Меню

Восстановление процедуры загрузки



Разметка диска MBR или GPT

Сначала про разделы на диске

MBR и GPT – это не разделы. Это способ образования разделов на диске, тип MBR/GPT относится в целом к диску.

Вот хорошая статья на Хабре

MBR (MASTER BOOT RECORD)

главная загрузочная запись содержит таблицу разделов, которая описывает, как разделы расположены на диске. С этим типом разделения первый сектор на жестком диске содержит главную загрузочную область и файл двоичного кода, названный кодом начальной загрузки загрузчика. С типом разделов MBR диски поддерживают тома до 2 терабайт и используют один из двух типов разделения:

Boot-сектор MBR имеет размер 512 байт и расположен в самом начале диска. Там находится исполняемый код (которые передает управление непосредственно загрузчику) и вся таблица разделов.

Вот так MBR подробнее:

Смещение Длина, байт Описание
0000h 446 Код загрузчика boot-сектор
01BEh 16 Раздел 1 Таблица разделов
01CEh 16 Раздел 2
01DEh 16 Раздел 3
01EEh 16 Раздел 4
01FEh 2 Сигнатура (55h AAh)

На сам исполняемый код отводится 446 байт (тот самый boot-сектор), а остальные 66 байт – на разметку диска.

Отсюда две важные заметки для диска MBR:

  • используйте для разных операционных систем (и данных) разные диски с разметкой MBR, в противном случае из-за борьбы установщиков за boot-сектор (и кривизны рук разработчиков) может быть полностью переписан весь раздел MBR в 512 байт, таблицы разделов погибнут = и Вы полностью потеряете всю информацию с диска
  • для любителей Linux – если всё сломалось, появились кривые разделы (которые не удаляются стандартными средствами) = запускаете LiveCD Linux и через терминал с помощью соответствующей команды забиваете все 512 байт нулями – в результате диск “забудет” про всю разметку (и все данные) и будет снова готов к Вашим опытам

У каждого диска MBR может быть:

  • до четырех Primary разделов или
  • три Primary раздела и один раздел Extended.

Primary раздел – это раздел диска, в которым Вы можете обратиться непосредственно к файлу. В отличие от раздела Primary, Вы не можете обратиться к разделу Extended напрямую. В разделе Extended можно создавать логические диски, которые и будут использоваться для хранения файлов.

В MBR используется адресация, зависимая от геометрии диска. Адрес собирается из трех значений головка, цилиндр и сектор (например 0,0,0)

Возможность разбивать раздел Extended на логические диски позволяет Вам распределять физический диск на нужное число разделов (без возможности загрузки с этих разделов).

Как установить несколько разных OS Windows на диск с MBR – читаем в статье

GPT (GUID Partition Table)

имеет два основных раздела и один или более дополнительных раздела:

EFI system partition (ESP)

Microsoft Reserved partition (MSR)

At least one data partition (разделы с данными)

Диски GPT поддерживают тома до 18 эксабайт (1024 петабайт или 1048576 терабайт) и 128 разделов.

В GPT используется адресация LBA. Это блочная адресация, каждый блок имеет свой номер, например LBA1, LBA2, LBA3, и так далее, при чем адреса MBR автоматически транслируются в LBA, например LBA1 будет иметь адрес 0,0,1 и так далее.

Данную схему организации разделов на диске поддерживают:

  • с Widows XP – только работа с данными
  • с Windows 8 – загрузка и работа с данными

GPT не содержит кода загрузчика. Этим будет заниматься UEFI BIOS, здесь размещена только таблица разделов. В блоке LBA0 находится MBR, это сделано для защиты от затирания GPT старыми утилитами работы с дисками.

И такое дело – MBR поддерживает диски только до 2,2 Тб.
Например для диска на 4 Тб:

а) BIOS старый, диск GPT, Windows XP и старше = можно использовать все 4 Тб только под хранение данных как отдельный диск в системе, загрузка невозможна
б) BIOS UEFI, диск GPT, Windows 8 и старше = можно использовать диск 4 Тб и как загрузочный
в) BIOS старый, диск GPT, Windows XP и младше = диск будет виден в системе, но данные с него не прочитать = или костыли и танцы с бубном или структура разделов MBR и разбиение на два раздела по 2 Тб

Сравнительная таблица MBR vs GPT

“Костыли” для GPT

Для загрузки с GPT системам Windows нужно:

  • BIOS UEFI
  • 64 bit разрядность системы

И что делать, если у нас могучий сервер (нужно большое дисковое пространство) – а в наличии только железо с BIOS?

Правильно – использовать костыль!

  • устанавливаем Windows на диск с MBR (система не разрешит установку на диск с GPT на BIOS)
  • сторонней утилитой конвертируем разметку диска в GPT
  • итого у нас система Windows установлена на GPT
  • но загрузки конечно нет – т.к. нет boot-сектора MBR (точнее он есть – но заблокирован от записи)
  • но нам очень надо – и у нас есть флешка или другой диск с MBR
  • делаем там boot-сектор MBR (что было куда обратиться BIOS для старта) и передаем управление загрузчику ОС (который уже на диске с GPT)

Вот тут подробнее:

Внимание! Есть большая путаница в названиях. “Скрытый раздел” не видит система и с него нельзя загрузиться, даже если он активный. Раздел Win7 System Recovery на самом деле не скрытый (система с него грузится), у него просто нет буквы и поэтому его не видно в Проводнике.

Источник

Изучаем структуры MBR и GPT

Для работы с жестким диском его для начала необходимо как-то разметить, чтобы операционная система могла понять в какие области диска можно записывать информацию. Поскольку жесткие диски имеют большой объем, их пространство обычно разбивают на несколько частей — разделов диска. Каждому такому разделу может быть присвоена своя буква логического диска (для систем семейства Windows) и работать с ним можно, как будто это независимый диск в системе.

Способов разбиения дисков на разделы на сегодняшний день существует два. Первый способ — использовать MBR. Этот способ применялся еще чуть ли не с появления жестких дисков и работает с любыми операционными системами. Второй способ — использовать новую систему разметки — GPT. Этот способ поддерживается только современными операционными системами, поскольку он еще относительно молод.

Структура MBR

До недавнего времени структура MBR использовалась на всех персональных компьютерах для того, чтобы можно было разделить один большой физический жесткий диск (HDD) на несколько логических частей — разделы диска (partition). В настоящее время MBR активно вытесняется новой структурой разделения дисков на разделы — GPT (GUID Partition Table). Однако MBR используется еще довольно широко, так что посмотрим что она из себя представляет.

MBR всегда находится в первом секторе жесткого диска. При загрузке компьютера, BIOS считывает этот сектор с диска в память по адресу 0000:7C00h и передает ему управление.

Итак, первая секция структуры MBR — это секция с исполняемым кодом, который и будет руководить дальнейшей загрузкой. Размер этой секции может быть максимум 440 байт. Далее идут 4 байта, отведенные на идентификацию диска. В операционных системах, где идентификация не используется, это место может занимать исполняемый код. То же самое касается и последующих 2 байт.

Начиная со смещения 01BEh находится сама таблица разделов жесткого диска. Таблица состоит из 4 записей (по одной на каждый возможный раздел диска) размером 16 байт.

Структура записи для одного раздела:

Первым байтом в этой структуре является признак активности раздела. Этот признак определяет с какого раздела следует продолжить загрузку. Может быть только один активный раздел, иначе загрузка продолжена не будет.

Следующие три байта — это так называемые CHS-координаты первого сектора раздела.

По смещению 04h находится код типа раздела. Именно по этому типу можно определить что находится в данном разделе, какая файловая система на нем и т.п. Список зарезервированных типов разделов можно посмотреть, например, в википедии по ссылке Типы разделов.

После типа раздела идут 3 байта, определяющие CHS-координаты последнего сектора раздела.

CHS-координаты сектора расшифровываются как Cylinder Head Sector и соответственно обозначают номер цилиндра (дорожки), номер головки (поверхности) и номер сектора. Цилиндры и головки нумеруются с нуля, сектор нумеруется с единицы. Таким образом CHS=0/0/1 означает первый сектор на нулевом цилиндре на нулевой головке. Именно здесь находится сектор MBR.

Все разделы диска, за исключением первого, обычно начинаются с нулевой головки и первого сектора какого-либо цилиндра. То есть их адрес будет N/0/1. Первый раздел диска начинается с головки 1, то есть по адресу 0/1/1. Это все из-за того, что на нулевой головке место уже занято сектором MBR. Таким образом, между сектором MBR и началом первого раздела всегда есть дополнителььные неиспользуемые 62 сектора. Некоторые загрузчики ОС используют их для своих нужд.

Интересен формат хранения номера цилиндра и сектора в структуре записи раздела. Номер цилиндра и номер сектора делят между собой два байта, но не поровну, а как 10:6. То есть на номер сектора приходится младшие 6 бит младшего байта, что позволяет задавать номера секторов от 1 до 63. А на номер цилиндра отведено 10 бит — 8 бит старшего байта и оставшиеся 2 бита от младшего байта: «CCCCCCCC CCSSSSSS», причем в младшем байте находятся старшие биты номера цилиндра.

Проблема с CHS-координатами состоит в том, что с помощью такой записи можно адресовать максимум 8 Гб диска. В эпоху DOS это было приемлемо, однако довольно скоро этого перестало хватать. Для решения этой проблемы была разработана система адресации LBA (Logical Block Addressing), которая использовала плоскую 32-битную нумерацию секторов диска. Это позволило адресовать диски размером до 2Тб. Позже разрядность LBA увеличили до 48 бит, однако MBR эти изменения не затронули. В нем по-прежнему осталась 32-битная адресация секторов.

Итак, в настоящее время повсеместно используется LBA-адресация для секторов на диске и в структуре записи раздела адрес его первого сектора прописывается по смещению 08h, а размер раздела — по смещению 0Ch.

Для дисков размером до 8Гб (когда адресация по CHS еще возможна) поля структуры с CHS-координатами и LBA-адресации должны соответствовать друг другу по значению (корректно конвертироваться из одного формата в другой). У дисков размером более 8Гб значения всех трех байт CHS-координат должны быть равны FFh (для головки допускается также значение FEh).

В конце структуры MBR всегда находится сигнатура AA55h. Она в какой-то степени позволяет проверить, что сектор MBR не поврежден и содержит необходимые данные.

Расширенные разделы

Разделы, отмеченные в таблице типом 05h и 0Fh, это так называемые расширенные разделы. С их помощью можно создавать больше разделов на диске, чем это позволяет MBR. На самом деле расширенных разделов несколько больше, например есть разделы с типами C5h, 15h, 1Fh, 91h, 9Bh, 85h. В основном все эти типы разделов использовались в свое время различными операционными системами (такими как например OS/2, DR-DOS, FreeDOS) с одной и той же целью — увеличить количество разделов на диске. Однако со временем различные форматы отпали и остались только разделы с типами 05h и 0Fh. Единственное исключение — это тип 85h. Он до сих пор может использоваться в Linux для формирования второй цепочки логических дисков, скрытых от других операционных систем. Разделы с типом 05h используются для дисков менее 8Гб (где еще возможна адресация через CHS), а тип 0Fh используется для дисков больше 8Гб (и используется LBA-адресация).

В первом секторе расширенного раздела находится структура EBR (Extended Boot Record). Она во многом схожа со структурой MBR, но имеет следующие отличия:

  • В EBR нет исполняемого кода. Некоторые загрузчики могут его туда записывать, но обычно это место заполнено нулями
  • Сигнатуры диска и два неиспользуемых байта должны быть заполнены нулями
  • В таблице разделов могут быть заполнены только две первых записи. Остальные две записи должны быть заполнены нулями

В конце структуры EBR, также как и в MBR, должно находиться «магическое» значение AA55h.

Читайте также:  Горизонтальное выравнивание в CSS

В отличие от MBR, где позволяется создавать не более четырёх разделов, структура EBR позволяет организовать список логических разделов, ограниченный лишь размером раздела-контейнера (того самого, который с типом 05h или 0Fh). Для организации такого списка используется следующий формат записей: первая запись в таблице разделов EBR указывает на логический раздел, связанный с данным EBR, а вторая запись указывает на следующий в списке раздел EBR. Если данный логический раздел является последним в списке, то вторая запись в таблице разделов EBR должна быть заполнена нулями.

Формат записей разделов в EBR аналогичен формату записи в структуре MBR, однако логически немного отличается.

Признак активности раздела для разделов структуры EBR всегда будет 0, так как загрузка осуществлялась только с основных разделов диска. Координаты CHS, с которых начинается раздел используются, если не задействована LBA-адресация, также как и в структуре MBR.

А вот поля, где в режиме LBA-адресации должны находиться номер начального сектора и количество секторов раздела, в структуре EBR используются несколько иначе.

Для первой записи таблицы разделов EBR в поле начального сектора раздела (смещение 08h) записывается расстояние в секторах между текущим сектором EBR и началом логического раздела, на который ссылается запись. В поле количества секторов раздела (смещение 0Ch) в этом случае пишется размер этого логического раздела в секторах.

Для второй записи таблицы разделов EBR в поле начального сектора раздела записывается расстояние между сектором самой первой EBR и сектором следующей EBR в списке. В поле количества секторов раздела в этом случае пишется размер области диска от сектора этой следующей структуры EBR и до конца логического раздела, относящегося к этой структуре.

Таким образом, первая запись таблицы разделов описывает как найти, и какой размер занимает текущий логический раздел, а вторая запись описывает как найти, и какой размер занимает следующий EBR в списке, вместе со своим разделом.

Структура GPT

В современных компьютерах на смену BIOS пришла новая спецификация UEFI, а вместе с ней и новое устройство разделов на жестком диске — GUID Partition Table (GPT). В этой структуре были учтены все недостатки и ограничения, накладываемые MBR, и разработана она была с большим запасом на будущее.

В структуре GPT используется теперь только LBA-адресация, никаких CHS больше нет и никаких проблем с их конвертацией тоже. Причем под LBA-адреса отведено по 64 бита, что позволяет работать с ними без всяких ухищрений, как с 64-битными целыми числами, а также (если до этого дойдет) даст в будущем возможность без проблем расширить 48-битную LBA-адресацию до 64-битной.

Кроме того, в отличие от MBR, структура GPT хранит на диске две своих копии, одну в начале диска, а другую в конце. Таким образом, в случае повреждения основной структуры, будет возможность восстановить ее из сохраненной копии.

Рассмотрим теперь устройство структуры GPT подробнее. Вся структура GPT на жестком диске состоит из 6 частей:

LBA-адрес Размер (секторов) Назначение
LBA 0 1 Защитный MBR-сектор
LBA 1 1 Первичный GPT-заголовок
LBA 2 32 Таблица разделов диска
LBA 34 NN Содержимое разделов диска
LBA -34 32 Копия таблицы разделов диска
LBA -2 1 Копия GPT-заголовка

Защитный MBR-сектор

Первый сектор на диске (с адресом LBA 0) — это все тот же MBR-сектор. Он оставлен для совместимости со старым программным обеспечением и предназначен для защиты GPT-структуры от случайных повреждений при работе программ, которым про GPT ничего не известно. Для таких программ структура разделов будет выглядеть как один раздел, занимающий все место на жестком диске.

Структура этого сектора ничем не отличается от обычного сектора MBR. В его таблице разделов дожна быть создана единственная запись с типом раздела 0xEE. Раздел должен начинаться с адреса LBA 1 и иметь размер 0xFFFFFFFF. В полях для CHS-адресации раздел соответственно должен начинаться с адреса 0/0/2 (сектор 1 занят под саму MBR) и иметь конечный CHS-адрес FF/FF/FF. Признак активного раздела должен иметь значение 0 (неактивный).

При работе компьютера с UEFI, данный MBR-сектор просто игнорируется и никакой код в нем также не выполняется.

Первичный GPT-заголовок

Этот заголовочный сектор содержит в себе данные о всех LBA-адресах, использующихся для разметки диска на разделы.

Структура GPT-заголовка:

Смещение (байт) Размер поля (байт) Пример заполнения Название и описание поля
0x00 8 байт 45 46 49 20 50 41 52 54 Сигнатура заголовка. Используется для идентификации всех EFI-совместимых GPT-заголовков. Должно содержать значение 45 46 49 20 50 41 52 54, что в виде текста расшифровывается как «EFI PART».
0x08 4 байта 00 00 01 00 Версия формата заголовка (не спецификации UEFI). Сейчас используется версия заголовка 1.0
0x0C 4 байта 5C 00 00 00 Размер заголовка GPT в байтах. Имеет значение 0x5C (92 байта)
0x10 4 байта 27 6D 9F C9 Контрольная сумма GPT-заголовка (по адресам от 0x00 до 0x5C). Алгоритм контрольной суммы — CRC32. При подсчёте контрольной суммы начальное значение этого поля принимается равным нулю.
0x14 4 байта 00 00 00 00 Зарезервировано. Должно иметь значение 0
0x18 8 байт 01 00 00 00 00 00 00 00 Адрес сектора, содержащего первичный GPT-заголовок. Всегда имеет значение LBA 1.
0x20 8 байт 37 C8 11 01 00 00 00 00 Адрес сектора, содержащего копию GPT-заголовка. Всегда имеет значение адреса последнего сектора на диске.
0x28 8 байт 22 00 00 00 00 00 00 00 Адрес сектора с которого начинаются разделы на диске. Иными словами — адрес первого раздела диска
0x30 8 байт 17 C8 11 01 00 00 00 00 Адрес последнего сектора диска, отведенного под разделы
0x38 16 байт 00 A2 DA 98 9F 79 C0 01 A1 F4 04 62 2F D5 EC 6D GUID диска. Содержит уникальный идентификатор, выданный диску и GPT-заголовку при разметке
0x48 8 байт 02 00 00 00 00 00 00 00 Адрес начала таблицы разделов
0x50 4 байта 80 00 00 00 Максимальное число разделов, которое может содержать таблица
0x54 4 байта 80 00 00 00 Размер записи для раздела
0x58 4 байта 27 C3 F3 85 Контрольная сумма таблицы разделов. Алгоритм контрольной суммы — CRC32
0x5C 420 байт Зарезервировано. Должно быть заполнено нулями

Система UEFI проверяет корректность GPT-заголовка, используя контрольный суммы, вычисляемые по алгоритму CRC32. Если первичный заголовок поврежден, то проверяется контрольная сумма копии заголовка. Если контрольная сумма копии заголовка правильная, то эта копия используется для восстановления информации в первичном заголовке. Восстановление также происходит и в обратную сторону — если первичный заголовок корректный, а копия неверна, то копия восстанавливается по данным из первичного заголовка. Если же обе копии заголовка повреждены, то диск становится недоступным для работы.

У таблицы разделов дополнительно существует своя контрольная сумма, которая записывается в заголовке по смещению 0x58. При изменении данных в таблице разделов, эта сумма рассчитывается заново и обновляется в первичном заголовке и в его копии, а затем рассчитывается и обновляется контрольная сумма самих GPT-заголовков.

Таблица разделов диска

Следующей частью структуры GPT является собственно таблица разделов. В настоящее время операционные системы Windows и Linux используют одинаковый формат таблицы разделов — максимум 128 разделов, на каждую запись раздела выделяется по 128 байт, соответственно вся таблица разделов займет 128*128=16384 байт, или 32 сектора диска.

Источник

Как работать с таблицей разделов

Для работы с жестким диском его для начала необходимо как-то разметить, чтобы операционная система могла понять в какие области диска можно записывать информацию. Поскольку жесткие диски имеют большой объем, их пространство обычно разбивают на несколько частей — разделов диска. Каждому такому разделу может быть присвоена своя буква логического диска (для систем семейства Windows) и работать с ним можно, как будто это независимый диск в системе.

Способов разбиения дисков на разделы на сегодняшний день существует два. Первый способ — использовать MBR. Этот способ применялся еще чуть ли не с появления жестких дисков и работает с любыми операционными системами. Второй способ — использовать новую систему разметки — GPT. Этот способ поддерживается только современными операционными системами, поскольку он еще относительно молод.

Структура MBR

До недавнего времени структура MBR использовалась на всех персональных компьютерах для того, чтобы можно было разделить один большой физический жесткий диск (HDD) на несколько логических частей — разделы диска (partition). В настоящее время MBR активно вытесняется новой структурой разделения дисков на разделы — GPT (GUID Partition Table). Однако MBR используется еще довольно широко, так что посмотрим что она из себя представляет.

MBR всегда находится в первом секторе жесткого диска. При загрузке компьютера, BIOS считывает этот сектор с диска в память по адресу 0000:7C00h и передает ему управление.

Итак, первая секция структуры MBR — это секция с исполняемым кодом, который и будет руководить дальнейшей загрузкой. Размер этой секции может быть максимум 440 байт. Далее идут 4 байта, отведенные на идентификацию диска. В операционных системах, где идентификация не используется, это место может занимать исполняемый код. То же самое касается и последующих 2 байт.

Начиная со смещения 01BEh находится сама таблица разделов жесткого диска. Таблица состоит из 4 записей (по одной на каждый возможный раздел диска) размером 16 байт.

Структура записи для одного раздела:

Первым байтом в этой структуре является признак активности раздела. Этот признак определяет с какого раздела следует продолжить загрузку. Может быть только один активный раздел, иначе загрузка продолжена не будет.

Следующие три байта — это так называемые CHS-координаты первого сектора раздела.

По смещению 04h находится код типа раздела. Именно по этому типу можно определить что находится в данном разделе, какая файловая система на нем и т.п. Список зарезервированных типов разделов можно посмотреть, например, в википедии по ссылке Типы разделов.

После типа раздела идут 3 байта, определяющие CHS-координаты последнего сектора раздела.

CHS-координаты сектора расшифровываются как Cylinder Head Sector и соответственно обозначают номер цилиндра (дорожки), номер головки (поверхности) и номер сектора. Цилиндры и головки нумеруются с нуля, сектор нумеруется с единицы. Таким образом CHS=0/0/1 означает первый сектор на нулевом цилиндре на нулевой головке. Именно здесь находится сектор MBR.

Все разделы диска, за исключением первого, обычно начинаются с нулевой головки и первого сектора какого-либо цилиндра. То есть их адрес будет N/0/1. Первый раздел диска начинается с головки 1, то есть по адресу 0/1/1. Это все из-за того, что на нулевой головке место уже занято сектором MBR. Таким образом, между сектором MBR и началом первого раздела всегда есть дополнителььные неиспользуемые 62 сектора. Некоторые загрузчики ОС используют их для своих нужд.

Интересен формат хранения номера цилиндра и сектора в структуре записи раздела. Номер цилиндра и номер сектора делят между собой два байта, но не поровну, а как 10:6. То есть на номер сектора приходится младшие 6 бит младшего байта, что позволяет задавать номера секторов от 1 до 63. А на номер цилиндра отведено 10 бит — 8 бит старшего байта и оставшиеся 2 бита от младшего байта: «CCCCCCCC CCSSSSSS», причем в младшем байте находятся старшие биты номера цилиндра.

Проблема с CHS-координатами состоит в том, что с помощью такой записи можно адресовать максимум 8 Гб диска. В эпоху DOS это было приемлемо, однако довольно скоро этого перестало хватать. Для решения этой проблемы была разработана система адресации LBA (Logical Block Addressing), которая использовала плоскую 32-битную нумерацию секторов диска. Это позволило адресовать диски размером до 2Тб. Позже разрядность LBA увеличили до 48 бит, однако MBR эти изменения не затронули. В нем по-прежнему осталась 32-битная адресация секторов.

Итак, в настоящее время повсеместно используется LBA-адресация для секторов на диске и в структуре записи раздела адрес его первого сектора прописывается по смещению 08h, а размер раздела — по смещению 0Ch.

Читайте также:  Таблица по возрастам в доу программа От рождения до школы

Для дисков размером до 8Гб (когда адресация по CHS еще возможна) поля структуры с CHS-координатами и LBA-адресации должны соответствовать друг другу по значению (корректно конвертироваться из одного формата в другой). У дисков размером более 8Гб значения всех трех байт CHS-координат должны быть равны FFh (для головки допускается также значение FEh).

В конце структуры MBR всегда находится сигнатура AA55h. Она в какой-то степени позволяет проверить, что сектор MBR не поврежден и содержит необходимые данные.

Расширенные разделы

Разделы, отмеченные в таблице типом 05h и 0Fh, это так называемые расширенные разделы. С их помощью можно создавать больше разделов на диске, чем это позволяет MBR. На самом деле расширенных разделов несколько больше, например есть разделы с типами C5h, 15h, 1Fh, 91h, 9Bh, 85h. В основном все эти типы разделов использовались в свое время различными операционными системами (такими как например OS/2, DR-DOS, FreeDOS) с одной и той же целью — увеличить количество разделов на диске. Однако со временем различные форматы отпали и остались только разделы с типами 05h и 0Fh. Единственное исключение — это тип 85h. Он до сих пор может использоваться в Linux для формирования второй цепочки логических дисков, скрытых от других операционных систем. Разделы с типом 05h используются для дисков менее 8Гб (где еще возможна адресация через CHS), а тип 0Fh используется для дисков больше 8Гб (и используется LBA-адресация).

В первом секторе расширенного раздела находится структура EBR (Extended Boot Record). Она во многом схожа со структурой MBR, но имеет следующие отличия:

  • В EBR нет исполняемого кода. Некоторые загрузчики могут его туда записывать, но обычно это место заполнено нулями
  • Сигнатуры диска и два неиспользуемых байта должны быть заполнены нулями
  • В таблице разделов могут быть заполнены только две первых записи. Остальные две записи должны быть заполнены нулями

В конце структуры EBR, также как и в MBR, должно находиться «магическое» значение AA55h.

В отличие от MBR, где позволяется создавать не более четырёх разделов, структура EBR позволяет организовать список логических разделов, ограниченный лишь размером раздела-контейнера (того самого, который с типом 05h или 0Fh). Для организации такого списка используется следующий формат записей: первая запись в таблице разделов EBR указывает на логический раздел, связанный с данным EBR, а вторая запись указывает на следующий в списке раздел EBR. Если данный логический раздел является последним в списке, то вторая запись в таблице разделов EBR должна быть заполнена нулями.

Формат записей разделов в EBR аналогичен формату записи в структуре MBR, однако логически немного отличается.

Признак активности раздела для разделов структуры EBR всегда будет 0, так как загрузка осуществлялась только с основных разделов диска. Координаты CHS, с которых начинается раздел используются, если не задействована LBA-адресация, также как и в структуре MBR.

А вот поля, где в режиме LBA-адресации должны находиться номер начального сектора и количество секторов раздела, в структуре EBR используются несколько иначе.

Для первой записи таблицы разделов EBR в поле начального сектора раздела (смещение 08h) записывается расстояние в секторах между текущим сектором EBR и началом логического раздела, на который ссылается запись. В поле количества секторов раздела (смещение 0Ch) в этом случае пишется размер этого логического раздела в секторах.

Для второй записи таблицы разделов EBR в поле начального сектора раздела записывается расстояние между сектором самой первой EBR и сектором следующей EBR в списке. В поле количества секторов раздела в этом случае пишется размер области диска от сектора этой следующей структуры EBR и до конца логического раздела, относящегося к этой структуре.

Таким образом, первая запись таблицы разделов описывает как найти, и какой размер занимает текущий логический раздел, а вторая запись описывает как найти, и какой размер занимает следующий EBR в списке, вместе со своим разделом.

Структура GPT

В современных компьютерах на смену BIOS пришла новая спецификация UEFI, а вместе с ней и новое устройство разделов на жестком диске — GUID Partition Table (GPT). В этой структуре были учтены все недостатки и ограничения, накладываемые MBR, и разработана она была с большим запасом на будущее.

В структуре GPT используется теперь только LBA-адресация, никаких CHS больше нет и никаких проблем с их конвертацией тоже. Причем под LBA-адреса отведено по 64 бита, что позволяет работать с ними без всяких ухищрений, как с 64-битными целыми числами, а также (если до этого дойдет) даст в будущем возможность без проблем расширить 48-битную LBA-адресацию до 64-битной.

Кроме того, в отличие от MBR, структура GPT хранит на диске две своих копии, одну в начале диска, а другую в конце. Таким образом, в случае повреждения основной структуры, будет возможность восстановить ее из сохраненной копии.

Рассмотрим теперь устройство структуры GPT подробнее. Вся структура GPT на жестком диске состоит из 6 частей:

LBA-адрес Размер (секторов) Назначение
LBA 0 1 Защитный MBR-сектор
LBA 1 1 Первичный GPT-заголовок
LBA 2 32 Таблица разделов диска
LBA 34 NN Содержимое разделов диска
LBA -34 32 Копия таблицы разделов диска
LBA -2 1 Копия GPT-заголовка

Защитный MBR-сектор

Первый сектор на диске (с адресом LBA 0) — это все тот же MBR-сектор. Он оставлен для совместимости со старым программным обеспечением и предназначен для защиты GPT-структуры от случайных повреждений при работе программ, которым про GPT ничего не известно. Для таких программ структура разделов будет выглядеть как один раздел, занимающий все место на жестком диске.

Структура этого сектора ничем не отличается от обычного сектора MBR. В его таблице разделов дожна быть создана единственная запись с типом раздела 0xEE. Раздел должен начинаться с адреса LBA 1 и иметь размер 0xFFFFFFFF. В полях для CHS-адресации раздел соответственно должен начинаться с адреса 0/0/2 (сектор 1 занят под саму MBR) и иметь конечный CHS-адрес FF/FF/FF. Признак активного раздела должен иметь значение 0 (неактивный).

При работе компьютера с UEFI, данный MBR-сектор просто игнорируется и никакой код в нем также не выполняется.

Первичный GPT-заголовок

Этот заголовочный сектор содержит в себе данные о всех LBA-адресах, использующихся для разметки диска на разделы.

Структура GPT-заголовка:

Смещение (байт) Размер поля (байт) Пример заполнения Название и описание поля
0x00 8 байт 45 46 49 20 50 41 52 54 Сигнатура заголовка. Используется для идентификации всех EFI-совместимых GPT-заголовков. Должно содержать значение 45 46 49 20 50 41 52 54, что в виде текста расшифровывается как «EFI PART».
0x08 4 байта 00 00 01 00 Версия формата заголовка (не спецификации UEFI). Сейчас используется версия заголовка 1.0
0x0C 4 байта 5C 00 00 00 Размер заголовка GPT в байтах. Имеет значение 0x5C (92 байта)
0x10 4 байта 27 6D 9F C9 Контрольная сумма GPT-заголовка (по адресам от 0x00 до 0x5C). Алгоритм контрольной суммы — CRC32. При подсчёте контрольной суммы начальное значение этого поля принимается равным нулю.
0x14 4 байта 00 00 00 00 Зарезервировано. Должно иметь значение 0
0x18 8 байт 01 00 00 00 00 00 00 00 Адрес сектора, содержащего первичный GPT-заголовок. Всегда имеет значение LBA 1.
0x20 8 байт 37 C8 11 01 00 00 00 00 Адрес сектора, содержащего копию GPT-заголовка. Всегда имеет значение адреса последнего сектора на диске.
0x28 8 байт 22 00 00 00 00 00 00 00 Адрес сектора с которого начинаются разделы на диске. Иными словами — адрес первого раздела диска
0x30 8 байт 17 C8 11 01 00 00 00 00 Адрес последнего сектора диска, отведенного под разделы
0x38 16 байт 00 A2 DA 98 9F 79 C0 01 A1 F4 04 62 2F D5 EC 6D GUID диска. Содержит уникальный идентификатор, выданный диску и GPT-заголовку при разметке
0x48 8 байт 02 00 00 00 00 00 00 00 Адрес начала таблицы разделов
0x50 4 байта 80 00 00 00 Максимальное число разделов, которое может содержать таблица
0x54 4 байта 80 00 00 00 Размер записи для раздела
0x58 4 байта 27 C3 F3 85 Контрольная сумма таблицы разделов. Алгоритм контрольной суммы — CRC32
0x5C 420 байт Зарезервировано. Должно быть заполнено нулями

Система UEFI проверяет корректность GPT-заголовка, используя контрольный суммы, вычисляемые по алгоритму CRC32. Если первичный заголовок поврежден, то проверяется контрольная сумма копии заголовка. Если контрольная сумма копии заголовка правильная, то эта копия используется для восстановления информации в первичном заголовке. Восстановление также происходит и в обратную сторону — если первичный заголовок корректный, а копия неверна, то копия восстанавливается по данным из первичного заголовка. Если же обе копии заголовка повреждены, то диск становится недоступным для работы.

У таблицы разделов дополнительно существует своя контрольная сумма, которая записывается в заголовке по смещению 0x58. При изменении данных в таблице разделов, эта сумма рассчитывается заново и обновляется в первичном заголовке и в его копии, а затем рассчитывается и обновляется контрольная сумма самих GPT-заголовков.

Таблица разделов диска

Следующей частью структуры GPT является собственно таблица разделов. В настоящее время операционные системы Windows и Linux используют одинаковый формат таблицы разделов — максимум 128 разделов, на каждую запись раздела выделяется по 128 байт, соответственно вся таблица разделов займет 128*128=16384 байт, или 32 сектора диска.

Источник

Таблица MBR-разделов: установка и настройка, советы и рекомендации

Основная загрузочная запись — это традиционный способ хранения информации на жестком диске вместе с некоторым загрузочным кодом. То есть таблица содержится внутри MBR, которая хранится в секторе №1: цилиндр 0/головка 0/сектор 1 или, альтернативно, LBA 0.

Персональные компьютеры по-прежнему используют этот загрузочный стандарт диска с информацией о разделах на нем. Традиционные таблицы разделов MBR в современном мире технически устарели, потому что 32-разрядная структура полей LBA начинает «переполняться» при работе с 2 Тб дисками. Одной из возможных ее замен является GPT.

Характеристика разделов и секторов

MBR — первый 512-байтный раздел физического сектора жесткого диска. Его аббревиатура от Master Boot Record — стандарт, который начал функционировать в 1983 году до сегодняшнего времени. Тем не менее он уже не соответствует новым технологическим требованиям. Одним из основных ограничений является максимальный размер, с которым он может работать — 2 Тб. Другое ограничение в том, что MBR может взаимодействовать только с 4 основными разделами.

В CHS (цилиндры / головки, старый режим доступа) — это сектор No 1, головка No 0 и цилиндр No 0. в LBA (линейный доступ, начиная с нуля) — это первый физический сектор No 0.

В LBA они имеют абсолютное число, причем первый является нулевым номером. Например, таблица разделов MBR на диске MAXTOR объемом 80 Гб имеет 160 071 660 секторов: в режиме LBA они пронумерованы от 0 до 160 071 659.

MBR содержит 2 элемента, важных для запуска ПК:

  • программа загрузки, которую BIOS запустит после аппаратного теста;
  • главная таблица.

Он содержит 4 дескриптора, описывающих физическое положение на жестком диске. Физическая позиция указывается в таблице:

  • абсолютный номер сектора № 1 в LBA;
  • количество секторов и тип раздела.

Структура основной таблицы

Поскольку таблица разделов MBR содержит только 4 дескриптора, это объясняет, почему жесткий диск состоит из четырех разделов. Если пользователю нужно больше, ему придется создать расширенный вариант.

Условия создания расширенного раздела:

На жестком диске допускается создание только одного раздела. Его можно разделить на столько логических частей, сколько нужно. Первый сектор расширенного раздела содержит таблицу логических элементов. В середине твердого диска находится таблица MBR разделов.

Возможны две конфигурации с использованием 4 дескрипторов:

4 основных раздела без расширенного. 3 основных и 1 расширенный, разделенный на несколько логических частей.

Определение структура МБР:

Вначале находят программу BOOT. Посередине находят таблицу разделов MBR. Подтверждают, что это сектор BOOT. Найденные два байта являются шестнадцатеричными значениями 0x55 и 0xAA.

Читайте также:  Этапы развития мировой индустрии гостеприимства

Загрузочная программа Grub

MBR содержит таблицу, которая отличается от одного диска к другому, поскольку разделы не имеют одинакового размера с сектором. Чтобы дублировать загрузочную программу, например, для Grub, таблицы MBR разделов с диска 1 на 2, нельзя копировать его непосредственно во второй, так как при перезаписи потеряется все.

Содержит таблицу из 4 разделов диска. Не имеет логических разграничений. Из 4 основных только один может быть расширенным. Если на диске создается расширенный логический раздел, то он сохраняется в первом секторе.

На жестком диске есть две таблицы:

MAIN, сохраненная в первом секторе, которая находится на выбранном диске таблицы MBR разделов. Таблица логических разделов, сохраненная в первом секторе в середине диска.

Сохранение и изменение основных элементов

Учитывая хрупкость структуры в отношении вирусных программ, важно создавать резервные копии таблиц, чтобы восстановить их в случае возникновения проблем, например, в отношении MAIN. Когда на выбранном разделе находится таблица MBR разделов, учитывают, что жесткий диск содержит 4 основных из них и не имеет расширенного, потеря или уничтожение первичной происходит в одном из двух случаев:

  • вирус, целью которого является уничтожение таблицы;
  • плохое обращение пользователем с MBR.

Для резервного копирования существуют два решения: создать резервную копию дискеты (512 байт), где на выбранном разделе находится таблица MBR разделов и скопировать жизненно важную информацию для хранения в надежном месте.

Резервное копирование в файл может быть сделано с помощью утилиты dd под Linux, следующим образом:

dd if=/dev/hda of=secteur_mbr_disque_hda bs=512 count=1.

Затем создают файл: sector_mbr_disque_hda, который содержит 512 байт MBR.

Чтобы просмотреть его в шестнадцатеричном формате, используют mc под Linux: mc -v sector_mbr_disque_hda.

Алгоритм последующих действий, когда на диске находится таблица MBR разделов:

Нажимают F4, чтобы увидеть файл в шестнадцатеричном формате. Нажимают F10 для выхода из mc. Находят резервный файл sector_mbr_disque_hda на резервном диске.

Резервное копирование

Во избежание дополнительных проблем с чтением резервной копии необходимо сохранять таблицу. Из всей информации, содержащейся в дескрипторах по 16 байт в MBR, только следующие 3 представляют интерес и позволят сохранить или восстановить основные разделы:

  • абсолютное число в LBA первого;
  • размер разбиения на сектора;
  • тип раздела (шестнадцатеричное число от 0x00 до 0xFF).

Чтобы получить ее, используют программу fdisk под Linux. Например, чтобы просканировать диск, запускают: fdisk / dev / hdb. Входят в экспертное меню: команда «x». Просматривают таблицы: команда «p». Затем Fdisk отображает содержимое 4 дескрипторов MBR, начало и конец в режиме CHS, начало и размер в абсолютных секторах (режим LBA), последний столбец (ID).

Чтобы сохранить основную, необходимо указать тип, начало и размер каждого из 4 разделов. Например, для MAXTOR объемом 80 Гб используют следующую схему.

Hdb1 начинается в 63, а не в первом. Это означает, что с 1 по 62 сектор не используются на диске, что подтверждает команда fdisk v.

Таблица под Linux fdisk

В экспертном режиме отмеченная выше структура, имеет для единицы абсолютный сектор в доступе LBA. Но некоторые программы предоставляют fdisk в обычном режиме и предлагают в качестве единицы цилиндр (1 цилиндр = 16 065, секторов = приблизительно 8 Мо). Поэтому делают выбор: либо поднять таблицу перегородок и использовать сектор в качестве единицы, либо поднять цилиндры и применить цилиндрическую единицу. Цель состоит в том, чтобы избежать преобразования, например, для переключения из режима CHS в режим LBA, что в случае неправильного расчета может стать катастрофой для сохраненных данных.

Хотя цилиндр кажется более подходящим для описания разделов на выбранном диске, где находится таблица MBR для больших жестких дисков, используют только сектор по двум причинам:

Он является самой малой единицей и позволяет определять разделы, даже если они не заканчиваются на пределе цилиндра, то есть, если не содержит число ENTIER цилиндров. Программа GRUB (запуск) позволяет вручную восстанавливать таблицу при условии ввода информации в абсолютных секторах LBA, а не в цилиндрах.

Освоение содержимого жесткого диска

Чтобы восстановить основную таблицу разделов, используют GRUB либо из командной строки при запуске ПК, либо загрузившись с дискеты, содержащей Grub, запустив его в оболочке Linux. Когда он представляет меню загрузочных систем (Linux, Windows), нажимают «С», чтобы перейти к командной строке.

Клавиша TAB показывает на экране все команды, которые можно использовать в Grub. Среди них есть функция partnew, которая создает новый раздел. На самом деле она ничего не делает, кроме записи (перезаписи) одного из 4 дескрипторов в MBR.

Синтаксис partnew: partnew partition type début taille,

  • Partition — это раздел для восстановления в форме (hd0,0) или (hd0,1) или (hd1,0). Grub начинает нумерацию дисков с нуля. Например, (hd0,0) представляет hda1 для Linux. Аналогично, Linux hdb3 будет представлен, как (hd1,2).
  • Type — тип раздела в виде шестнадцатеричного числа (с префиксом 0x) на 1 байт.
  • Début — абсолютный номер LBA первого сектора.
  • Taille — представляет размер сектора.

Например, чтобы восстановить 4 раздела MAXTOR объемом 80 Гб, на данном диске находится таблица MBR разделов, поэтому набирают следующие 4 команды:

  • grub> partnew (hd1,0) 0x83 63 7180992;
  • grub> partnew (hd1,1) 0x82 7181055 1076355;
  • grub> partnew (hd1,2) 0xc 8257473 73674027;
  • grub> partnew (hd1,3) 0x83 81931563 78140097.

Чтобы воспроизвести таблицу, сохраненную в MBR, используют команду: grub> geometry (hd1).

Затем Grub возвращает тип каждого первичного раздела, а также общее количество секторов на диске в LBA, но не дает характеристики (начало и размер) каждого раздела, поэтому позволяет войти в таблицу.

По желанию Grub позволяет вводить информацию из места, где на данном разделе находится таблица MBR в дескрипторы. Это также «опустошает» один или несколько из 4 дескрипторов ОС Linux, DOS, Виндовс.

Настройка размера в реестре

MFT — центральная структура NTFS и FAT. В разделе есть резервная копия (MFT Mirror) для защиты от возможной потери информации. В этой конструкции он занимает несколько тысяч кластеров. По умолчанию NTFS резервирует 12,5 % доступного пространства на разделе, данные не могут быть записаны в этой зарезервированной области, что позволяет избежать фрагментации.

В реестре определен размер MFT в зависимости от типа файла, который был использован для регистрации. Если пользователь записывает много маленьких файлов, то лучше иметь большой MFT. Можно увеличить его и это улучшит производительность, если на разделе достаточно свободного места. Недостатки метода: если есть немного свободного места на разделе, увеличение MFT может способствовать его фрагментации и появление обратного эффекта.

Существует определенное программное обеспечение, которое позволяет дефрагментировать MFT, выполняя ее при запуске компьютера. Для настройки размера MFT в реестре, сначала сохраняют его с помощью Erunt, а затем находят следующий ключ: HKEY_LOCAL_MACHINE SYSTEM CurrentControlSet Control FileSystem.

Нажимают правой кнопкой мыши значение NtfsMftZoneReservation и назначают значение от 1 до 4 в соответствии с требуемым пространством для MFT (12,5 %, 25 %, 37,5 %, 50 %). Затем выходят из реестра и перезагружают компьютер.

Предварительная дефрагментация в безопасном режиме не требуется, но в идеале лучше установить размер MFT в только что отформатированном разделе перед вводом данных. Рекомендуется заранее знать, какой тип данных будет размещаться: фильмы, музыка и фотографии, документы, это позволяет в лучшем случае адаптировать размер.

Камуфляж для операционной системы

Такая операция выполняется для того, чтобы скрыть данные на жестком диске. Маскировка делает данные недоступными для ОС. Таким образом, даже системный администратор (root Linux) не сможет больше получить доступ к этим скрытым данным.

Камуфляж не сводится к простому сокрытию файла путем активации его назначения или прав доступа с помощью ограничений файловой системы Ext2 в Linux или NTFS в Windows. Сокрытие — это неиспользование легальных функций, которые всем известны, а применение возможностей (BIOS, MBR и структуры разделов). Операционная система будет полностью игнорировать это пространство.

Первое решение, которое является наименее оригинальным из всех, состоит в том, чтобы скрыть полный раздел с помощью Partition Magic. Таким образом, могут быть скрыты только отформатированные в файловых системах FAT (FAT16 или FAT32) или NTFS. Вот типы, которые нужно использовать для этих разделов.

Реорганизация дескрипторов

Чтобы изменить тип раздела в одном из дескрипторов MBR без изменения других характеристик, можно использовать команду parttype из Grub. Например, чтобы скрыть hdb3 с 0xc в FAT32, вводят следующее в командной строке: grub> parttype (hd1,2) 0x1c.

Таким образом, место, занимаемое разделом, не будет пустым пространством, и он не будет виден из операционных систем Microsoft (MS-DOS, Win 9x, и Windows XP). Для Linux, независимо от того, имеется ли тип 0xc или 0x1c, FAT32 не будет создавать проблем в обоих случаях.

Для того чтобы вновь отобразить hdb3 в Windows, он даст ему параметр 0xc вместо 0x1c: grub> parttype (hd1,2) 0xc. Это решение использует только тип обычного раздела и скрывает данные только для систем DOS и Windows.

Восстановление процедуры загрузки

Под ОС Windows XP можно воссоздать процедуру загрузки MBR под DOS с помощью команды FIXMBR. Master Boot Record переписывают, что устраняет загрузочные вирусы, восстанавливает повреждения, когда ПК больше не загружается или удален загрузчик. Чтобы сохранить и восстановить MBR под Windows, нужно использовать программу отладки. В UNIX и Linux используется команда dd. Необходимо сохранять и восстанавливать только первый сектор, первые 512 байт диска.

Восстанавливать MBR с одного жесткого диска на другой очень рискованно, так как при этом таблица разделов второго будет заменена первым. Единственное исключение из этого правила возможно, когда обе машины имеют строго одинаковую конфигурацию оборудования, особенно, если жесткие диски одинаковы и их разбиение равнозначно.

В Windows Vista для восстановления используется команда bootrec / FixMbr. Это доступно из консоли восстановления. Следует отметить, что если первоначальная MBR указывала на загрузчик Linux (GRUB, LILO), она становится недоступной после этого сбоя. Затем он должен загрузиться с компакт-диска Linux (установка / восстановление) и, таким образом, восстановить его.

Система безопасности компьютера

Независимо от того, используется ли компьютер под управлением Windows, Macintosh или Linux для повседневного использования, необходимо выполнять минимальные действия для защиты конфиденциальных данных на машинах, подключенных к сети.

Регулярно выполнять операцию chkdsk для ремонта или изоляции поврежденных секторов, что, важнее, чем дефрагментация или очистка дисков. Выполнять и сохранять загрузочные сектора всех разделов MBR. Для этого существует различное программное обеспечение: EditHexa, PTedit, DiskMap. Эти программы позволяют создавать резервные копии и показывают созданные таблицы. Использовать программное обеспечение для восстановления данных, если юзеры забыли сделать резервные копии.

Сравнение стандартов

Несмотря, что MBR еще полностью функционален, ему на замену выпущен новый стандарт GPT для GUID, связанный с новыми системами UEFI. Он не имеет ограничений, кроме установленных и самими ОС, как по размеру, так и по количеству, например, Windows имеет ограничение в 128 разделов. Надежность GPT-дисков намного выше, чем у MBR. В случае утери, повреждения или перезаписи, GPT создает несколько избыточных копий по всему диску, так что в случае сбоя, проблемы или ошибки таблица автоматически извлекается из любой из этих копий.

С точки зрения совместимости при создании или редактировании разделов инструмент должен быть сооотнесен с новым форматом, в противном случае редактировать таблицу MBR разделов невозможно, так как будет активирована защита, чтобы несовместимый инструмент не спутал GPT с MBR стандарты.

Что касается ОС «Виндовс», можно загружаться только с GPT в 64 версиях, начиная с Vista. Современные версии Linux также совместимы с этим типом диска и даже Apple начала использовать GPT в качестве таблицы по умолчанию вместо APT (Apple Partition Table).

Есть несколько способов узнать, использует ли диск ту или иную таблицу разделов MBR. Для этого можно открыть диспетчер дисков Windows, любой инструмент разметки, включенный в MS-DOS.

Открывают окно CMD с правами администратора и вводят в нем diskpart. Как только инструмент загружен, он выполняет свою работу, а пользователю остается ознакомиться с результатом.

Источник