硬盘MBR全面分析

在分析MBR的结构之前，先有来看看计算机的引导顺序(System Boot Sequence)
Step 1. 内部电源打开，初始化，等待一小段时间用来产生稳定的电流。如果主板芯片和CPU收到了不符合规定的电流，将自动产生一个RESET信号。在主板没有收到电源的Power Good信号之前，重复步骤1。

Step 2. 执行BIOS中0FFF0h处的代码。这里只有一条JMP指令，将跳转到真正的BIOS启动程序处。

Step 3. BIOS开始加电自检(Power-On Self Test, POST)，如果出现错误，启动停止。成功的话执行INT 19h(SYSTEM - BOOTSTRAP LOADER)

Step 4. BIOS开始寻找显卡，找到的话将执行显卡的BIOS。接着显卡初始化，将显示一段显卡信息，我们开机看到的第一屏就是它。

Step 5. BIOS开始执行所有其他设备的BIOS，包括软驱，硬盘等。

Step 6. BIOS显示启动信息

Step 7. BIOS开始额外的检测。一般有内存检测，如果内存有问题，将显示错误消息。

Step 8. BIOS探测所有的硬件，将显示如硬盘/光区信息等

Step 9. BIOS给出一个已知硬件的列表

Step 10. BIOS按照设置的驱动器顺序找驱动器，如果驱动器存在的话继续找启动扇区，软驱/硬盘的启动扇区都在0柱0头1扇区(cylinder 0, head 0, sector 1)

Step 11. 将启动扇区读到内存0000:7c00处，接着INT 19h开始执行0000:7c00处代码

Step 12. 如果找不到驱动器，系统显示错误信息并停止。通常是"No boot device"或"NO ROM BASIC -SYSTEM HALTED"

上面是冷启动的过程，热启动将从步骤8开始

磁盘的启动扇区就是主引导记录(Master Boot Record)，包括0柱0头1扇区的512个字节，它的任务是完成BIOS到操作系统的交接。

MBR的大体结构:
偏移 内容
0000 MBR程序代码
01BE 分区表
01FE 结束标志

分区表结构
BYTE
1 如果是引导分区，就是80H，如果不是，就是00H
2-4 是该分区的起始扇区号
5 标志字节，比如05表示扩展分区
6-8 该分区的终止扇区号
9-12 该分区已使用的扇区数
13-16 该分区总共占用的扇区数

这是从我的硬盘上提取的MBR（硬盘是Maxtor的金钻20G，netfay的电脑早过时了:P），不同型号的硬盘MBR稍有不同，不过功能都是一样的

0000 33 C0 8E D0 BC 00 7C FB-50 07 50 1F FC BE 1B 7C 3.....|.P.P....|
0010 BF 1B 06 50 57 B9 E5 01-F3 A4 CB BE BE 07 B1 04 ...PW...........
0020 38 2C 7C 09 75 15 83 C6-10 E2 F5 CD 18 8B 14 8B 8,|.u...........
0030 EE 83 C6 10 49 74 16 38-2C 74 F6 BE 10 07 4E AC ....It.8,t....N.
0040 3C 00 74 FA BB 07 00 B4-0E CD 10 EB F2 89 46 25 <.t...........F%
0050 96 8A 46 04 B4 06 3C 0E-74 11 B4 0B 3C 0C 74 05 ..F...<.t...<.t.
0060 3A C4 75 2B 40 C6 46 25-06 75 24 BB AA 55 50 B4 :[email protected]%.u$..UP.
0070 41 CD 13 58 72 16 81 FB-55 AA 75 10 F6 C1 01 74 A..Xr...U.u....t
0080 0B 8A E0 88 56 24 C7 06-A1 06 EB 1E 88 66 04 BF ....V$.......f..
0090 0A 00 B8 01 02 8B DC 33-C9 83 FF 05 7F 03 8B 4E .......3.......N
00A0 25 03 4E 02 CD 13 72 29-BE 59 07 81 3E FE 7D 55 %.N...r).Y..>.}U
00B0 AA 74 5A 83 EF 05 7F DA-85 F6 75 83 BE 2E 07 EB .tZ.......u.....
00C0 8A 98 91 52 99 03 46 08-13 56 0A E8 12 00 5A EB ...R..F..V....Z.
00D0 D5 4F 74 E4 33 C0 CD 13-EB B8 00 00 80 08 10 16 .Ot.3...........
00E0 56 33 F6 56 56 52 50 06-53 51 BE 10 00 56 8B F4 V3.VVRP.SQ...V..
00F0 50 52 B8 00 42 8A 56 24-CD 13 5A 58 8D 64 10 72 PR..B.V$..ZX.d.r
0100 0A 40 75 01 42 80 C7 02-E2 F7 F8 5E C3 EB 74 B7 [email protected]......^..t.
0110 D6 C7 F8 B1 ED CE DE D0-A7 A1 A3 B0 B2 D7 B0 B3 ................
0120 CC D0 F2 CE DE B7 A8 BC-CC D0 F8 A1 A3 00 BC D3 ................
0130 D4 D8 B2 D9 D7 F7 CF B5-CD B3 CA B1 B3 F6 CF D6 ................
0140 B4 ED CE F3 A1 A3 B0 B2-D7 B0 B3 CC D0 F2 CE DE ................
0150 B7 A8 BC CC D0 F8 A1 A3-00 C8 B1 C9 D9 B2 D9 D7 ................
0160 F7 CF B5 CD B3 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0170 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
0180 00 00 00 8B FC 1E 57 8B-F5 CB 00 00 00 00 00 00 ......W.........
0190 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
01A0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
01B0 00 00 00 00 00 2C 44 63-B5 D7 B5 D7 00 00 80 01 .....,Dc........
01C0 01 00 0B FE 7F FD 3F 00-00 00 3F 04 7D 00 00 00 ......?...?.}...
01D0 41 FE 0C FE FF FF 7E 04-7D 00 7D 9B E5 01 00 00 A.....~.}.}.....
01E0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 ................
01F0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 55 AA ..............U.

由于程序代码从0000:7C00开始，下面看反编译的结果(经过修改)

7C00 33C0 XOR AX,AX ;AX=0
7C02 8ED0 MOV SS,AX ;SS=0
7C04 BC007C MOV SP,7C00 ;SP=7C00
7C07 FB STI ;中断允许
7C08 50 PUSH AX
7C09 07 POP ES ;ES=0
7C0A 50 PUSH AX
7C0B 1F POP DS ;DS=0
7C0C FC CLD ;字符串操作方向：从低到高
7C0D BE1B7C MOV SI,7C1B ;源地址 DS:SI=0000:7C1B
7C10 BF1B06 MOV DI,061B ;目的地址 ES:DI=0000:061B
7C13 50 PUSH AX
7C14 57 PUSH DI
7C15 B9E501 MOV CX,01E5 ;共1E5h个字节
7C18 F3 REPZ
7C19 A4 MOVSB ;将MBR从0000:7C00移动到0000:0600
7C1A CB RETF ;跳转到0000:061B处

PARTITION_SEARCH_LOOP:

061B BEBE07 MOV SI,07BE ;SI指向分区表的开始
061E B104 MOV CL,04 ;循环4次，硬盘最多4个主分区
0620 382C CMP [SI],CH
0622 7C09 JL ACTIVE_PARTITION_FOUND
;分区是活动分区
0624 7515 JNZ INVALID_PARTITION_TABLE
;无效的分区表
0626 83C610 ADD SI,+10 ;每个分区占用16个字节，SI指向下一个分区
0629 E2F5 LOOP PARTITION_SEARCH_LOOP

062B CD18 INT 18 ;分区表搜索完，无活动分区，INT 18h=DISKLESS BOOT HOOK

ACTIVE_PARTITON_FOUND:

062D 8B14 MOV DX,[SI] ;下面的搜索保证只存在一个活动分区，否则分区表无效
062F 8BEE MOV BP,SI ;找到的引导分区标志和开始地址分别存入DX,BP

ONLY_ONE_ACTIVE_PARTITON_SEARCH_LOOP:

0631 83C610 ADD SI,+10
0634 49 DEC CX
0635 7416 JZ GOOD_PARTITION_TABLE ;搜索完毕，剩下的分区中无活动分区，分区表正常
0637 382C CMP [SI],CH
0639 74F6 JZ ONLY_ONE_ACTIVE_PARTITON_SEARCH_LOOP ;如果还有活动分区则继续向下执行

INVALID_PARTITION_TABLE:

063B BE1007 MOV SI,0710 ;SI指向要显示的错误信息处

HANG_MACHINE_LOOP:

063E 4E DEC SI

DISPLAY_ERROR_MESSAGE_LOOP:

063F AC LODSB
0640 3C00 CMP AL,00
0642 74FA JZ HANG_MACHINE_LOOP
;到字符串尾时进入死循环，停止运行
0644 BB0700 MOV BX,0007
0647 B40E MOV AH,0E
0649 CD10 INT 10 ;显示错误信息

DISPLAY_ERROR_MESSAGE_LOOP_ALIAS:

064B EBF2 JMP DISPLAY_ERROR_MESSAGE_LOOP

GOOD_PARTITION_TABLE:

064D 894625 MOV [BP+25],AX
;tmpvar=BP+25处清零，作为临时变量
0650 96 XCHG SI,AX ;SI=0
0651 8A4604 MOV AL,[BP+04]
;读分区类型入AL
0654 B406 MOV AH,06
0656 3C0E CMP AL,0E ;类型 WIN95: DOS 16-bit FAT, LBA-mapped
0658 7411 JZ TYPE_WIN95_DOS_16BIT_FAT_LBA

065A B40B MOV AH,0B
065C 3C0C CMP AL,0C ;类型 WIN95 OSR2 32-bit FAT, LBA-mapped
065E 7405 JZ TYPE_WIN95_OSR2_32BIT_FAT_LBA

0660 3AC4 CMP AL,AH ;类型 WIN95 OSR2 32-bit FAT
0662 752B JNZ TYPE_DEFAULT
0664 40 INC AX ;AX=0B0C

TYPE_WIN95_OSR2_32BIT_FAT_LBA:

0665 C6462506 MOV BYTE PTR [BP+25],06
;tmpvar=06
0669 7524 JNZ TYPE_DEFAULT
;这里有点问题，这个转移应该肯定不成立？

TYPE_WIN95_DOS_16BIT_FAT_LBA:

066B BBAA55 MOV BX,55AA
066E 50 PUSH AX
066F B441 MOV AH,41
0671 CD13 INT 13 ;int 13h扩展功能的检测，IBM/MS INT 13 Extensions - INSTALLATION CHECK
0673 58 POP AX
0674 7216 JB INT13H_EXTENSION_UNSUPPORTED
;CF=1 - 不支持int 13h扩展功能
0676 81FB55AA CMP BX,AA55 ;BX不为AA55 - 不支持int 13h扩展功能
067A 7510 JNZ INT13H_EXTENSION_UNSUPPORTED
067C F6C101 TEST CL,01 ;CL不为1 - 不支持int 13h扩展功能
067F 740B JZ INT13H_EXTENSION_UNSUPPORTED
0681 8AE0 MOV AH,AL ;AH=0E
0683 885624 MOV [BP+24],DL
;tmpvar=DL,引导分区标志
0686 C706A106EB1E MOV WORD PTR [06A1],1EEB
;改06A1处指令为PUSH DS; JMP NEW_LOCATION_1

INT13H_EXTENSION_UNSUPPORTED:

068C 886604 MOV [BP+04],AH
;如果支持的话置分区类型为0E(类型 WIN95: DOS 16-bit FAT, LBA-mapped)
;否则为06(类型 DOS 3.31+ 16-bit FAT over 32M)

TYPE_DEFAULT:

068F BF0A00 MOV DI,000A

READ_SECTOR_LOOP:

0692 B80102 MOV AX,0201
0695 8BDC MOV BX,SP ;BX设置为7C00
0697 33C9 XOR CX,CX ;CX=0
0699 83FF05 CMP DI,+05
069C 7F03 JG NEW_LOCATION_0

069E 8B4E25 MOV CX,[BP+25]

NEW_LOCATION_0:

06A1 034E02 ADD CX,[BP+02]
06A4 CD13 INT 13 ;将活动分区的起始扇区读到0000:7C00

NEW_LOCATION_1:

06A6 7229 JB READ_SECTOR_ERROR
;CF=1 - 错误
06A8 BE5907 MOV SI,0759
06AB 813EFE7D55AA CMP WORD PTR [7DFE],AA55
;扇区结束标志是否正确？
06B1 745A JZ READ_SECTOR_SUCCEEDED
;正确
06B3 83EF05 SUB DI,+05 ;DI=DI-5
06B6 7FDA JG READ_SECTOR_LOOP

06B8 85F6 TEST SI,SI
06BA 7583 JNZ DISPLAY_ERROR_MESSAGE_LOOP:
;显示错误信息：缺少操作系统

06BC BE2E07 MOV SI,072E
06BF EB8A JMP DISPLAY_ERROR_MESSAGE_LOOP_ALIAS
;显示错误信息：加载操作系统时发生错误。

070D EB74 JMP CONTINUE_KOAD_OS

0783 8BFC MOV DI,SP
;DI=7C00
0785 1E PUSH DS
0786 57 PUSH DI
0787 8BF5 MOV SI,BP
0789 CB RETF ;转到执行0000:7C00处的语句，即操作系统的引导程序