主引導記錄[編輯]
主引導記錄（Master Boot Record，縮寫：MBR），又叫做主引導扇區，是計算機開機後訪問硬盤時所必須要讀取的首個扇區，它在硬盤上的三維地址爲（柱面，磁頭，扇區）＝（0，0，1）。在深入討論主引導扇區內部結構的時候，有時也將其開頭的446字節內容特指爲“主引導記錄”（MBR），其後是4個16字節的“磁盤分區表”（DPT），以及2字節的結束標誌（55AA）。因此，在使用“主引導記錄”（MBR）這個術語的時候，需要根據具體情況判斷其到底是指整個主引導扇區，還是主引導扇區的前446字節。
| 地址 | 描述 |
長度 （字節） |
|||
|---|---|---|---|---|---|
| Hex | Oct | Dec | |||
0000 |
0000 |
0 | 代碼區 | 440 (最大 446) |
|
01B8 |
0670 |
440 | 選用磁盤標誌 | 4 | |
01BC |
0674 |
444 | 一般爲空值; 0x0000 | 2 | |
01BE |
0676 |
446 | 標準 MBR 分區表規劃 (四個16 byte的主分區表入口) |
64 | |
01FE |
0776 |
510 | 55h |
MBR 有效標誌: 0x55AA |
2 |
01FF |
0777 |
511 | AAh | ||
| MBR, 總大小: 446 + 64 + 2 = | 512 | ||||
主引導扇區記錄着硬盤本身的相關信息以及硬盤各個分區的大小及位置信息，是數據信息的重要入口。如果它受到破壞，硬盤上的基本數據結構信息將會丟失，需要用繁瑣的方式試探性的重建數據結構信息後纔可能重新訪問原先的數據。主引導扇區內的信息可以通過任何一種基於某種操作系統的分區工具軟件寫入，但和某種操作系統沒有特定的關係，即只要創建了有效的主引導記錄就可以引導任意一種操作系統（操作系統是創建在高級格式化的硬盤分區之上，是和一定的文件系統相聯繫的）。
對於硬盤而言，一個扇區可能的字節數爲128×2n (n=0,1,2,3)。大多情況下，取n=2，即一個扇區（sector）的大小爲512字節。
主引導記錄的組成[編輯]
啓動代碼[編輯]
主引導記錄最開頭是第一階段引導代碼。其中的硬盤引導程序的主要作用是檢查分區表是否正確並且在系統硬件完成自檢以後將控制權交給硬盤上的引導程序（如GNU GRUB）。 它不依賴任何操作系統，而且啓動代碼也是可以改變的，從而能夠實現多系統引導。
硬盤分區表[編輯]
| 偏移 | 長度(字節) | 意義 |
|---|---|---|
| 00H | 1 | 分區狀態：00-->非活動分區；80--> 活動分區； 其它數值沒有意義 |
| 01H | 1 | 分區起始磁頭號(HEAD)，用到全部8位 |
| 02H | 2 | 分區起始扇區號(SECTOR)，佔據02H的位0－5； 該分區的起始磁柱號(CYLINDER)，佔據 02H的位6－7和03H的全部8位 |
| 04H | 1 | 文件系統標誌位 |
| 05H | 1 | 分區結束磁頭號(HEAD)，用到全部8位 |
| 06H | 2 | 分區結束扇區號(SECTOR)，佔據06H的位0－5； 該分區的結束磁柱號(CYLINDER)，佔據 06H的位6－7和07H的全部8位 |
| 08H | 4 | 分區起始相對扇區號 |
| 0CH | 4 | 分區總的扇區數 |
硬盤分區表佔據主引導扇區的64個字節(偏移01BEH--偏移01FDH)，可以對四個分區的信息進行描述，其中每個分區的信息佔據16個字節。具體每個字節的定義可以參見硬盤分區結構信息。下面是一個例子：
如果某一分區在硬盤分區表的信息如下
- 80 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00
則我們可以看到，最前面的"80"是一個分區的激活標誌，表示系統可引導[1]；"01 01 00"表示分區開始的磁頭號爲1，開始的扇區號爲1，開始的柱面號爲0；"0B"表示分區的系統類型是FAT32，其他比較常用的有04（FAT16）、07（NTFS）；"FE BF FC"表示分區結束的磁頭號爲254，分區結束的扇區號爲63、分區結束的柱面號爲764；"3F 00 00 00"表示首扇區的相對扇區號爲63；"7E 86 BB 00"表示總扇區數爲12289662。
對於現代大於8.4G的硬盤，CHS已經無法表示, BIOS使用LBA模式，對於超出的部分，CHS值通常設爲 FEFFFF, 並加以忽略，直接使用08-0f的4字節相對值，再進行內部轉換.
結束標誌字[編輯]
結束標誌字55，AA（偏移1FEH－偏移1FFH）是主引導扇區的最後兩個字節，是檢驗主引導記錄是否有效的標誌。
主引導扇區的讀取流程[編輯]
- 系統開機或者重啓。
- BIOS 加電自檢 ( Power On Self Test -- POST )。BIOS執行內存地址爲 FFFF:0000H 處的跳轉指令，跳轉到固化在ROM中的自檢程序處，對系統硬件(包括內存)進行檢查。
- 讀取主引導記錄(MBR)。當BIOS檢查到硬件正常並與 CMOS 中的設置相符後，按照 CMOS 中對啓動設備的設置順序檢測可用的啓動設備。BIOS將相應啓動設備的第一個扇區(也就是MBR扇區)讀入內存地址爲0000:7C00H 處。
- 檢查0000:7CFEH-0000:7CFFH(MBR的結束標誌位)是否等於55AAH，若不等於則轉去嘗試其他啓動設備，如果沒有啓動設備滿足要求則顯示"NO ROM BASIC"然後死機。
- 當檢測到有啓動設備滿足要求後，BIOS將控制權交給相應啓動設備。啓動設備的MBR將自己複製到0000:0600H處, 然後繼續執行。
- 根據MBR中的引導代碼啓動引導程序。
- 事實上，BIOS不僅檢查0000:7CFEH-0000:7CFFH(MBR的結束標誌位)是否等於55AAH，往往還對磁盤是否有寫保護、主引導扇區中是否存在活動分區等進行檢查。如果發現磁盤有寫保護，則顯示磁盤寫保護出錯信息；如果發現磁盤中不存在活動分區，則顯示類似如下的信息“Remove disk or other media Press any key to restart”。
主引導記錄與硬盤分區[編輯]
從主引導記錄的結構可以知道，它僅僅包含一個64個字節的硬盤分區表。由於每個分區信息需要16個字節，所以對於採用MBR型分區結構的硬盤，最多隻能識別4個主要分區（Primary partition）。所以對於一個採用此種分區結構的硬盤來說，想要得到4個以上的主要分區是不可能的。這裏就需要引出擴展分區了。擴展分區也是主要分區的一種，但它與主分區的不同在於理論上可以劃分爲無數個邏輯分區。[2]
擴展分區中邏輯驅動器的引導記錄是鏈式的。每一個邏輯分區都有一個和MBR結構類似的擴展引導記錄(EBR)，其分區表的第一項指向該邏輯分區本身的引導扇區，第二項指向下一個邏輯驅動器的EBR，分區表第三、第四項沒有用到。
Windows系統默認情況下，一般都是隻劃分一個主分區給系統，剩餘的部分全部劃入擴展分區。這裏有下面幾點需要注意：
- 在MBR分區表中最多4個主分區或者3個主分區＋1個擴展分區，也就是說擴展分區只能有一個，然後可以再細分爲多個邏輯分區。
- 在Linux系統中，硬盤分區命名爲sda1－sda4或者hda1－hda4（其中a表示硬盤編號可能是a、b、c等等）。在MBR硬盤中，分區號1－4是主分區（或者擴展分區），邏輯分區號只能從5開始。
- 在MBR分區表中，一個分區最大的容量爲2T，且每個分區的起始柱面必須在這個disk的前2T內。你有一個3T的硬盤，根據要求你至少要把它劃分爲2個分區，且最後一個分區的起始扇區要位於硬盤的前2T空間內。[3]如果硬盤太大則必須改用GPT。
MBR分區表與GPT分區表的關係[編輯]
與支持最大卷爲2 TB（Terabytes）並且每個磁盤最多有4個主分區（或3個主分區，1個擴展分區和無限制的邏輯驅動器）的MBR磁盤分區的樣式相比，GPT磁盤分區樣式支持最大卷爲128 EB（Exabytes）並且每磁盤的分區數沒有上限，只受到操作系統限制（由於分區表本身需要佔用一定空間，最初規劃硬盤分區時，留給分區表的空間決定了最多可以有多少個分區，IA-64版Windows限制最多有128個分區，這也是EFI標準規定的分區表的最小尺寸）。與MBR分區的磁盤不同，至關重要的平臺操作數據位於分區，而不是位於非分區或隱藏扇區。另外，GPT分區磁盤有備份分區表來提高分區數據結構的完整性。
註釋[編輯]
- ^ 對於一個操作系統而言，系統分區設爲活動分區並不是必須的，這主要視引導程序而定，如果使用的引導程序是Grub4Dos，MBR中的引導代碼僅僅按照分區的順序依次探測第二階段引導器grldr的位置，並運行第一個探測到的grldr文件。
- ^ 一個硬盤的分區個數還要受到分區大小的限制，因爲硬盤是按照柱面分區的：一個分區至少要佔一個柱面。但有一點需要注意，由於現在的硬盤結構已經和老式硬盤有了很大區別，其尋址結構也不再是CHS尋址，所以這裏的柱面大小不同於相關軟件顯示的柱面大小。對於物理結構上有n個面的硬盤，其分區空間的最小值爲：n × 扇區/磁道 × 512字節。
- ^ 根據16字節分區表的結構：當前分區的扇區數用4個字節表示，前面各分區扇區數的總和也是4個字節，而232 × 512 ＝ 2 199 023 255 552 Byte