硬盤重要扇區(qū)詳解.docx

硬盤重要扇區(qū)詳解硬盤主引導扇區(qū)、分區(qū)表和分區(qū)引導扇區(qū)(MBR、DPT、DBR、BPB)詳解！硬盤的0柱面、0磁頭、1扇區(qū)稱為主引導扇區(qū)（也叫主引導記錄MBR），該記錄占用512個字節(jié)，它用于硬盤啟動時將控制權轉給指定的、在分區(qū)表中登記了某個操作系統(tǒng)分區(qū)。MBR的內容是在硬盤分區(qū)時由分區(qū)（如FDISK）寫入該扇區(qū)的，MBR不屬于任何一個操作系統(tǒng)，不隨操作系統(tǒng)的不同而不同，即使不同，MBR也不會夾帶操作系統(tǒng)的性質，具有公共引導的特性。但安裝某些多重引導功能的軟件或LINUX的LILO時有可能改寫它；它先于所有的操作系統(tǒng)被調入并發(fā)揮作用，然后才將控制權交給活動主分區(qū)內的操作系統(tǒng)（圖一）。MBR由三部分構成：1主引導，占446字節(jié)2硬盤分區(qū)表DPT，占64字節(jié)3主引導扇區(qū)結束標志AA55H 一、硬盤的主引導程序代碼是從偏移0000H開始到偏移01BDH結束的446字節(jié)；主引導程序代碼包括一小段執(zhí)行代碼。啟動PC 機時，系統(tǒng)首先對硬件設備進行測試，成功后進入自舉程序INT 19H；然后讀系統(tǒng)磁盤0柱面、0磁頭、1扇區(qū)的主引導扇區(qū)MBR的內容到內存指定單元0：7C00 首開始的區(qū)域，并執(zhí)行MBR程序段。主引導代碼實現(xiàn)下列功能：1掃描分區(qū)表查找活動分區(qū)；2尋找活動分區(qū)的起始扇區(qū)；3將活動分區(qū)的引導扇區(qū)讀到內存；4執(zhí)行引導扇區(qū)的運行代碼。如果主引導代碼未完成這些功能，系統(tǒng)顯示下列錯誤信息：Invalid partition tableError loading operating systemMissing operating system二、硬盤分區(qū)表DPT是從偏移01BEH開始到偏移01FDH結束的64字節(jié)（圖二）；硬盤分區(qū)表分為四小部分，每一小部分表示一個分區(qū)的信息，占16字節(jié)。在這里我們可以看出，硬盤的總分區(qū)數(shù)為什么不能大于4。其中可激活分區(qū)數(shù)不得大于3，擴展分區(qū)數(shù)不得大于1，當前活動分區(qū)數(shù)必須小于等于1。分區(qū)表的每一分區(qū)的第0個字節(jié)是自舉標志，其值為80H時，表示該分區(qū)是當前活動分區(qū)，可引導，其值為00H時，表示該分區(qū)不可引導。第4字節(jié)是分區(qū)類型（圖三）。每一分區(qū)的第1至第3字節(jié)是該分區(qū)起始地址。其中第1字節(jié)為起始磁頭號（面號）；第2字節(jié)的低6位為起始扇區(qū)號，高2位則為起始柱面號的高2位；第3字節(jié)為起始柱面號的低8位。因此，分區(qū)的起始柱面號是用10位二進制數(shù)表示的，最大值為210 = 1024，因邏輯柱面號從0開始計，故柱面號的顯示最大值為1023。同理，用6位二進制數(shù)表示的扇區(qū)號不會超過26 - 1 = 63；用8位二進制數(shù)表示的磁頭號不會超過28 - 1 = 255。每一分區(qū)的第5至第7字節(jié)表示分區(qū)的終止地址，各字節(jié)的釋義與第1至第3字節(jié)相同。這里我們假設一種極端的情況：如果讓第5至第7字節(jié)的所有二進制位都取1，就獲得了柱面號、磁頭號和扇區(qū)號所能表示的最大值，從而得到最大絕對扇區(qū)號為：1024 256 63 = 16,515,072這個扇區(qū)之前的所有物理扇區(qū)所包含的字節(jié)數(shù)為：16,515,072 512Bytes 8.46109Bytes = 8.46GB。由此可知硬盤的容量設計為什么會有8.4GB這一檔，分區(qū)表每一分區(qū)的第1至第3字節(jié)以及第5至第7字節(jié)的結構已經不能滿足大于8.46GB的大容量硬盤的需要?？紤]到向下兼容的需要，業(yè)界并未對從DOS時代就如此定義的硬盤分區(qū)表提出更改意見，否則改動所牽涉的面太廣，會造成硬件和軟件發(fā)展上的一個斷層，幾乎無法被業(yè)界和用戶所接受。硬盤廠商這一問題的方法是定義了新的INT 13擴展標準。新的INT 13服務擴展標準不再使用操作系統(tǒng)的寄存器傳遞硬盤的尋址參數(shù)，而使用存儲在操作系統(tǒng)內存里的地址包。地址包里保存的是64位LBA地址，如果硬盤支持LBA尋址，就把低28位直接傳遞給ATA接口，如果不支持，操作系統(tǒng)就先把LBA地址轉換為CHS地址，再傳遞給ATA接口。通過這種方式，能實現(xiàn)在ATA總線基礎上CHS尋址的最大容量是136.9 GB，而LBA尋址的最大容量是137.4GB。新的硬盤傳輸規(guī)范ATA 133規(guī)范又把28位可用的寄存器提高到48位，從而支持更大的硬盤。分區(qū)表每一分區(qū)的第8至第11字節(jié)表示該分區(qū)的起始相對扇區(qū)數(shù)（即該扇區(qū)之前的絕對扇區(qū)個數(shù)），高位在右，低位在左；第12至第15字節(jié)表示該分區(qū)實際占用的扇區(qū)數(shù)，也是高位在右，低位在左；分區(qū)表這類數(shù)據(jù)結構的表達方式與中數(shù)據(jù)的實際存儲方式在順序上是一致的，即低位在前，高位在后。因此，在從16進制向十進數(shù)值轉換時，需將字段中的16進制數(shù)以字節(jié)為單位翻轉調位，用4個字節(jié)可以表示最大232個扇區(qū)，即2TB=2048GB。系統(tǒng)在分區(qū)時，各分區(qū)都不允許跨柱面，即均以柱面為單位，這就是通常所說的分區(qū)粒度。在未超過8.4GB的分區(qū)上，C/H/S的表示方法和扇區(qū)數(shù)的表示方法所表示的分區(qū)大小是一致的。超過8.4GB的/H/S/C一般填充為FEH/FFH/FFH，即C/H/S所能表示的最大值；有時候也會用柱面對1024的模來填充。不過這幾個字節(jié)是什么其實都無關緊要了。擴展分區(qū)中的每個邏輯器都存在一個類似于MBR的擴展引導記錄（Extended Boot Record，EBR）（圖四）。擴展引導記錄包括一個擴展分區(qū)表和扇區(qū)結束標志55AA。一個邏輯驅動器中的引導扇區(qū)一般位于相對扇區(qū)32或63。如果磁盤上沒有擴展分區(qū)，那么就不會有擴展引導記錄和邏輯驅動器。第一個邏輯驅動器的擴展分區(qū)表中的第一項指向它自身的引導扇區(qū)；第二項指向下一個邏輯驅動器的EBR，如果不存在進一步的邏輯驅動器，第二項就不會使用，而被記錄成一系列零。如果有附加的邏輯驅動器，那么第二個邏輯驅動器的擴展分區(qū)表的第一項會指向它本身的引導扇區(qū)，第二個邏輯驅動器的擴展分區(qū)表的第二項指向下一個邏輯驅動器的EBR。擴展分區(qū)表的第三項和第四項永遠都不會被使用。擴展分區(qū)表項中的相對扇區(qū)數(shù)是從擴展分區(qū)開始的扇區(qū)到該邏輯驅動器中第一個扇區(qū)的扇區(qū)數(shù)；占用的扇區(qū)數(shù)是指組成該邏輯驅動器的扇區(qū)數(shù)目。 有時候在磁盤的末尾會有剩余空間，由于分區(qū)是以1柱面的容量為分區(qū)粒度的，那么如果磁盤總空間不是整數(shù)個柱面的話，不夠一個柱面的剩下的空間就是剩余空間了，這部分空間并不參與分區(qū)，所以一般無法利用。三、主引導扇區(qū)的最后兩個字節(jié)（偏移1FEH和偏移1FFH），其值為AA55H，它表示該扇區(qū)是個有效的引導扇區(qū)，可用來引導硬磁盤系統(tǒng)。分區(qū)引導扇區(qū)DBR(DOS BOOT RECORD)是由FORMAT高級格式化寫到該扇區(qū)的內容；DBR是由硬盤的MBR裝載的程序段。DBR裝入內存后，即開始執(zhí)行該引導程序段，其主要功能是完成操作系統(tǒng)的自舉并將控制權交給操作系統(tǒng)。每個分區(qū)都有引導扇區(qū)，但只有被設為活動分區(qū)的DBR才會被MBR裝入內存運行。DBR主要由下列幾個部分組成：1跳轉指令，占用3個字節(jié)的跳轉指令將跳轉至引導代碼。2廠商標識和DOS版本號，該部分總共占用8個字節(jié)。3BPB（BIOS Parameter Block， BIOS 參數(shù)塊）。4操作系統(tǒng)引導程序。5結束標志字，結束標志占用2個字節(jié)，其值為AA55DBR中的內容除了第5部分結束標志字固定不變之外，其余4個部分都是不確定的，其內容將隨格式化所用的操作系統(tǒng)版本及硬盤的邏輯盤參數(shù)的變化而變化。一、FAT32的分區(qū)引導扇區(qū)為了使加載的操作更加靈活，加上FAT32文件系統(tǒng)采用活動的FDT表，同時考慮到引導程序的代碼量和為今后發(fā)展保留適當?shù)挠嗔浚現(xiàn)AT32文件系統(tǒng)分區(qū)引導扇區(qū)占據(jù)了6個扇區(qū)，只有前3個扇區(qū)作為系統(tǒng)的分區(qū)引導扇區(qū)，其余3個扇區(qū)保留暫未使用。分區(qū)引導扇區(qū)對于操作系統(tǒng)的啟動和磁盤文件的具有至關重要的作用；引導程序代碼的損壞將導致操作系統(tǒng)不能正常啟動，磁盤讀寫參數(shù)的破壞將造成存儲在磁盤上的文件不能正常讀寫。由于分區(qū)引導扇區(qū)的重要性，F(xiàn)AT32文件系統(tǒng)在在第一個分區(qū)引導扇區(qū)的6個扇區(qū)后的6個扇區(qū)里保留了分區(qū)引導扇區(qū)的備份，在啟動時操作系統(tǒng)可以對兩份引導扇區(qū)進行比較，以便選擇正確的引導扇區(qū)來引導系統(tǒng)。由于在磁盤正常工作過程中系統(tǒng)不再對引導扇區(qū)的程序和數(shù)據(jù)進行修改，因此備份的分區(qū)引導扇區(qū)損壞的可能性非常小。分區(qū)引導扇區(qū)的第一個扇區(qū)（圖六）的前三個字節(jié)是一條跳轉指令，然后是8個字節(jié)長的OEM ID（廠家標識）和版本號，其后是簡稱為BPB的BIOS參數(shù)塊（BIOS Parameter Block）。對于FAT32其各部分的意義如下表： 偏移地址長度(字節(jié))意義0BH2每個扇區(qū)的字節(jié)數(shù)，常取512。0DH1每簇扇區(qū)數(shù)；可以是1, 2, 4, 8, 16, 32, 64, 128，取決于文件系統(tǒng)格式及分區(qū)大小。0EH2為操作系統(tǒng)保留的扇區(qū)數(shù)；FAT32時多為十進制的32，F(xiàn)AT16時為1，有的格式化可能將它設為36或63。10H1FAT表的個數(shù)；常取2。11H2在FAT16中存放系統(tǒng)根目錄中允許登記的目錄項個數(shù)，F(xiàn)AT32中用于標注系統(tǒng)采用的是否為FAT32文件系統(tǒng)。其值為0000H表示磁盤使用FAT32文件系統(tǒng)。13H2值為00H，為保持兼容性而保留，未使用。15H1磁盤介質標志，硬盤為F8。16H2未使用，值為00H。18H2每個磁道的扇區(qū)數(shù)。1AH2磁盤的磁頭數(shù)。1CH4分區(qū)前隱藏扇區(qū)的個數(shù)。20H4邏輯磁盤中的扇區(qū)總數(shù)。24H4每個FAT表所占的扇區(qū)數(shù)。28H2FAT表鏡像標志，值為0表示系統(tǒng)保存2份互為備份的FAT表，值為1表示系統(tǒng)僅保存1份FAT表。2AH2文件系統(tǒng)的主次版本（保留）。2CH4磁盤根目錄的起始簇號。30H2文件系統(tǒng)參數(shù)的扇區(qū)號，通常位于引導扇區(qū)的下一個扇區(qū)。32H2備份分區(qū)引導扇區(qū)的邏輯扇區(qū)號。34H12保留，未使用。40H1中斷13呼叫的預設值，指明訪問的設備;軟盤為00H，硬盤為80H。41H1用于中斷13呼叫。42H1磁盤讀寫參數(shù)擴展標志，其值為29H。43H4格式化時隨機產生的磁盤卷的序列號。47H11格式化時人工輸入的磁盤卷標號。52H8文件系統(tǒng)的標識號（FAT32）。從偏移0x5A開始的數(shù)據(jù)為操作系統(tǒng)引導代碼。這是由偏移0x00開始的跳轉指令所指向的，此段指令在不同的操作系統(tǒng)上和不同的引導方式上，其內容也是不同的。扇區(qū)的最后兩個字節(jié)存儲值為0x55AA的DBR有效標志，對于其他的取值，系統(tǒng)將不會執(zhí)行DBR相關指令。分區(qū)引導扇區(qū)的第2個扇區(qū)作為文件系統(tǒng)相關參數(shù)存儲標識扇區(qū)（圖七），除了保存扇區(qū)的標識信息（RraA（00H）和rrAa（1E4H）外，還可能在偏移地址1E8H處存儲了文件系統(tǒng)有關的信息。其中扇區(qū)偏移地址1E8H1EBH的4個字節(jié)存儲了邏輯磁盤中未使用的簇數(shù)，通常用于快速計算邏輯磁盤的剩余空間（典型的操作是在資源器狀態(tài)欄上列出的可用磁盤空間參數(shù)），而1ECH1EFH 4個字節(jié)給出了邏輯盤中下一個可以分配給文件使用的空閑簇的簇號，這樣操作系統(tǒng)可以不訪問FAT表就直接獲得磁盤剩余空間和可以分配的簇號。分區(qū)引導扇區(qū)的第3個扇區(qū)則存儲了引導扇區(qū)的后一部分引導系統(tǒng)的程序代碼（圖八）。二、NTFS的分區(qū)引導扇區(qū)對于NTFS分區(qū)來說，分區(qū)引導扇區(qū)DBR只占用一個扇區(qū)（圖五），并且在該分區(qū)的最后一個扇區(qū)做了備份；NTFS的引導扇區(qū)也是完成引導和定義分區(qū)參數(shù)，NTFS分區(qū)的引導扇區(qū)不是分區(qū)的充分條件，它要求必須MFT中的系統(tǒng)記錄如$MFT等正常該分區(qū)才能正常訪問。其BPB參數(shù)如下表所示： 偏移地址長度（字節(jié)）常用值意義0x0B20x0002每扇區(qū)字節(jié)數(shù)0x0D10x08每簇扇區(qū)數(shù)0x0E20x0000保留扇區(qū)0x1030x000000總為00x1320x0000NTFS未使用，為00x1510xF8介質描述0x1620x0000總為00x18