совместимый компьютеры, самонастройка прошивка (содержится в ПЗУ BIOS ) загружает и выполняет главную загрузочную запись.^[24] В PC / XT (тип 5160) использовал Intel 8088 микропроцессор. Для обеспечения совместимости все системы архитектуры x86 начинаются с микропроцессора в рабочий режим упоминается как реальный режим. BIOS считывает MBR с запоминающего устройства в физическая память, а затем направляет микропроцессор на начало загрузочного кода. Поскольку BIOS работает в реальном режиме, процессор находится в реальном режиме, когда программа MBR начинает выполняться, и поэтому ожидается, что начало MBR будет содержать файлы реального режима. Машинный код.^[24]

Поскольку процедура начальной загрузки BIOS загружает и запускает ровно один сектор с физического диска, наличие таблицы разделов в MBR с загрузочным кодом упрощает конструкцию программы MBR. Он содержит небольшую программу, которая загружает Объем загрузочной записи (VBR) целевого раздела. Затем управление передается этому коду, который отвечает за загрузку реальной операционной системы. Этот процесс известен как загрузка цепи.

Были созданы популярные программы с кодом MBR для загрузки ПК DOS и MS-DOS, и аналогичный загрузочный код остается широко используемым. Эти загрузочные секторы ожидают FDISK схема таблицы разделов, которая будет использоваться, и сканирует список разделов во встроенной таблице разделов MBR, чтобы найти единственный, который отмечен активный флаг.^[25] Затем он загружает и запускает объем загрузочной записи (VBR) активного раздела.

Существуют альтернативные реализации загрузочного кода, некоторые из которых устанавливаются менеджеры загрузки, которые работают по-разному. Некоторый код MBR загружает дополнительный код для диспетчера загрузки с первой дорожки диска, которую он считает «свободным» пространством, не выделенным ни для одного раздела диска, и выполняет его. Программа MBR может взаимодействовать с пользователем, чтобы определить, какой раздел с какого диска следует загружать, и может передавать управление в MBR другого диска. Другой код MBR содержит список расположений на диске (часто соответствующих содержимому файлы в файловая система ) оставшейся части кода диспетчера загрузки для загрузки и выполнения. (Первый основан на поведении, которое не является универсальным для всех утилит разделения диска, особенно тех, которые читают и записывают GPT. Последний требует, чтобы встроенный список местоположений диска обновлялся при внесении изменений, которые переместили бы оставшуюся часть кода. )

На машинах, которые не используют x86 процессоры, или на машинах x86 с прошивкой без BIOS, такой как Открытая прошивка или Расширяемый интерфейс прошивки (EFI), эта конструкция не подходит, и MBR не используется как часть начальной загрузки системы.^[26] Прошивка EFI вместо этого способна напрямую понимать схему разделения GPT и ЖИР формат файловой системы, а также загружает и запускает программы, хранящиеся в виде файлов в Системный раздел EFI.^[27] MBR будет задействована только постольку, поскольку она может содержать таблицу разделов для целей совместимости, если была использована схема таблицы разделов GPT.

Существует некоторый код замены MBR, который имитирует загрузочную загрузку прошивки EFI, что позволяет машинам без EFI загружаться с дисков с использованием схемы разделения GPT. Он обнаруживает GPT, переводит процессор в правильный режим работы и загружает EFI-совместимый код с диска для выполнения этой задачи.

Идентификация диска

Информация, содержащаяся в таблице разделов внешнего жесткого диска, как она отображается в служебной программе QtParted, работает под GNU / Linux

Помимо кода начальной загрузки и таблицы разделов, основные загрузочные записи могут содержать подпись диска. Это 32-битное значение, предназначенное для однозначной идентификации дискового носителя (в отличие от дискового устройства - эти два значения не обязательно одинаковы для съемных жестких дисков).

Подпись диска была представлена ​​в Windows NT версии 3.5, но сейчас она используется несколькими операционными системами, включая Ядро Linux версия 2.6 и выше. Инструменты GNU / Linux могут использовать подпись диска NT, чтобы определить, с какого диска загружалась машина.^[28]

Windows NT (и более поздние операционные системы Microsoft) использует подпись диска в качестве индекса для всех разделов на любом диске, когда-либо подключенном к компьютеру под этой ОС; эти подписи хранятся в Реестр Windows ключи, в первую очередь для хранения постоянных сопоставлений между разделами диска и буквами дисков. Его также можно использовать в Windows NT. BOOT.INI файлы (хотя большинство из них этого не делают), чтобы описать расположение загрузочных разделов Windows NT (или более поздних версий).^[29] Один из ключей (среди многих), в котором подписи дисков NT появляются в реестре Windows 2000 / XP:

HKEY_LOCAL_MACHINE  SYSTEM  MountedDevices 

Если подпись диска, хранящаяся в MBR, была A8 E1 B9 D2 (именно в таком порядке) и его первый раздел соответствовал логическому диску C: под Windows, затем REG_BINARY данные под ключевым значением DosDevices C: было бы:

A8 E1 B9 D2 00 7E 00 00 00 00 00 00

Первые четыре байта - это подпись диска. (В других ключах эти байты могут появляться в порядке, обратном тому, который находится в секторе MBR.) За ними следуют еще восемь байтов, образующих 64-битное целое число, в прямой порядок байтов обозначения, которые используются для определения байтового смещения этого раздела. В таком случае, 00 7E соответствует шестнадцатеричному значению 0x7E00 (32,256). Если предположить, что рассматриваемый диск сообщает о размере сектора 512 байт, то деление этого байтового смещения на 512 дает 63, который является номером физического сектора (или LBA), содержащим первый сектор раздела (в отличие от количество секторов используется в значении секторов кортежей CHS, которое отсчитывается от один, начинается абсолютное значение или значение сектора LBA считая от нуль ).

Если бы на этом диске был другой раздел со значениями 00 F8 93 71 02 после подписи диска (например, под значением ключа DosDevices D:), он начнется с байтового смещения 0x00027193F800 (10,495,457,280), который также является первым байтом физического сектора 20,498,940.

Начиная с Виндоус виста, подпись диска также сохраняется в Данные конфигурации загрузки (BCD), и от него зависит процесс загрузки.^[30] Если подпись диска изменяется, не может быть найдена или возникает конфликт, Windows не может загрузиться.^[31] Если Windows не принудительно использует перекрывающуюся часть адреса LBA записи Advanced Active Partition в качестве псевдодисковой подписи, использование Windows противоречит функции Advanced Active Partition PTS-DOS 7 и DR-DOS 7.07, в частности, если их загрузочный код расположен за пределами первых 8 ГБ диска, поэтому необходимо использовать адресацию LBA.

Соображения по программированию

MBR возникла в PC XT.^[32] IBM PC-совместимый компьютеры прямой порядок байтов, что означает процессор сохраняет в памяти числовые значения, охватывающие два или более байта младший байт первый. Формат MBR на носителе отражает это соглашение. Таким образом, подпись MBR появится в редактор диска как последовательность 55 AA.^[а]

Последовательность начальной загрузки в BIOS загрузит первую допустимую MBR, найденную в компьютер. физическая память в адрес 0x0000:0x7C00.^[32] Последняя инструкция, выполненная в коде BIOS, будет «переходом» к этому адресу, чтобы направить выполнение к началу копии MBR. Основная проверка для большинства BIOS - это подпись со смещением. 0x01FE, хотя разработчик BIOS может выбрать включение других проверок, таких как проверка того, что MBR содержит допустимую таблицу разделов без записей, относящихся к секторам, превышающим заявленную емкость диска.

Для BIOS съемные (например, гибкие) и фиксированные диски по сути одно и то же. В любом случае BIOS считывает первый физический сектор носителя в ОЗУ по абсолютному адресу. 0x7C00, проверяет подпись в последних двух байтах загруженного сектора, а затем, если найдена правильная подпись, передает управление первому байту сектора с помощью инструкции перехода (JMP). Единственное реальное различие, которое делает BIOS, состоит в том, что (по умолчанию или если порядок загрузки не настраивается) он пытается загрузиться с первого съемного диска, прежде чем пытаться загрузиться с первого фиксированного диска. С точки зрения BIOS, действие MBR, загружающего загрузочную запись тома в RAM, точно такое же, как действие загрузочной записи тома с гибкого диска, загружающее объектный код загрузчика операционной системы в RAM. В любом случае программа, загруженная в BIOS, выполняет последовательную загрузку операционной системы.

В то время как MBR загрузочный сектор код ожидает загрузки по физическому адресу 0x0000:0x7C00,^[час] вся память с физического адреса 0x0000:0x0501 (адрес 0x0000:0x0500 последний, используемый BIOS Phoenix)^[14] к 0x0000:0x7FFF,^[32] позже расслабился 0x0000:0xFFFF^[33] (и иногда^[я] вплоть до 0x9000:0xFFFF) ‍ - ‌ конец первых 640 КБ‍ — ‌ доступен в реальном режиме.^[j] В ИНТ 12 ч Вызов прерывания BIOS может помочь в определении того, сколько памяти можно безопасно выделить (по умолчанию он просто считывает размер базовой памяти в КБ из сегмент: смещение местоположения 0x0040:0x0013, но его может перехватить другое резидентное предзагрузочное ПО, такое как оверлеи BIOS, РПЛ код или вирусы, чтобы уменьшить сообщаемый объем доступной памяти, чтобы другое программное обеспечение этапа загрузки, такое как загрузочные сектора, не перезаписывало их).

Последние 66 байтов 512-байтовой MBR зарезервированы для таблицы разделов и другой информации, поэтому программа загрузочного сектора MBR должна быть достаточно маленькой, чтобы поместиться в 446 байтах памяти или меньше.

Код MBR проверяет таблицу разделов, выбирает подходящий раздел и загружает программу, которая будет выполнять следующий этап процесса загрузки, обычно с использованием INT 13h. Вызовы BIOS. Код начальной загрузки MBR загружается и запускается (зависит от загрузчика или операционной системы) объем загрузочной записи код, который находится в начале «активного» раздела. Загрузочная запись тома умещается в 512-байтовом секторе, но для кода MBR можно безопасно загружать дополнительные секторы для размещения загрузчиков длиной более одного сектора, при условии, что они не делают никаких предположений о размере сектора. Фактически по адресу 0x7C00 в каждой машине класса IBM XT и AT, поэтому сектор размером 1 КБ может быть использован без проблем. Как и MBR, загрузочная запись тома обычно ожидает загрузки по адресу 0x0000:0x7C00. Это происходит из-за того, что конструкция загрузочной записи тома была создана на неразмеченном носителе, где загрузочная запись тома будет загружаться непосредственно процедурой загрузки BIOS; как упоминалось выше, BIOS обрабатывает MBR и загрузочные записи тома (VBR)^[k] точно так же. Поскольку это то же место, где загружается MBR, одной из первых задач MBR является переехать где-то еще в памяти. Адрес перемещения определяется MBR, но чаще всего 0x0000:0x0600 (для MS-DOS / PC DOS, OS / 2 и кода MBR Windows) или 0x0060:0x0000 (большинство MBR DR-DOS). (Даже если оба этих сегментированных адреса преобразуются в один и тот же адрес физической памяти в реальном режиме, для Яблочный Дарвин для загрузки необходимо переместить MBR в 0x0000:0x0600 вместо того 0x0060:0x0000, поскольку код зависит от указателя DS: SI на запись раздела, предоставленную MBR, но он ошибочно обращается к нему через 0x0000: Только SI.^[34]) Важно не перемещаться по другим адресам в памяти, потому что многие VBR при загрузке загрузочного файла будут использовать определенную стандартную структуру памяти.

В Статус Поле в записи таблицы разделов используется для обозначения активного раздела. Соответствующие стандарту MBR разрешают только один раздел, помеченный как активный, и используют его как часть проверки работоспособности для определения существования действующей таблицы разделов. Они отобразят сообщение об ошибке, если более одного раздела отмечены как активные. Некоторые нестандартные MBR не рассматривают это как состояние ошибки и просто используют первый отмеченный раздел в строке.

Традиционно другие ценности, кроме 0x00 (не активен) и 0x80 (active) были недопустимыми, и программа начальной загрузки отображала сообщение об ошибке при их обнаружении. Однако Спецификация Plug and Play BIOS и Спецификация загрузки BIOS (BBS) позволила другим устройствам стать загрузочными с 1994 года.^[33][35] Следовательно, с появлением MS-DOS 7.10 (Windows 95B) и выше, MBR начала обрабатывать установленный бит 7 как активный флаг и показывала сообщение об ошибке для значений 0x01..0x7F только. Он продолжал рассматривать запись как физический диск, который будет использоваться позже при загрузке VBR соответствующего раздела, тем самым теперь также принимая другие загрузочные диски, кроме 0x80 однако в качестве допустимости MS-DOS не использовала это расширение отдельно. Сохранение фактического номера физического диска в таблице разделов обычно не вызывает проблем с обратной совместимостью, так как значение будет отличаться от 0x80 только на дисках, отличных от первого (которые раньше не были загрузочными). Однако даже с системами, в которых разрешена загрузка с других дисков, расширение может по-прежнему не работать повсеместно, например, после изменения назначения физических дисков BIOS при удалении, добавлении или замене дисков. Следовательно, согласно Спецификация загрузки BIOS (BBS),^[33] для современной MBR, принимающей бит 7 в качестве активного флага, лучше всего передавать значение DL, изначально предоставленное BIOS, вместо использования записи в таблице разделов.

BIOS к интерфейсу MBR

MBR загружается в ячейку памяти 0x0000:0x7C00 и со следующими ЦПУ регистры настраиваются, когда предыдущий загрузчик начальной загрузки (обычно IPL в BIOS) передает ему выполнение, перейдя на 0x0000:0x7C00 в CPU реальный режим.

• CS:IP = 0x0000:0x7C00 (исправлено)

Некоторые BIOS Compaq ошибочно используют 0x07C0:0x0000 вместо. Хотя это разрешается в одно и то же место в памяти реального режима, это нестандартно, и его следует избегать, поскольку код MBR, предполагающий определенные значения регистров или не записанный для перемещения, может не работать в противном случае.

• DL = загрузочный привод (фиксированные диски / съемные диски: 0x80 = первый, 0x81 = второй, ..., 0xFE; дискеты / суперфлоппи: 0x00 = первый, 0x01 = второй, ..., 0x7E; ценности 0x7F и 0xFF зарезервированы для ПЗУ / удаленных приводов и не должны использоваться на диске).^[36]

DL поддерживается IBM BIOS, а также большинством других BIOS. Известно, что BIOS Toshiba T1000 не поддерживает это должным образом, и некоторые старые BIOS Wyse 286 используют значения DL больше или равные 2 для фиксированных дисков (тем самым отражая номера логических дисков в DOS, а не номера физических дисков в BIOS). USB-накопителям, настроенным как съемные диски, обычно присваивается DL = 0x80, 0x81и т. д. Однако некоторые редкие BIOS ошибочно представили их под DL = 0x01, как если бы они были настроены как суперфлоппи.

Соответствующий стандарту BIOS присваивает числа больше или равные 0x80 исключительно для фиксированных дисков / съемных дисков и традиционно только значения 0x80 и 0x00 были переданы как физические диски во время загрузки. По соглашению, разбиваются на разделы только фиксированные диски / съемные диски, поэтому единственное значение DL, которое MBR может видеть традиционно, было 0x80. Многие MBR были закодированы так, чтобы игнорировать значение DL и работать с фиксированным значением (обычно 0x80), тем не мение.

В Спецификация Plug and Play BIOS и Спецификация загрузки BIOS (BBS) позволяют другим устройствам стать загрузочными с 1994 года.^[33][35] Позднее рекомендуется, чтобы код MBR и VBR использовал DL, а не внутренние аппаратные настройки по умолчанию.^[33] Это также обеспечит совместимость с различными нестандартными назначениями (см. Примеры выше), что касается кода MBR.

Загрузочные компакт-диски после Эль-Торито Спецификация может содержать образы дисков, смонтированные BIOS как дискеты или суперфлоппи на этом интерфейсе. Значения DL 0x00 и 0x01 может также использоваться Службы расширения интерфейса времени выполнения защищенной области (СТОРОНЫ) и Группа доверенных вычислений (TCG) Расширения BIOS в режиме Trusted для доступа к невидимым в противном случае разделам PARTIES, файлам образов дисков, расположенным через Запись о расширении Boot Engineering (BEER) в последнем физическом секторе жесткого диска Охраняемая территория хозяина (HPA). Хотя код MBR разработан для имитации дискет или суперфлоппи, он принимает эти нестандартные значения DL, что позволяет использовать образы разделенных носителей, по крайней мере, на этапе загрузки операционных систем.

• DH бит 5 = 0: устройство поддерживается через ИНТ 13ч; else: все равно (должно быть равно нулю). DH поддерживается некоторыми BIOS IBM.
• Некоторые из других регистров обычно также могут содержать определенные значения регистров (DS, ES, SS = 0x0000; SP = 0x0400) с оригинальными BIOS ROM IBM, но на это не стоит полагаться, так как другие BIOS могут использовать другие значения. По этой причине код MBR от IBM, Microsoft, Digital Research и др. Никогда не использовал его. Использование этих значений регистров в загрузочных секторах также может вызвать проблемы в сценариях последовательной загрузки.

Системы с Подключи и играй Поддержка BIOS или BBS предоставит указатель на данные PnP в дополнение к DL:^[33][35]

• DL = загрузочный привод (см. Выше)
• ES:DI = указывает на "$ PnP"структура проверки установки

Эта информация позволяет загрузчику в MBR (или VBR, если он передается) активно взаимодействовать с BIOS или резидентным оверлеем PnP / BBS BIOS в памяти для настройки порядка загрузки и т. Д., Однако эта информация игнорируется. большинством стандартных MBR и VBR. В идеале ES: DI передается в VBR для последующего использования загруженной операционной системой, но операционные системы с поддержкой PnP обычно также имеют резервные методы для получения точки входа PnP BIOS позже, так что большинство операционных систем не полагаются на это. .

MBR в интерфейс VBR

По соглашению, стандартный совместимый MBR передает выполнение успешно загруженному VBR, загруженному в ячейку памяти. 0x0000:0x7C00, перескочив на 0x0000:0x7C00 в реальном режиме ЦП со следующими поддерживаемыми или специально настроенными регистрами:

• CS: IP = 0x0000:0x7C00^[l] (постоянный)
• DL = загрузочный привод (см. Выше)

MBR MS-DOS 2.0-7.0 / PC DOS 2.0-6.3 не передают значение DL, полученное при записи, а скорее используют запись состояния загрузки в записи таблицы разделов выбранного основного раздела в качестве физического загрузочного накопителя. Поскольку это, по соглашению, 0x80 в большинстве таблиц разделов MBR это не изменит ничего, если BIOS не попытается загрузиться с физического устройства, кроме первого фиксированного диска / съемного диска в строке. Это также причина того, почему эти операционные системы не могут загрузиться со второго жесткого диска и т. Д. Некоторые инструменты FDISK позволяют также помечать разделы на дополнительных дисках как «активные». В этой ситуации, зная, что эти операционные системы в любом случае не могут загрузиться с других дисков, некоторые из них продолжают использовать традиционно фиксированное значение 0x80 в качестве активного маркера, тогда как другие используют значения, соответствующие текущему назначенному физическому устройству привода (0x81, 0x82), тем самым позволяя, по крайней мере теоретически, загрузиться с других дисков. Фактически, это будет работать со многими кодами MBR, которые принимают установленный бит 7 записи статуса загрузки как активный флаг, а не настаивают на 0x80однако MBR MS-DOS / PC DOS жестко запрограммированы на прием фиксированного значения 0x80 только. Сохранение фактического номера физического диска в таблице разделов также вызовет проблемы при изменении назначения физических дисков BIOS, например, при удалении, добавлении или замене дисков. Следовательно, для обычной MBR, принимающей бит 7 в качестве активного флага, а в противном случае просто использования и передачи в VBR значение DL, изначально предоставленное BIOS, обеспечивает максимальную гибкость. MBR MS-DOS 7.1 - 8.0 теперь обрабатывают бит 7 как активный флаг и любые значения. 0x01..0x7F как недействительный, но они по-прежнему берут физический диск из таблицы разделов, а не используют значение DL, предоставленное BIOS. DR-DOS 7.07 расширенные MBR обрабатывают бит 7 как активный флаг и по умолчанию используют и передают значение DL BIOS (включая нестандартные значения 0x00..0x01 используются некоторыми BIOS также для разделенных носителей), но они также предоставляют специальный NEWLDR блок конфигурации для поддержки альтернативных методов загрузки в сочетании с LOADER и REAL / 32, а также для изменения подробного поведения MBR, чтобы он также мог работать со значениями дисков, полученными из таблицы разделов (важно в сочетании с LOADER и AAP, см. Смещение NEWLDR 0x000C), перевод нестандартных приводов Wyse 0x02..0x7F к 0x80..0xFD, и, при необходимости, исправить значение привода (сохраненное со смещением 0x019 в Расширенный блок параметров BIOS (EBPB) или со смещением сектора 0x01FD ) в загруженных VBR перед передачей им выполнения (см. смещение NEWLDR 0x0014) - это также позволяет другим загрузчикам использовать NEWLDR в качестве загрузчика цепочки, настраивать его образ в памяти на лету и «туннелировать» загрузку VBR, EBR или AAP через NEWLDR.

• Содержимое DH и ES: DI должно сохраняться в MBR для полной поддержки Plug-and-Play (см. Выше), однако многие MBR, включая MS-DOS 2.0 - 8.0 / PC DOS 2.0 - 6.3 и Windows NT / 2000 / XP, не надо. (Это неудивительно, поскольку эти версии DOS предшествовали стандарту Plug-and-Play BIOS, а предыдущие стандарты и соглашения не указывали никаких требований для сохранения каких-либо регистров, кроме DL.) Некоторые MBR устанавливают DH в 0.

Код MBR передает дополнительную информацию в VBR во многих реализациях:

• DS: SI = указывает на 16-байтный Таблица разделов MBR запись (в перемещенной MBR), соответствующая активированной VBR. ПК-МОП 5.1 зависит от этого для загрузки, если ни один раздел в таблице разделов не отмечен как загрузочный. В сочетании с ПОГРУЗЧИКОМ, Многопользовательская DOS и РЕАЛЬНЫЙ / 32 загрузочные секторы используют это для определения местоположения загрузочного сектора активного раздела (или другого загрузчика начальной загрузки, такого как IBMBIO.LDR, в фиксированной позиции на диске), если загрузочный файл (LOADER.SYS) не может быть найден. ПТС-ДОС 6.6 и S / DOS 1.0 используют это вместе со своими Расширенный активный раздел (AAP) функция. В дополнение к поддержке LOADER и AAP, DR-DOS 7.07 может использовать это для определения необходимого метода доступа INT 13h при использовании двойного кода CHS / LBA VBR и обновит поле загрузочного диска / флага состояния в записи раздела в соответствии с эффективно используемое значение DL. Дарвин загрузчики (Apple boot1h, boot1u, и Дэвида Эллиотта boot1fat32) также зависят от этого указателя, но, кроме того, они не используют DS, но предполагают, что он установлен в 0x0000 вместо.^[34] Это вызовет проблемы, если это предположение неверно. Код MBR OS / 2, MS-DOS от 2.0 до 8.0, PC DOS от 2.0 до 7.10 и Windows NT / 2000 / XP также предоставляет тот же интерфейс, хотя эти системы его не используют. MBR Windows Vista / 7 больше не предоставляют этот указатель DS: SI. В то время как некоторые расширения зависят только от самой записи в 16-байтовой таблице разделов, для других расширений может потребоваться также наличие всей таблицы разделов из 4 (или 5 записей).
• DS:BP = необязательно указывает на 16-байтовый Таблица разделов MBR запись (в перемещенной MBR), соответствующая активированной VBR. Он идентичен указателю, предоставленному DS: SI (см. Выше), и предоставляется MBR MS-DOS 2.0-8.0, PC DOS 2.0-7.10, Windows NT / 2000 / XP / Vista / 7. Однако он не поддерживается большинством сторонних MBR.

В DR-DOS 7.07 расширенный интерфейс может быть дополнительно предоставлен расширенной MBR и вместе с LOADER:

• ТОПОР = магическая подпись, указывающая на наличие этого расширения NEWLDR (0x0EDC)
• DL = загрузочный привод (см. Выше)
• DS: SI = указывает на 16-байтный Таблица разделов MBR использованная запись (см. выше)
• ES:BX = начало загрузочного сектора или образа сектора NEWLDR (обычно 0x7C00)
• CX = зарезервировано

Вместе с GPT Расширенная спецификация дискового накопителя (EDD) 4 Гибридный MBR Предложение рекомендует другое расширение интерфейса:^[37]

• EAX = 0x54504721 ("! GPT")
• DL = загрузочный привод (см. Выше)
• DS: SI = указывает на структуру передачи гибридного MBR, состоящую из 16-байтового фиктивного файла. Таблица разделов MBR запись (со всеми установленными битами, кроме флага загрузки со смещением 0x00 и тип раздела по смещению 0x04) с дополнительными данными. Это частично совместимо с более старым расширением DS: SI, рассмотренным выше, если для этих старых расширений требуется только 16-байтовая запись раздела, а не вся таблица разделов.

Поскольку более старые операционные системы (включая их VBR) не поддерживают это расширение и не могут адресовать сектора за пределами барьера 2 ТиБ, гибридный загрузчик с GPT по-прежнему должен имитировать 16-байтовую фиктивную запись таблицы разделов MBR, если загрузочный раздел находится в пределах первых 2 ТиБ.^[м]

• ES: DI = указывает на "$ PnP"структура проверки установки (см. выше)

Редактирование и замена содержимого

Хотя можно манипулировать байты в секторе MBR напрямую с использованием различных дисковые редакторы, есть инструменты для записи фиксированных наборов функционального кода в MBR. Начиная с MS-DOS 5.0, программа FDISK включил переключатель / MBR, который перепишет код MBR.^[38] Под Windows 2000 и Windows XP, то Консоль восстановления может использоваться для записи нового кода MBR на устройство хранения, используя его fixmbr команда. Под Виндоус виста и Windows 7, то Среда восстановления можно использовать для написания нового кода MBR с помощью BOOTREC / FIXMBR Некоторые сторонние утилиты также могут использоваться для непосредственного редактирования содержимого таблиц разделов (без каких-либо знаний о шестнадцатеричных редакторах или редакторах диска / сектора), например MBRWizard.^[n]

дд также широко используется команда POSIX для чтения или записи в любое место на устройстве хранения, включая MBR. В Linux, ms-sys можно использовать для установки Windows MBR. В GRUB и LILO в проектах есть инструменты для записи кода в сектор MBR, а именно grub-install и лило -mbr. Интерактивная консоль GRUB Legacy может записывать в MBR, используя настроить и вставлять команды, но GRUB2 в настоящее время требует grub-install для запуска из операционной системы.

Различные программы могут создавать "резервный "таблицы первичных разделов и логических разделов в расширенном разделе.

Linux sfdisk (на SystemRescueCD ) может сохранять резервную копию основной и расширенной таблицы разделов. Он создает файл, который можно прочитать в текстовом редакторе, или этот файл может использоваться sfdisk для восстановления основной / расширенной таблицы разделов. Пример команды для резервного копирования таблицы разделов: sfdisk -d / dev / hda> hda.out и восстановить sfdisk / dev / hda . Таким образом можно скопировать таблицу разделов с одного диска на другой, что полезно для настройки зеркалирования, но sfdisk выполняет команду без подсказок / предупреждений, используя sfdisk -d / dev / sda | sfdisk / dev / sdb.[39]

Смотрите также