硬盘主引导记录(MBR)及其结构详解

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INT13H的2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。

用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（0、1-软盘；80、81-硬盘）

DH=磁头号

CL高2位+CH=柱面号

CL低6位=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

用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2读1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MBR由4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--01FF的2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--01FDH的64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

在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7C00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7C00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=FFFFH，IP=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0:7C00H处，然后把控制权交出，从0:7C00H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0:7C00H移动到0:0600H（注，BIOS把MBR放在0:7C00H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0:7C00H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, 而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。

在启动过程中MBR的主引导程序，扫描分区表，找到一个激活分区；把激活分区的
引导扇区装入内存7C00中，并把控制权教引导扇区。grub不能引导DOS系统的
bootloader，MBR找到激活分区，使用的chainloader+1加载DOS的引导程序。
使用DD把DOS的IMG考入硬盘的分区中，可以引导。在linux不能使用fisk进行扩充
文件系统大小，gparted也不行。还没有找到扩展分区方法

第二部分 MBR修复方法

   常见的MBR修复方法有三种
   方法1:首先用光驱引导或者用软驱进入纯dos模式，再用 fdisk /mbr 命令恢复系统固有的主引导程序
   方法2:用xp安装盘，进入恢复控制台， fixmbr x:
   方法3:WinXP以上系统使用Diskpart命令里面的Clean擦出MBR

第三部分 修复MBR命令 Fdisk /mbr 详解

   1. 主引导程序受损
   此乃常见故障， 硬盘不能自举， 微机死锁， 或显示 boot failure－insert system diskette， ……之类； 经由软盘引导， fdisk 命令能列出分区信息。
   取硬盘同版本 dos 软盘或应急盘引导， 运行 a>fdisk /mbr
  命令，仅向主引导扇区写入当前系统固有的主引导程序， 硬盘即恢复自举能力， 如果 dos 引导信息及系统文件等均正常。
   2. 仅设基本 dos 分区硬盘的主引导信息全损
   前述表现之外， 执行 a>c:， 显示 invalid drive specification，乃分区表遭毁； fdisk 命令不能列出分区信息。 实践中曾遇两例原仅设基本 dos 分区的硬盘(无扩展dos分区)， 主引导扇区面目皆非， 经分别运行原用的 ms dos 7.0 及 7.1 fdisk /mbr命令， 常规重写全套完全适用的主引导信息， 由于其 dos 引导信息、文件分配表、根目录及用户数据完好， c 盘均迅即康复。(常规 fdisk 命令初始化 dos 引导扇区等， 有需后续处理)
   3. 清除 lilo 信息
   在以系统自带的 linux load 过程中， 每修改主引导信息， 籍以引导 linux。 需要时， 删除 linux 分区后， 可用 fdisk /mbr 命令恢复系统固有的主引导程序。

要查看 MBR 的内容，请使用下面的命令：

# dd if=/dev/hda of=mbr.bin bs=512 count=1
# od -xa mbr.bin

这个 dd 命令需要以 root 用户的身份运行，它从 /dev/hda（第一个 IDE 盘） 上读取前 512 个字节的内容，并将其写入 mbr.bin 文件中。od 命令会以十六进制和 ASCII 码格式打印这个二进制文件的内容。