Главная загрузочная запись

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к: навигация, поиск
GNU GRUB i MBR

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.

Роль и место MBR в загрузке компьютера (для архитектуры x86)[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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

Наиболее распространённый формат MBR[править | править вики-текст]

Иные форматы MBR[править | править вики-текст]

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.

Алгоритм загрузки компьютера с использованием MBR[править | править вики-текст]

BIOS (до MBR)[править | править вики-текст]

  • BIOS проводит начальную инициализацию оборудования.
  • 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»[а 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).

предварительно записав в регистр DL номер диска, с которого этот сектор считан. Для первого жесткого диска это значение будет равно 80h (128 в десятичной системе), для дисковода A: равно 0. Кроме того, Plug-n-Play BIOS может записать в регистры ES:DI указатель на структуру "$PnP".

MBR[править | править вики-текст]

Выбор загрузочного раздела и проверка целостности MBR:

  • MBR копирует себя на другой адрес, чтобы освободить место для загрузчика ОС (к примеру MBR фирмы Microsoft копирует себя на адрес 0000:0600).
  • 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.

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

  • MBR считывает первый сектор логического диска (VBR), 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 загрузочному сектору выбранного раздела диска.

Загрузочный сектор логического диска (VBR) (после MBR)[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Классическая структура главной загрузочной записи (MBR)
Смещение Длина, байт Описание
0000h 446 Код загрузчика
01BEh 16 Раздел 1 Таблица разделов
01CEh 16 Раздел 2
01DEh 16 Раздел 3
01EEh 16 Раздел 4
01FEh 2 Сигнатура (55h AAh)

Код загрузчика[править | править вики-текст]

После завершения процедуры POST в ОЗУ по адресу 0000:7C00 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[править | править вики-текст]

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

Сигнатура[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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

Признак активности разделов[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Код файловой системы, используемой на данном разделе.

Коды типов разделов
Код Тип раздела
00h Пустая запись (свободное место)
01h FAT-12 (если это логический раздел или раздел расположен в первых 32 мегабайтах диска, иначе используется код 06h)
02h XENIX root
03h XENIX usr
04h FAT-16 до 32 Мбайт (если раздел первичный, то должен находиться в первых физических 32 Мб диска, иначе используется код 06h)
05h Расширенный раздел
06h FAT-16B, а так же FAT-16, не попадающий под условия кода 04h и FAT-12, не попадающий под условия кода 01h
07h IFS, HPFS, NTFS, exFAT (и некоторые другие — тип определяется по

содержимому загрузочной записи)

08h AIX
09h AIX загрузочный
0Ah OS/2 Boot менеджер, OPUS
0Bh FAT-32
0Ch FAT-32X (FAT-32 с использованием LBA)
0Dh Зарезервирован
0Eh FAT-16X (FAT-16 с использованием LBA) (VFAT)
0Fh Расширенный раздел LBA (то же что и 05h, с использованием LBA)[1]
10h OPUS
11h Скрытый FAT (аналогичен коду 01h)
12h Compaq, Сервисный раздел
14h Скрытый FAT (аналогичен коду 04h)
15h Скрытый Расширенный раздел (аналогичен коду 05h)
16h Скрытый FAT (аналогичен коду 06h)
17h Скрытый раздел HPFS/NTFS/IFS/exFAT
18h AST SmartSleep
19h OFS1
1Bh Скрытый раздел FAT-32 (см. 0Bh)
1Ch Скрытый раздел FAT-32X (см. 0Ch)
1Eh Скрытый раздел FAT-16X (VFAT) (см. 0Eh)
1Fh Скрытый Расширенный раздел LBA (см. 0Fh)
20h OFS1
21h FSo2
22h Расширенный раздел FS02
24h NEC DOS
25h Windows Mobile IMGFS
27h Скрытый NTFS (Раздел восстановления системы)
28h Зарезервирован для FAT-16+
29h Зарезервирован для FAT-32+
2Ah AFS (AthFS)
35h JFS
38h THEOS 3.2
39h Plan 9
3Ah THEOS 4
3Bh Расширенный раздел THEOS 4
3Ch Partition Magic, NetWare
3Dh Скрытый раздел NetWare
40h Venix 80286, PICK R83
41h Старый Linux/Minix, PPC PReP Boot
42h Старый своп Linux, SFS
43h Старый Linux
4Ah ALFS
4Ch A2 (Aos)
4Dh QNX4.x
4Eh QNX4.x 2-я часть
4Fh QNX4.x 3-я часть
50h OnTrack DM (только чтение)
51h OnTrack DM6 (чтение и запись)
52h CP/M
53h OnTrack DM6 Aux3
54h OnTrack DM6 DDO
55h EZ-Drive
56h Golden Bow
56h Novell VNDI
5Ch Priam Edisk
61h SpeedStor
62h GNU HURD
63h UNIX
64h - 69h NetWare
77h VNDI, M2FS, M2CS
78h XOSL
7Fh Данный код зарезервирован для исследовательских или учебных проектов
80h MINIX (старый)
81h MINIX
82h Linux swap, Sun Solaris (старый)
83h Linux
85h Linux extended(расширенный)
86h Раздел FAT-16 stripe-массива Windows NT
87h Раздел NTFS/HPFS stripe-массива Windows NT
8Eh Раздел LVM
93h Amoeba, Скрытый Linux (см. код 83)
94h Amoeba BBT
94h ISO-9660
9Eh ForthOS
A5h Раздел гибернации
A5h NetBSD (старый),FreeBSD,BSD/386
A6h OpenBSD
A7h NeXTSTEP
A8h Apple Darwin, Mac OS X UFS
A9h NetBSD
AFh Mac OS X HFS и HFS+, ShangOS
B6h Зеркальный master-раздел FAT-16 Windows NT
B7h Зеркальный master-раздел NTFS/HPFS Windows NT
BEh Solaris 8 загрузочный
BFh Solaris
С2h Скрытый Linux
С3h Скрытый своп Linux
С6h Зеркальный slave-раздел FAT-16 Windows NT
С7h Зеркальный slave-раздел NTFS Windows NT
СDh Дамп памяти
D8h CP/M-86
DAh Данные — не файловая система
DBh CP/M-86
DDh Скрытый дамп памяти
DEh Dell Utility
EBh BFS
EСh SkyOS
EDh Гибридный GPT
EEh GPT
EFh Системный раздел UEFI
F7h EFAT, SolidState
FBh VMFS
FCh Своп VMFS
FEh LANstep, PS/2 IML
FFh XENIX BBT

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
1DEh 32 Не используется (должно быть заполнено нулями) [а 2]
1FEh 2 Сигнатура (55h AAh)

Формат указателей аналогичен MBR.

Смещение первого сектора[править | править вики-текст]

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

Восстановление MBR[править | править вики-текст]

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[править | править вики-текст]

Пояснения[править | править вики-текст]

  1. Здесь указан адрес в адресации CHS, в адресации LBA он соответствует сектору с номером 0
  2. Изначально планировалось разместить здесь ещё два указателя на раздел, но это так и небыло реализовано)

Примечания[править | править вики-текст]

  1. MS-DOS Partitioning Summary (англ.). Microsoft, Inc.. Проверено 12 декабря 2011. Архивировано из первоисточника 12 декабря 2011.

Ссылки[править | править вики-текст]