系统主引导记录MBR的结构和作用详解

MBR磁盘分区都有一个引导扇区，称为主引导记录，英文简称为MBR。

MBR的结构

MBR扇区位于整个硬盘的第一个扇区：按照C/H/S地址描述，即0柱面0磁头1扇区；按照LBA地址描述即0扇区。它是一个特殊而重要的扇区。

在总共512字节的MBR扇区中，由四部分结构组成：

1）引导程序：引导程序占用其中的前440字节，其地址在偏移0～偏移1B7H处。

2）Windows磁盘签名：Windows磁盘标签占用引导程序后的4字节，其地址在偏移1B8H～偏移1BBH处，是Windows系统对硬盘初始化时写入的一个磁盘标签。

3）分区表：偏移1BEH～偏移1FDH的64字节为DPT（Disk Partition Table，硬盘分区表），这是MBR中非常重要的一个结构。

4）结束标志：扇区最后的两个字节“55 AA”（偏移1FEH～偏移1FFH）是MBR的结束标志。

用WinHex查看一块硬盘的MBR扇区，其结构如图4-1所示。

图4-1　MBR的结构

MBR的作用

MBR扇区在计算机引导过程中起着举足轻重的作用。计算机在按下电源键以后，开始执行主板的BIOS程序，进行完一系列检测和配置以后，开始按CMOS中设定的系统引导顺序进行引导。

主板BIOS执行完自己的程序后如何把执行权交给硬盘呢？交给硬盘后又执行存储在哪里的程序呢？让我们通过了解MBR的作用来解开这些疑问吧。

引导程序的作用

计算机主板的BIOS程序在自检通过后，会将MBR扇区整个读入内存中，然后将执行权交给内存中MBR扇区的引导程序。引导程序首先会将自己整个搬到一个较为安全的地址中，目的是防止自己被随后读入的其他程序覆盖，因为引导程序一旦被破坏，就会引起计算机死机，从而无法正常引导系统。

系统下一步就会判断读入内存的MBR扇区的最后两个字节是否为“55 AA”，如果不是则报错，在屏幕上会列出错误信息。如果是“55 AA”，接下来引导程序会到分区表中查找是否有活动分区，若有活动分区，则判断活动分区的引导扇区在磁盘中的地址，并将该引导扇区读入内存及判断其合法性，如果是一个合法的引导扇区，随后的引导权就交给这个引导扇区去引导操作系统了，MBR引导程序的使命也就完成了。

Windows磁盘签名的作用

Windows磁盘签名是Windows系统在对硬盘做初始化时写入的一个标签，它是MBR扇区不可或缺的一个组成部分。Windows系统依靠这个签名来识别硬盘，如果硬盘的签名丢失，Windows系统就会认为该硬盘没有初始化。

下面就来看看如果硬盘的磁盘签名丢失后的结果。

以图4-2中的“磁盘1”为例来做这个实验。“磁盘1”目前分一个区，状态良好，如图4-2所示。

图4-2　磁盘1

“磁盘1”的MBR扇区及其磁盘签名如图4-3所示。

图4-3　“磁盘1”的MBR扇区及其磁盘签名

当硬盘挂载到Windows操作系统以后，操作系统会读取该硬盘的MBR扇区及其磁盘签名，并将磁盘签名信息记录在注册表中。在这种情况下，如果把这块硬盘的磁盘签名清除，重新启动操作系统，或者把该硬盘卸载后再重新挂载，系统会自动修复该硬盘的磁盘签名。

现在把该硬盘的磁盘签名清除，清除后结果如图4-4所示。

图4-4　硬盘的磁盘签名被清除

现在重新启动计算机，再一次用WinHex打开这块硬盘，发现被清除的磁盘签名又出现了，只是签名信息的最低位字节稍有改变，高位的三个字节与原来还是一致的，如图4-5所示。

图4-5　系统重新写入磁盘签名

从这个例子中可以看出，磁盘签名是不可缺少的，不过有时系统不一定能够自动写入磁盘签名，这种情况硬盘就会提示“没有初始化”。

当我们把图4-2的硬盘MBR中磁盘签名再一次清除，并把它挂载到另外一台计算机上，结果这台计算机的系统没有给该硬盘写入磁盘签名，这块硬盘在系统的磁盘管理中就显示为“没有初始化”，但是分区还是正常的，因为分区表并没有清除，如图4-6所示。

图4-6　硬盘“没有初始化”

分区表的作用

分区表是用来管理硬盘的分区的，如果分区表被清除或者破坏，则硬盘的分区就会丢失。

现在依然以上面那块硬盘为例，把MBR中的分区表清除，其他结构不动，如图4-7所示。

图4-7　清除MBR中的分区表

重新启动计算机后进入磁盘管理，可以看到分区已经没有了，硬盘成为“未指派”，如图4-8所示。

图4-8　分区丢失了

对于分区表是如何管理硬盘分区的，这部分内容将在4.1.2节详细分析。

结束标志的作用

在执行MBR的引导程序时，会验证MBR扇区最后两个字节是否为“55 AA”。如果是“55 AA”才会继续执行下面的程序，如果不是“55 AA”，则程序认为这是一个非法的MBR，那么程序停止执行，同时会在屏幕上列出错误信息。

如果一块MBR结构完好并且有分区的硬盘，其结束标志“55 AA”被破坏后，该硬盘的分区也将无法读取，硬盘会成为“没有初始化”状态。

图4-9所示的硬盘，其分区结构完好。

图4-9　分区结构完好的硬盘

用WinHex将其打开，并且清除结束标志“55 AA”，如图4-10所示。

图4-10　清除MBR的结束标志

重新启动计算机后打开磁盘管理，发现该硬盘的分区已经丢失，并且状态为“没有初始化”，如图4-11所示。

图4-11　硬盘的分区已经丢失

这种情况其实只要通过WinHex打开该硬盘，将MBR的最后两个字节写入“55 AA”，重启计算机后分区和数据都能够重新出现，但千万不能对硬盘做“初始化”，否则分区表将会被清除，下面实际演示一下：

第1步　对“磁盘1”单击鼠标右键，选择“初始化磁盘”命令，如图4-12所示。

图4-12　选择“初始化磁盘”命令

之后出现磁盘选择对话框，如图4-13所示。

图4-13　磁盘选择对话框

第2步　在“磁盘1”前打钩，然后单击“确定”按钮，磁盘1将被初始化，完成后硬盘将“联机”，如图4-14所示。

图4-14　磁盘1初始化完成

做完初始化后硬盘原来的分区并没有回来，硬盘还是“未指派”的。打开WinHex查看MBR，发现分区表信息已经被清除，如图4-15所示。

图4-15　分区表信息已经被清除

这个时候就只能通过重建分区表才能找回数据了。