磁盘的分区和引导

风行水上 @ 2010-07-01 17:16:50

标签： it

硬盘结构

硬盘，由很多柱面(Cylinder)组成，每个柱面，有一定数量的磁头(Head)，每个磁头又可分为一定数量个扇区(Sector)。
磁盘的定位可义用类似于三维坐标的形式表示，即(柱面，磁头，扇区)或者(C, H, S) 。这种表示方法被称为 CHS(Cylinder-Head-Sector) Address 。C和H的索引都从0开始，S的索引则从1开始。如果把三维坐标转换为一维坐标，就是 LBA(Logical Block Addressing)，表示的是从磁盘第一个扇区算起的第几个扇区。LBA的索引从0开始。

目前常见的硬盘，每个柱面有255个磁头，每个磁头有63个扇区，即

HPC = Heads per Cylinder = 255 (0..254)
SPT = Sector per Track = 63 (1..63)

据此也很容易在 CHS 地址和 LBA 地址这间进行转换：

LBA = SPT*(HPC*C + H) + S - 1

S = LBA%SPT + 1
H = LBA/SPT%HPC
C = LBA/(HPC*SPT)

MBR (Master Boot Record)

MBR(Master Boot Record)，即硬盘的主引导记录，存储在硬盘的第一个扇区。

它由三个部分组成，主引导记录MBR、硬盘分区表DPT(Disk Partition Table)和硬盘有效标志。

MBR 数据结构

偏移	长度	描述
0x0000	440	引导代码
0x01B8	4	磁盘标识
0x01BC	2	一般为 0x0000
0x01BE	64	四个16byte的DPT
0x01FE	2	MBR 有效标志 0xAA55

可见，MBR最多能标识4个主要分区(Primary Partition)。扩展分区是主分区的一种，用于划分更多的逻辑分区。

硬盘分区结构信息

偏移	长度(字节)	描述
00H	1	分区状态：00=非活动分区；80=活动分区；其它数值没有意义
01H	3	分区起始扇区的 CHS Address。详见表格下方。
04H	1	文件系统标志位。详见表格下方
05H	3	分区结束扇区的CHS Address。详见表格下方
08H	4	分区起始扇区的 LBA Address
0CH	4	分区总的扇区数

分区总的扇区数是一个4字节的无符号整数，因此，每个分区理论上不能超过 2^32*512 = 2*2^40 = 2 TB

分区表中CHS Address 的表示和计算

第一个字节是磁头号(Head)，用到全部8位
第二个字节的低6位是扇区号(Sector)
第二个字节的高2位加上每三个字节的全部表示磁柱号(Cylinder)

常见文件系统标志位

04h : FAT16
05h : 扩展MS_DOS分区
07h : NTFS
0Bh : 使用32BIT_FAT表，磁盘空间最大2GB
0Ch : 使用32BIT_FAT表，采用LBA模式，调用INT13扩展中断
0Fh : 扩展MS_DOS分区，采用LBA模式，调用INT13扩展中断
82h : Linux分区
83h : Linux 交换分区

每个分区（Partition）也有自己的引导扇区，被称为 VBR(Volume Boot Record) 或者 Partition Boot Sector，即该分区的第一扇区。

MBR中的引导代码通常寻找第一个活动分区(Active Partition)，并将控制权交给该分区的引导代码，进而进行系统引导。

Windows NT 系列 (..., 2000, XP, 2003) 的系统引导

在当前分区的根目录下寻找文件 NTLDR ，由该文件负责进一步的引导。

文件 boot.ini 是 NTLDR 的配置文件，可以通过配置改变引导方式。

文件 bootfont.bin 是用来汉化引导过程中的中文字符的。

文件 "ntdetect.com" 被ntldr调用来检测当前系统环境。