硬碟主引導記錄(MBR)及其結構詳解

 

硬碟的0柱面、0磁頭、1扇區稱為主開機磁區，FDISK程式寫到該扇區的內容稱為主引導記錄（MBR）。該記錄佔用512個位元組，它用於硬碟啟動時將系統控制權交給使用者指定的，並在分區表中登記了的某個作業系統區。

 

1.MBR的讀取

    硬碟的引導記錄（MBR）是不屬於任何一個作業系統，也不能用作業系統提供的磁碟操作命令來讀取它。但我們可以用ROM-BIOS中提供的INT13H的2號功能來讀出該扇區的內容，也可用軟體工具Norton8.0中的DISKEDIT.EXE來讀取。

用INT13H的讀磁碟扇區功能的調用參數如下：

入口參數：AH=2 （指定功能號）

AL=要讀取的扇區數

DL=磁碟號（0、1-磁碟片；80、81-硬碟）

DH=磁頭號

CL高2位+CH=柱面號

CL低6位=扇區號

CS:BX=存放讀取資料的記憶體緩衝地址

出口參數：CS:BX=讀取資料存放地址

錯誤資訊：如果出錯CF=1 AH=錯誤碼

用DEBUG讀取位於硬碟0柱面、0磁頭、1扇區的操作如下：

A>DEBUG

-A 100

XXXX:XXXX MOV AX,0201 （用功能號2讀1個扇區）

XXXX:XXXX MOV BX,1000 （把讀出的資料放入緩衝區的地址為CS:1000）

XXXX:XXXX MOV CX,0001 （讀0柱面，1扇區）

XXXX:XXXX MOV DX,0080 （指定第一物理盤的0磁頭）

XXXX:XXXX INT 13

XXXX:XXXX INT 3

XXXX:XXXX （按斷行符號鍵）

-G=100 （執行以上程式段）

-D 1000 11FF （顯示512位元組的MBR內容）

 

2.MBR的組成

一個扇區的硬碟主引導記錄MBR由4個部分組成。

主引導程式（位移地址0000H--0088H），它負責從使用中的磁碟分割中裝載，並運行系統引導程式。

出錯資訊資料區，位移地址0089H--00E1H為出錯資訊，00E2H--01BDH全為0位元組。

分區表（DPT,Disk Partition Table）含4個分區項，位移地址01BEH--01FDH,每個分區表項長16個位元組，共64位元組為分區項1、分區項2、分區項3、分區項4。

結束標誌字，位移地址01FE--01FF的2個位元組值為結束標誌55AA,如果該標誌錯誤系統就不能啟動。

0000-0088	Master Boot Record 主引導程式	主引導 程式
0089-01BD	出錯資訊資料區	資料區
01BE-01CD	分區項1（16位元組）	分區表
01CE-01DD	分區項2（16位元組）
01DE-01ED	分區項3（16位元組）
01EE-01FD	分區項4（16位元組）
01FE	55	結束標誌
01FF	AA

 

3.MBR中的分區資訊結構

    佔用512個位元組的MBR中，位移地址01BEH--01FDH的64個位元組，為4個分區項內容（分區資訊表）。它是由磁碟介質類型及使用者在使用 FDISK定義分區時確定的。在實際應用中，FDISK對一個磁碟劃分的主要磁碟分割可少於4個，但最多不超過4個。每個分區表的項目是16個位元組，其內容含義如下表所示。

存貯位元組位	內容及含義
第1位元組	引導標誌。若值為80H表示使用中的磁碟分割，若值為00H表示非使用中的磁碟分割。
第2、3、4位元組	本分區的起始磁頭號、扇區號、柱面號。其中：     磁頭號——第2位元組；     扇區號——第3位元組的低6位；     柱面號——為第3位元組高2位+第4位元組8位。
第5位元組	分區類型符。     00H——表示該分區未用（即沒有指定）；     06H——FAT16基本分區；     0BH——FAT32基本分區；     05H——擴充分區；     07H——NTFS分區；     0FH——（LBA模式）擴充分區（83H為Linux分區等）。
第6、7、8位元組	本分區的結束磁頭號、扇區號、柱面號。其中：     磁頭號——第6位元組；     扇區號——第7位元組的低6位；     柱面號——第7位元組的高2位+第8位元組。
第9、10、11、12位元組	本分區已用的扇區數。
第13、14、15、16位元組	本分區的總扇區數。

 

4.MBR的主要功能及工作流程

在CPU上電之後，若由硬碟啟動，則BIOS將硬碟的主引導記錄（位於0柱面、0磁軌、1扇區）讀入7C00處，然後將控制權交給主引導代碼。主引導代碼的任務包括：

掃描分區表，找到一個啟用(可引導)分區；

找到啟用分區的起始扇區；

將啟用分區的開機磁區裝載到記憶體7C00處；

將控制權交給開機磁區代碼；

 

如果主引導代碼無法完成上述任務，它將顯示以下錯誤資訊之一：

No active partition.

Invalid partition table.

Error loading operating system.

Missing operating system.

 

機器加電或按reset鍵後都要進行系統複位，複位後CS=FFFFH，IP=0000H，那麼自然就從FFFF:0000H處開始執行指令，這個地方只有一條JMP指令跳轉到系統自檢程式處，系統自檢完成後把磁碟片的第一個扇區（如果由磁碟片啟動）或者硬碟的第一個扇區，即MBR扇區（如果由硬碟啟動）讀入到0:7C00H處，然後把控制權交出，從0:7C00H處繼續執行。 

 

下面就是硬碟的MBR程式碼分析：

其中的開機磁區是指硬碟相應分區的第一個扇區，是和作業系統有關的。作業系統的引導是由它來完成的，而MBR並不負責，MBR和作業系統無關。開機磁區的任務是把控制權轉交給作業系統的引導程式。

 

程式流程：

1 將程式碼由0:7C00H移動到0:0600H（注，BIOS把MBR放在0:7C00H處）

2 搜尋可引導分區，即80H標誌

成功：goto 3

失敗：跳入ROM BASIC

無效分區表：goto 5

3 讀開機磁區

失敗：goto 5

成功：goto 4

4 驗證開機磁區最後是否為55AAH

失敗：goto 5

成功：goto 6

5 列印錯誤進入無窮迴圈

6 跳到0:7C00H進行下一步啟動工作

 

5、硬碟邏輯磁碟機的分區錶鏈結構

    硬碟是由很多個512位元組的扇區組成，而這些扇區會被組織成一個個的“分區”。

硬碟的分區規則是：一個分區的所有扇區必須連續，硬碟可以有最多4個物理上的分區，這4個物理分區可以時個主要磁碟分割或者3個主要磁碟分割加一個擴充分區。在DOS/Windows管理下的擴充分區裡，可以而且必須再繼續劃分邏輯分區（邏輯盤）。

擴充分區的資訊位於硬碟分區表（DPT）中, 而邏輯磁碟機的資訊則位於擴充分區的起始扇區, 即該分區的起始地址（面/扇區/磁軌）所對應的扇區, 該扇區中的資訊與硬碟主開機磁區的區別是不包含MBR, 而16位元組的分區資訊則表示的是邏輯磁碟機的起始和結束位址等。

MBR( Master Boot Record )主引導記錄包含兩部分的內容，前446位元組為啟動代碼及資料，而從446(0x1BE)開始則是分區表，分區表由四個分區項組成，每個分區項資料為16位元組，記錄了啟動時需要的分區參數。