MBR分区结构、DPT分区表、EBR扩展引导

主引导记录(Master Boot Record,缩写:MBR),又叫做主引导扇区,是计算机开机后访问硬盘时所必须要读取的首个扇区,它在硬盘上的三维地址为(0柱面,0磁头,1扇区)。在深入讨论主引导扇区内部结构的时候,有时也将其开头的446字节内容特指为“主引导记录”(MBR),其后是4个16字节的“磁盘分区表”(DPT),以及2字节的结束标志(55AA)。因此,在使用“主引导记录”(MBR)这个术语的时候,需要根据具体情况判断其到底是指整个主引导扇区,还是主引导扇区的前446字节。如下:

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对应到我电脑第一个扇区:

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启动代码

主引导记录最开头是第一阶段引导代码。其中的硬盘引导程序的主要作用是检查分区表是否正确并且在系统硬件完成自检以后将控制权交给硬盘上的引导程序(如GNU GRUB)。 它不依赖任何操作系统,而且启动代码也是可以改变的,从而能够实现多系统引导。

硬盘分区表

硬盘分区表占据主引导扇区的64个字节(偏移01BEH–偏移01FDH),可以对四个分区的信息进行描述,其中每个分区的信息占据16个字节。具体每个字节的定义可以参见硬盘分区结构信息

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主引导记录的结构可以知道,它仅仅包含一个64个字节的硬盘分区表。由于每个分区信息需要16个字节,所以对于采用MBR型分区结构的硬盘,最多只能识别4个主要分区(Primary partition)。所以对于一个采用此种分区结构的硬盘来说,想要得到4个以上的主要分区是不可能的。这里就需要引出扩展分区了。扩展分区也是主要分区的一种,但它与主分区的不同在于理论上可以划分为无数个逻辑分区。

扩展分区中逻辑驱动器的引导记录是链式的。每一个逻辑分区都有一个和MBR结构类似的扩展引导记录(EBR),其分区表的第一项指向该逻辑分区本身的引导扇区,第二项指向下一个逻辑驱动器的EBR,分区表第三、第四项没有用到。

Windows系统默认情况下,一般都是只划分一个主分区给系统,剩余的部分全部划入扩展分区。这里有下面几点需要注意:

  • 在MBR分区表中最多4个主分区或者3个主分区+1个扩展分区,也就是说扩展分区只能有一个,然后可以再细分为多个逻辑分区。
  • 在Linux系统中,硬盘分区命名为sda1-sda4或者hda1-hda4(其中a表示硬盘编号可能是a、b、c等等)。在MBR硬盘中,分区号1-4是主分区(或者扩展分区),逻辑分区号只能从5开始。
  • 在MBR分区表中,一个分区最大的容量为2T,且每个分区的起始柱面必须在这个disk的前2T内。你有一个3T的硬盘,根据要求你至少要把它划分为2个分区,且最后一个分区的起始扇区要位于硬盘的前2T空间内。如果硬盘太大则必须改用GPT。

那么现在来对主引导扇区中的DPT来进行分析:

80 01 01 00 07 FE FF FF 3F 00  00 00 00 34 80 0C

80:表示该分区为活动分区

01 01 00:开始磁头/开始扇区和开始柱面

07 :文件系统标志位  07表示NTFS文件系统

FE FF FF :结束磁头/结束扇区和结束柱面

00 00 00 3F :分区起始的相对扇区号

0C 80 34 00:分区总的扇区数

后面三个表项的分析方法同上。

每一分区的第1至第3字节是该分区起始地址。其中第1字节为起始磁头号(面号);第2字节的低6位为起始扇区号,高2位则为起始柱面号的高2 位;第3字节为起始柱面号的低8位。因此,分区的起始柱面号是用10位二进制数表示的,最大值为2^10 = 1024,因逻辑柱面号从0开始计,故柱面号的显示最大值为1023。同理,用6位二进制数表示的扇区号不会超过2^6 – 1 = 63;用8位二进制数表示的磁头号不会超过2^8 – 1 = 255。每一分区的第5至第7字节表示分区的终止地址,各字节的释义与第1至第3字节相同。这里我们假设一种极端的情况:如果让第5至第7字节的所有二进制位都取1,就获得了柱面号、磁头号和扇区号所能表示的最大值,从而得到最大绝对扇区号为:

  1024 × 256 × 63 = 16,515,072

  这个扇区之前的所有物理扇区所包含的字节数为:

  16,515,072 × 512Bytes ≈ 8.46GB

由此可知硬盘的容量设计为什么会有8.4GB这一档,分区表每一分区的第1至第3字节以及第5至第7字节的数据结构已经不能满足大于 8.46GB的大容量硬盘的需要。考虑到向下兼容的需要,业界并未对从DOS时代就如此定义的硬盘分区表提出更改意见,否则改动所牵涉的面太广,会造成硬件和软件发展上的一个断层,几乎无法被业界和用户所接受。硬盘厂商解决这一问题的方法是定义了新的INT 13服务扩展标准。新的INT 13服务扩展标准不再使用操作系统的寄存器传递硬盘的寻址参数,而使用存储在操作系统内存里的地址包。地址包里保存的是64位LBA地址,如果硬盘支持 LBA寻址,就把低28位直接传递给ATA接口,如果不支持,操作系统就先把LBA地址转换为CHS地址,再传递给ATA接口。通过这种方式,能实现在 ATA总线基础上CHS寻址的最大容量是136.9 GB,而LBA寻址的最大容量是137.4GB。新的硬盘传输规范ATA 133规范又把28位可用的寄存器空间提高到48位,从而支持更大的硬盘。

  分区表每一分区的第8至第11字节表示该分区的起始相对扇区数(即该扇区之前的绝对扇区个数),高位在右,低位在左;第12至第15字节表示该分区实际占用的扇区数,也是高位在右,低位在左;分区表这类数据结构的表达方式与机器中数据的实际存储方式在顺序上是一致的,即低位在前,高位在后。因此,在从16进制向十进制作数值转换时,需将字段中的16进制数以字节为单位翻转调位,用4个字节可以表示最大2^32个扇区,即2TB=2048GB。

系统在分区时,各分区都不允许跨柱面,即均以柱面为单位,这就是通常所说的分区粒度。在未超过8.4GB的分区上,C/H/S的表示方法和扇区数的表示方法所表示的分区大小是一致的。超过8.4GB的/H/S/C一般填充为FEH/FFH/FFH,即C/H/S所能表示的最大值;有时候也会用柱面对 1024的模来填充。不过这几个字节是什么其实都无关紧要了。

从上面可以看到我电脑的DPT只有一个主分区和一个扩展分区。

主分区从63扇区开始,大小为209728512扇区。  约为100GB也就是我的C盘大小。

扩展分区从209728575扇区开始,大小为415408770扇区。 约为198GB也就是我后面两个盘的大小。

扩展分区中的每个逻辑驱动器都存在一个类似于MBR的扩展引导记录(Extended Boot Record,EBR)。

扩展引导记录包括一个扩展分区表和扇区结束标志55AA。一个逻辑驱动器中的引导扇区一般位于相对扇区32或63。如果磁盘上没有扩展分区,那么就不会有扩展引导记录和逻辑驱动器。第一个逻辑驱动器的扩展分区表中的第一项指向它自身的引导扇区;第二项指向下一个逻辑驱动器的EBR,如果不存在进一步的逻辑驱动器,第二项就不会使用,而被记录成一系列零。如果有附加的逻辑驱动器,那么第二个逻辑驱动器的扩展分区表的第一项会指向它本身的引导扇区,第二个逻辑驱动器的扩展分区表的第二项指向下一个逻辑驱动器的EBR。扩展分区表的第三项和第四项永远都不会被使用。

扩展分区表项中的相对扇区数是从扩展分区开始的扇区到该逻辑驱动器中第一个扇区的扇区数;占用的扇区数是指组成该逻辑驱动器的扇区数目。

有时候在磁盘的末尾会有剩余空间,由于分区是以1柱面的容量为分区粒度的,那么如果磁盘总空间不是整数个柱面的话,不够一个柱面的剩下的空间就是剩余空间了,这部分空间并不参与分区,所以一般无法利用。

我们来到扩展分区的EBR。

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扩展分区第一项:起始相对63扇区,大小为207640062扇区。 约为99G我D盘的大小。

扩展分区第二项(指向下一个逻辑驱动器的EBR)起始相对207640125扇区,大小为207768645扇区。为我最后一个盘的大小。

再来到这个指向的这个逻辑驱动器的EBR。

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只有一项:起始相对63扇区,大小为207768582扇区。约为99G我E盘的大小。

当然末尾还有一些剩余空间。625142448-625137345       2M多的剩余空间。

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WinHex和我们分析出来的是一样的。

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所以也可以自己写个程序来分析。

最后附上几个常见的分区类型。

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本文链接:http://www.blogfshare.com/mbr-dpt-ebr.html

一条评论

  1. albert

    博主:
    你好!
    在上文中你提到:

    在MBR分区表中,一个分区最大的容量为2T,且每个分区的起始柱面必须在这个disk的前2T内。你有一个3T的硬盘,根据要求你至少要把它划分为2个分区,且最后一个分区的起始扇区要位于硬盘的前2T空间内。如果硬盘太大则必须改用GPT。

    这也就是说,假如一个3T的硬盘,其实也是可以用MBR分区模式的,只要分成两个主分区,每个分区1.5T就可以了。但为何常见的分区软件,如WIN7自带的分区软件或是DiskGenius分区软件,对于3T的硬盘并不支持上述分区方案,如用MBR模式,还是最大只支持2T,超过部分不能分区。这是这两个软件的限制吗?如果是,现在还有哪个软件可以突破此限制? 或者如果用手动去改分区表里数据的方式,是不是可以改成两个各1.5T的分区,这样会成功吗?

    非常感谢!

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