硬盘、分区引导和操作系统加载程序 (4458 个字於此篇帖子) (已阅读: 2484 次) 发信人: suzhe (I Love Linux), 信区: FreeDevelop 标 题: HardDisk,Partition,Boot,OSLoader专题 发信站: BBS 水木清华站 (Sat Nov 20 16:45:44 1999)
硬盘、分区引导和操作系统加载程序 (4458 个字於此篇帖子) (已阅读: 2484 次) 发信人: suzhe (I Love Linux), 信区: FreeDevelop 标 题: HardDisk,Partition,Boot,OSLoader专题 发信站: BBS 水木清华站 (Sat Nov 20 16:45:44 1999) 第一部分 简 介 1,1 一. 硬盘结构简介 1. 硬盘参数释疑 到目前为止, 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS (Cylinder/ Head/Sector)参数. 那么为什么要使用这些参数, 它们的意义是什么? 它们的取值范围是什么? 很久以前, 硬盘的容量还非常小的时候, 人们采用与软盘类似的结 构生产硬盘. 也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数. 由此 产生了所谓的3D参数 (Disk Geometry). 既磁头数(Heads), 柱面数 (Cylinders), 扇区数(Sectors),以及相应的寻址方式. 其中: 磁头数(Heads) 表示硬盘总共有几个磁头,也就是有几面盘片, 最大 为 255 (用 8 个二进制位存储); 柱面数(Cylinders) 表示硬盘每一面盘片上有几条磁道, 最大为 1023 (用 10 个二进制位存储); 扇区数(Sectors) 表示每一条磁道上有几个扇区, 最大为 63 (用 6 个二进制位存储). 每个扇区一般是 512个字节, 理论上讲这不是必须的, 但好象没有取 别的值的. 所以磁盘最大容量为: 255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB ( 1M = 1048576 Bytes ) 或硬盘厂商常用的单位: 255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB ( 1M = 1000000 Bytes ) 在 CHS 寻址方式中, 磁头, 柱面, 扇区的取值范围分别为 0 到 Heads - 1, 0 到 Cylinders - 1, 1 到 Sectors (注意是从 1 开始). 2. 基本 Int 13H 调用简介 BIOS Int 13H 调用是 BIOS 提供的磁盘基本输入输出中断调用, 它可以 完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位, 读写, 校验, 定位, 诊断, 格式化等功能. 它使用的就是 CHS 寻址方式, 因此最大识能访问 8 GB 左右的硬盘 ( 本文中 如不作特殊说明, 均以 1M = 1048576 字节为单位). 3. 现代硬盘结构简介 在老式硬盘中, 由于每个磁道的扇区数相等, 所以外道的记录密度要远低 于内道, 因此会浪费很多磁盘空间 (与软盘一样). 为了解决这一问题, 进一 步提高硬盘容量, 人们改用等密度结构生产硬盘. 也就是说, 外圈磁道的扇区 比内圈磁道多. 采用这种结构后, 硬盘不再具有实际的3D参数, 寻址方式也改 为线性寻址, 即以扇区为单位进行寻址. 为了与使用3D寻址的老软件兼容 (如使用BIOS Int13H接口的软件), 在硬 盘控制器内部安装了一个地址翻译器, 由它负责将老式3D参数翻译成新的线性 参数. 这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因 (不同的工作模 式, 对应不同的3D参数, 如 LBA, LARGE, NORMAL). 4. 扩展 Int 13H 简介 虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址, 但是由于基本 Int 13H 的制约, 使 用 BIOS Int 13H 接口的程序, 如 DOS 等还只能访问 8 G 以内的硬盘空间. 为了打破这一限制, Microsoft 等几家公司制定了扩展 Int 13H 标准 (Extended Int13H), 采用线性寻址方式存取硬盘, 所以突破了 8 G 的限制, 而且还加入了对可拆卸介质 (如活动硬盘) 的支持. 二. Boot Sector 结构简介 1. Boot Sector 的组成 Boot Sector 也就是硬盘的第一个扇区, 它由 MBR (Master Boot Record), DPT (Disk Partition Table) 和 Boot Record ID 三部分组成. MBR 又称作主引导记录占用 Boot Sector 的前 446 个字节 ( 0 to 0x1BD ), 存放系统主引导程序 (它负责从活动分区中装载并运行系统引导程序). DPT 即主分区表占用 64 个字节 (0x1BE to 0x1FD), 记录了磁盘的基本分区 信息. 主分区表分为四个分区项, 每项 16 字节, 分别记录了每个主分区的信息 (因此最多可以有四个主分区). Boot Record ID 即引导区标记占用两个字节 (0x1FE and 0x1FF), 对于合法 引导区, 它等于 0xAA55, 这是判别引导区是否合法的标志. Boot Sector 的具体结构如下图所示 (参见 NightOwl 大侠的文章): 0000 |------------------------------------------------| | | | | | Master Boot Record | | | | | | 主引导记录(446字节) | | | | | | | 01BD | | 01BE |------------------------------------------------| | | 01CD | 分区信息 1(16字节) | 01CE |------------------------------------------------| | | 01DD | 分区信息 2(16字节) | 01DE |------------------------------------------------| | | 01ED | 分区信息 3(16字节) | 01EE |------------------------------------------------| | | 01FD | 分区信息 4(16字节) | |------------------------------------------------| | 01FE | 01FF | | 55 | AA | |------------------------------------------------| 2. 分区表结构简介 分区表由四个分区项构成, 每一项的结构如下: BYTE State : 分区状态, 0 = 未激活, 0x80 = 激活 (注意此项) BYTE StartHead : 分区起始磁头号 WORD St