ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

«Исследование главной загрузочной записи жесткого диска»

1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение структуры главной загрузочной записи жесткого диска. Получение практических навыков работы с главной загрузочной записью жесткого диска с использованием программного интерфейса приложений(API) ОС MS DOS и Windows.

2. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

2.1. Структуры для хранения информации о диске

Первый сектор жесткого диска содержит главную загрузочную запись – Master Boot Record (MBR) которая, в свою очередь, содержит загрузочную запись (Boot Record), выполняющуюся в процессе загрузки ОС. За загрузочной записью расположена таблица разделов (Partition Table), содержащая 4 записи – элементы логических разделов (Partitions). Завершается MBR специальной сигнатурой – последовательностью из 2-х байт с шестнадцатеричными значениями 55h и ААh, указывающая на то, что раздел, после которого расположена сигнатура, является последним разделом в таблице. Структура MBR приведена в таблице 1.

Таблица 1 – Структура MBR

Название записи в MBR	Длина, байт
Загрузочная запись	446
Элемент таблицы разделов 1	16
Элемент таблицы разделов 2	16
Элемент таблицы разделов 3	16
Элемент таблицы разделов 4	16
Сигнатура окончания таблицы разделов	2

Каждый элемент таблицы разделов содержит информацию о логическом разделе. Формат элемента таблицы разделов представлен в таблице 2.

Таблица 2 – Формат элемента таблицы разделов

Название записи элемента	Длина, байт
Флаг активности раздела	1
Номер головки начала раздела	1
Номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора раздела	2
Кодовый идентификатор операционной системы	1
Номер головки конца раздела	1
Номер сектора и цилиндра последнего сектора раздела	2
Младшее и старшее двухбайтовое слово относительного номера начального сектора	4
Младшее и старшее двухбайтовое слово размера раздела в секторах	4

Первым байтом в элементе раздела идет флаг активности раздела (0 – не активен, 128 (80h) – активен). Он служит для определения, является ли раздел системным загрузочным и указывает необходимость производить загрузку операционной системы с него при запуске компьютера. Активным может быть только один раздел. За флагом активности раздела следует байт номера головки, с которой начинается раздел. За ним следуют два байта, означающие соответственно номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора, где располагается первый сектор загрузчика операционной системы (номер сектора и номер цилиндра занимают 6 и 10 бит соответственно, т.е. биты 0-5 – номер сектора, биты 6-15 – номер цилиндра). Затем следует байт – кодовый идентификатор операционной системы, расположенной в разделе. Некоторые значения кодовых идентификаторов приведены в таблице 3.

Таблица 3 - Коды и типы разделов жесткого диска

Код	Раздел	ОС, с которой введен	Файловая система	Объем
01	DOS FAT12	MS-DOS 2.0	FAT12	до 16 Мбайт
04	DOS FAT16	MS-DOS 3.0	FAT16	до 32 Мбайт
05	DOS Extended	MS-DOS 3.3	FAT16	до 2 Гбайт
06	DOS FAT16 (Big DOS)	MS-DOS 4.0	FAT16	до 2 Гбайт
07	OS/2 HPFS, Advanced Unix, Windows NT NTFS	Windows NT NTFS	HPFS, NTFS	512 Мбайт - 2 Тбайт
0B	Win95 FAT32	Windows 95 OSR2	FAT32	512 Мбайт - 2 Тбайт
0С	Win95 FAT32 (LBA)	Windows 95 OSR2	FAT32	512 Мбайт - 2 Тбайт
0Е	Win95 FAT16 (LBA)	Windows 95 OSR2	FAT16	32 Мбайт - 2 Гбайт
0F	Win95 Extended (LBA)	Windows 95 OSR2	FAT32	512 Мбайт - 2 Тбайт

Далее расположен байт номера головки конца раздела, за которым идут два байта – номер сектора и номер цилиндра последнего сектора раздела. Завершают элемент раздела младшее и старшее двухбайтовое слово относительного номера первого сектора раздела и размер раздела в секторах соответственно.

Элемент таблицы разделов может быть описан структурой следующего вида:

struct PART {

byte Boot, // признак активного

// физический адрес начала раздела

Begin_Hd; // # головки

word Begin_SecTrk; // # сектора и дорожки

byte SysCode, // код системы

// физический адрес конца раздела

End_Hd; // # головки

word End_SecTrk; // # сектора и дорожки

dword RelSec, // # начального сектора

Size; // количество секторов в разделе

};

Тогда MBR можно описать структурой вида:

struct MBR

{

char LoadCode[0x1be]; //Загрузочная запись

struct PART rt[4]; // 4 элемента разделов

word EndFlag; // подпись MBR

};

Структуру загрузочной записи логического диска опишем следующим образом:

struct BootRec {

byte jmp[3], ident[8];

word SectSize;//Размер сектора в байтах

byte ClustSize;//Количество секторов в кластере

word ResSect;//Количество секторов в резервной области

byte FatCnt;//Количество копий ФАТ

word RootSize;//Количество элементов корневого каталога

word TotSecs;//Общее количество секторов диска. Если 0,

// то общее количество секторов хранится в LongTotSecs

byte Media;//Тип носителя

word FatSize;//Размер одной копии FAT в секторах

word TrkSecs;//Количество секторов на дорожке

word HeadCnt;//Количество головок

word HidnSecL, HidnSecH;/*Количество скрытых секторов, предшествующих данному разделу*/

dword LongTotSecs;//Общее количество секторов диска. Если 0,

// то общее количество секторов хранится в TotSecs

byte Drive;//Номер диска(0x00 – гибкий диск, 0x80 – жесткий диск)

byte reserved1;//Зарезервировано

byte DOS4_flag;//Флаг (0x29). Показывает, что есть следующие 3 поля

dword VolNum;//Серийный номер диска

char VolLabel[11];//Метка диска

char FatForm[8];//Строка “FAT12 ”, “FAT16 ”, or “FAT ”

};

2.2. Доступ к дискам с использованием функций BIOS

В MS-DOS и Windows 3.1-98 для низкоуровнего доступа к дискам может быть использовано прерывание INT 13h. Это прерывание выполняет множество функций. Для вызова определенной функции необходимо перед вызовом прерывания занести ее код в регистр AH. При этом в другие регистры могут заноситься прочие параметры.

Функций прерывания INT 13h приведены в таблице 4.

Таблица 4 – Функции прерывания 13h

Номер функции	Описание
00h	Сброс дисковой системы
01h	Определение состояния дисковой системы
02h	Чтение сектора
03h	Запись сектора
04h	Проверка сектора
05h	Форматирование дорожки
06h	Форматирование дорожки НМД
07h	Форматирование НМД
08h	Получить текущие параметры НГМД или НМД
09h	Инициализация таблиц параметров НМД
0Ah	Чтение длинное (только для НМД)
0Bh	Запись длинная (только для НМД)
0Ch	Поиск цилиндра (только для НМД)
0Dh	Альтернативный сброс НМД
0Eh	Чтение буфера сектора (только для НМД)
0Fh	Запись буфера сектора (только для НМД)
10h	Проверка готовности НМД
11h	Рекалибровка НМД
12h	Проверка памяти контроллера НМД
13h	Проверка НМД
14h	Проверка контроллера НМД
15h	Получить тип НМД или НГМД
16h	Проверка замены диска
17h	Установка типа дискеты
18h	Установка среды носителя данных для форматирования
19h	Парковка головок (только для НМД)
1Ah	Форматирование НМД с интерфейсом ESDI

Чтение сектора

На входе:	AH	02h
	AL	Количество секторов, которые нужно прочитать
	CH	Номер дорожки
	CL	Номер сектора
	DH	Номер головки
	DL	Адрес устройства НГМД или НМД (0, 1, …, 80h, 81h, …)
	ES:BX	Адрес буфера для данных
На выходе:	AH	Состояние дисковода после завершения последней операции
	CF	1, если произошла ошибка, 0, если ошибки нет

Эта функция прерывания 13h позволяет прочитать один или несколько секторов диска в буфер, находящийся в оперативной памяти.

Для НМД номер дорожки и номер сектора задаются следующим образом: биты 5…0 регистра CX задают номер сектора, а биты 15…6 – номер дорожки. Для получения номера дорожки и номера сектора из упакованного формата можно использовать следующие макросы:

#define SECT(x) x&0x3f // Получение из упакованного SecTrk номера сектора

#define TRK(x) (x>>8)|((x<<2)&0x300) /* Получение из упакованного SecTrk номера дорожки*/

Чтение главной загрузочной записи (MBR)

Используя описанные выше структуры для хранения информации о главной загрузочной записи и элементов таблицы разделов, с использованием функции 02h прерывания INT 13h возможно реализовать чтение MBR. Так как MBR занимает 512 байт, т.е. один сектор, и расположена на первом секторе нулевой дорожки нулевой поверхности диска, функция чтения MBR будет иметь следующий вид:

byte head=0; /* номеp головки (0) */

word Sect_Trk=1; /* номеp доpожки и сектоpа (0,1) */

union REGS rr;

struct SREGS sr;

void read_MBR(struct MBR *_mbr)

{ //Чтение MBR с помощью прерывания 13

//Заполняет структуру _mbr данными главной загрузочной записи

rr.h.ah=2; // Чтение

rr.h.al=1; // Секторов 1

rr.h.dl=0x80; // Жесткий диск

rr.h.dh=head; // Головка

rr.x.cx=Sect_Trk; // Дорожка, сектор

sr.es=FP_SEG(_mbr); // Адрес буфера

rr.x.bx=FP_OFF(_mbr);

int86x(0x13,&rr,&rr,&sr);//Вызываем прерывание 13

// Проверка ошибок чтения

if (rr.x.cflag)

{

printf(“Ошибка чтения: %x.”,rr.h.ah);

printf(“Нажмите любую клавишу…\n\7”);

getch();

exit(1);

}

}

В результате выполнения фрагмента кода:

struct MBR mbr;

read_MBR(&mbr);

переменная mbr будет содержать главную загрузочную запись. Для вывода на экран информации о разделах диска необходимо в цикле перебрать элементы таблицы разделов:

word EndList;

int ndrive=0;

for (EndList=(word *)&mbr.rt[(i=0)];/*Указатель на текущий элемент таблицы разделов*/

(*EndList!=0xaa55) //Пока не дошли до сигнатуры АА55

&&(mbr.rt[i].Size>0L);//Или раздела с нулевым размером

EndList=(word *)&mbr.rt[++i])//Переходим к очередному элементу таблицы

{

cout<<”Размер раздела ”<<'C'+ndrive++<<” равен ”<<mbr.rt[i].Size;/*Выводим размер раздела*/

}

Если диск содержит расширенный раздел (т.е. раздел с системным кодом 0fh для FAT32), то необходимо прочитать таблицу его подразделов, расположенную в первом секторе расширенного раздела:

if (mbr.rt[i].SysCode==0xf)

{

/* если код системы 0fh, pаздел содержит свою таблицу

pазделов; определяется ее дисковый адpес,

и новая таблица считывается в память */

head=mbr.rt[i].Begin_Hd;

Sect_Trk=mbr.rt[i].Begin_SecTrk;

goto NEXT; /* Т.е. снова вызов read_MBR() и перебор его элементов, как показано выше*/

}

Такую проверку необходимо выполнять для каждого элемента корневого каталога.