-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
Логическая структура жесткого диска.htm
executable file
·503 lines (377 loc) · 14.9 KB
/
Логическая структура жесткого диска.htm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
<html>
<head>
<!-- Meta http equivalent was here -->
<meta name="keywords" content="Жесткий диск, MBR, SMBR, раздел, таблица разделов, загрузчик, загрузочная запись">
<meta name="description" content="">
<title>Логическая структура жесткого диска</title>
</head>
<body>
<style> A:hover{color:#FF0000; text-decoration:underline}></style>
<!--begin of Top100-->
<a href="http://top100.rambler.ru/top100/"><img
src="http://counter.rambler.ru/top100.cnt?421278" alt="Rambler's
Top100" width=1 height=1 border=0></a>
<!--end of Top100 code-->
<!-base begin->
<h1>Логическая структура жесткого диска</h1>
<p>Автор: <a href="mailto:ubob@mail.ru">uncle Bob</a> <br>
Дата: 05.01.2004<br>
Раздел: Низкоуровневое программирование в Linux<br>
</p>
<pre>
В статье расcматривается логическая структура жесткого диска, соответствующая
стандарту Microsoft - "основной раздел - расширенный раздел - разделы не-DOS".
Пространство на жестком диске может быть организовано в виде одного или
нескольких разделов, а разделы могут содержать один или несколько логических
дисков.
На жестком диске по физическому адресу 0-0-1 располагается главная загрузочная
запись (master boot record, MBR). В структуре MBR находятся следующие элементы:
- внесистемный загрузчик (non-system bootstrap - NSB);
- таблица описания разделов диска (таблица разделов, partition table, PT).
Располагается в MBR по смещению 0x1BE и занимает 64 байта;
- сигнатура MBR. Последние два байта MBR должны содержать число 0xAA55.
Таблица разделов описывает размещение и характеристики имеющихся на винчестере
разделов. Разделы диска могут быть двух типов - primary (первичный, основной) и
extended (расширенный). Максимальное число primary-разделов равно четырем.
Наличие на диске хотя бы одного primary-раздела является обязательным.
Extended-раздел может быть разделен на большое количество подразделов -
логических дисков.Упрощенно структура MBR представлена в таблице 1. Таблица
разделов располагается в конце MBR, для описания раздела в таблице отводится 16
байт.
Таблица 1.
Структура MBR
Смещение (offset) Размер (Size) Содержимое (contents)
-------------------------------------------------------------------------
0 446 Программа анализа таблицы разделов
и загрузки System Bootstrap
с активного раздела
-------------------------------------------------------------------------
0x1BE 16 Partition 1 entry ( элемент таблицы разделов)
-------------------------------------------------------------------------
0x1CE 16 Partition 2 entry
-------------------------------------------------------------------------
0x1DE 16 Partition 3 entry
-------------------------------------------------------------------------
0x1EE 16 Partition 4 entry
-------------------------------------------------------------------------
0x1FE 2 Сигнатура 0xAA55
Структура записи элемента таблицы разделов показана в таблице 2.
Таблица 2.
Структура записи элемента таблицы разделов
Смещение Размер поля, Содержание
байт
-------------------------------------------------------------------------
0x00 1 Признак активности (0 - раздел не активный,
0x80 - раздел активный)
--------------------------------------------------------------------------
0x01 1 Номер головки диска, с которой
начинается раздел
---------------------------------------------------------------------------
0x02 2 Номер цилиндра и номер сектора, с которых
начинается раздел
----------------------------------------------------------------------------
0x04 1 Код типа раздела System ID
----------------------------------------------------------------------------
0x05 1 Номер головки диска, на которой
заканчивается раздел
----------------------------------------------------------------------------
0x06 2 Номер цилиндра и номер сектора, которыми
заканчивается раздел
----------------------------------------------------------------------------
0x08 4 Абсолютный (логический) номер начального
сектора раздела
----------------------------------------------------------------------------
0x0C 4 Размер раздела (число секторов)
Первым байтом в элементе раздела идет флаг активности раздела (0 - неактивен,
0x80 - активен). Он служит для определения, является ли раздел системным
загрузочным и есть ли необходимость производить загрузку операционной системы с
него при старте компьютера. Активным может быть только один раздел. За флагом
активности раздела следуют координаты начала раздела - три байта, означающие
номер головки, номер сектора и номер цилиндра. Номера цилиндра и сектора задаются
в формате прерывания Int 0x13, т.е. биты 0-5 содержат номер сектора, биты 6-7 -
старшие два бита 10-разрядного номера цилиндра, биты 8-15 - младшие восемь битов
номера цилиндра.
Затем следует кодовый идентификатор System ID, указывающий на принадлежность
данного раздела к той или иной операционной системе. Идентификатор занимает один
байт. За системным идентификатором расположены координаты конца раздела - три
байта, содержащие номера головки, сектора и цилиндра, соответственно. Следующие
четыре байта - это число секторов перед разделом, и последние четыре байта -
размер раздела в секторах.
Таким образом, элемент таблицы раздела можно описать при помощи следующей
структуры:
struct pt_struct {
u8 bootable; // флаг активности раздела
u8 start_part[3]; // координаты начала раздела
u8 type_part; // системный идентификатор
u8 end_part[3]; // координаты конца раздела
u32 sect_before; // число секторов перед разделом
u32 sect_total; // размер раздела в секторах (число секторов в разделе)
};
Элемент первичного раздела указывает сразу на загрузочный сектор логического диска
(в первичном разделе всегда имеется только один логический диск), а элемент
расширенного раздела - на список логических дисков, составленный из структур,
которые именуются вторичными MBR (Secondary MBR, SMBR).
Свой блок SMBR имеется у каждого диска расширенного раздела. SMBR имеет структуру,
аналогичную MBR, но загрузочная запись у него отсутствует (заполнена нулями),
а из четырех полей описателей разделов используются только два. Первый элемент
раздела при этом указывает на логический диск, второй элемент указывает на
следующую структуру SMBR в списке. Последний SMBR списка содержит во втором
элементе нулевой код раздела.
Рассмотрим программный модуль, отображающий информацию обо всех разделах
(основных и логических), созданных на жестком диске. Модуль функционирует под
управлением ОС Linux.
Заголовочные файлы:
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#include <errno.h>
#include <linux/types.h>
Сигнатура MBR:
#define SIGNATURE 0xAA55
Файл устройства, с которого будет считываться информация о разделах:
#define DEVICE "/dev/hda"
Размер элемента таблицы разделов (0x10):
#define PT_SIZE 0x10
Следующий массив структур устанавоивает соответствие между кодом типа раздела
и его символьным отображением:
struct systypes {
__u8 part_type;
__u8 *part_name;
};
struct systypes i386_sys_types[] = {
{0x00, "Empty"},
{0x01, "FAT12"},
{0x04, "FAT16 <32M"},
{0x05, "Extended"}, /* DOS 3.3+ extended partition */
{0x06, "FAT16"}, /* DOS 16-bit >=32M */
{0x0b, "Win95 FAT32"},
{0x0c, "Win95 FAT32 (LBA)"},/* LBA really is `Extended Int 13h' */
{0x0e, "Win95 FAT16 (LBA)"},
{0x0f, "Win95 Ext'd (LBA)"},
{0x82, "Linux swap"}, /* also Solaris */
{0x83, "Linux"},
{0x85, "Linux extended"},
{0x07, "HPFS/NTFS"}
};
Определим число элементов в массиве i386_sys_types при помощи макроса:
#define PART_NUM (sizeof(i386_sys_types) / sizeof(i386_sys_types[0]))
int hard; // дескриптор файла устройства
__u8 mbr[512]; // сюда считаем MBR
Следующий массив структура будет содержать информацию о логических дисках
на устройстве (жестком диске):
struct pt_struct {
__u8 bootable;
__u8 start_part[3];
__u8 type_part;
__u8 end_part[3];
__u32 sect_before;
__u32 sect_total;
} pt_t[MAX_PART];
Установим ограничение на количество логических дисков:
#define MAX_PART 20
Рассмотрим главную функцию.
int main()
{
int i = 0;
__u64 seek;
Открываем файл устройства, считываем таблицу разделов и проверяем сигнатуру:
hard = open(DEVICE, O_RDONLY);
if(hard < 0) {
perror("open");
exit(-1);
}
read_main_ptable();
if(check_sign() < 0) {
printf("Not valid signature!\n");
exit(-1);
}
Ищем идентификатор расширенного раздела. Если таковой имеется - вычисляем
смещение к расширенному разделу и считываем информацию о логических дисках:
for(; i < 4; i++) {
if((pt_t[i].type_part == 0xF) || \
(pt_t[i].type_part == 0x5) || \
(pt_t[i].type_part == 0x0C)) {
seek = (__u64)pt_t[i].sect_before * 512;
read_ext_ptable(seek);
break;
}
}
Отображаем информацию о логических дисках:
show_pt_info();
return 0;
}
Функция проверки сигнатуры 0xAA55 выглядит следующим образом:
int check_sign()
{
__u16 sign = 0;
memcpy((void *)&sign, (void *)(mbr + 0x1FE), 2);
#ifdef DEBUG
printf("Signature - 0x%X\n", sign);
#endif
if(sign != SIGNATURE) return -1;
return 0;
}
Функция чтения таблицы разделов:
void read_main_ptable()
{
if(read(hard, mbr, 512) < 0) {
perror("read");
close(hard);
exit(-1);
}
memset((void *)pt_t, 0, (PT_SIZE * 4));
memcpy((void *)pt_t, mbr + 0x1BE, (PT_SIZE * 4));
return;
}
Функция чтения расширенной таблицы разделов:
void read_ext_ptable(__u64 seek)
{
int num = 4; // начиная с этой позиции, массив структур pt_t будет
// заполняться информацией о логических дисках
__u8 smbr[512];
Функция принимает один параметр seek - смещение (в байтах) к расширеному разделу
от начала диска.
Для получения информации о логических дисках организуем цикл:
for(;;num++) {
Считываем SMBR, находящуюся по смещению seek от начала диска:
memset((void *)smbr, 0, 512);
pread64(hard, smbr, 512, seek);
Заполняем два элемента таблицы pt_t, начиная с num. Первый элемент будет
указывать на логический диск, а второй - на следующую структуру SMBR:
memset((void *)&pt_t[num], 0, PT_SIZE * 2);
memcpy((void *)&pt_t[num], smbr + 0x1BE, PT_SIZE * 2);
Вносим поправку в поле "Номер начального сектора" - отсчет ведется от начала
диска:
pt_t[num].sect_before += (seek / 512);
Если код типа раздела равен нулю, то больше логических дисков нет:
if(!(pt_t[num + 1].type_part)) break;
Вычисляем смещение к следующей SMBR:
seek = ((__u64)(pt_t[num].sect_before + pt_t[num].sect_total)) * 512;
}
return;
}
Функция show_pt_info() отображает информацию о найденых логических дисках
на устройстве:
void show_pt_info()
{
int i = 0, n;
printf("PART NUM - %d\n", PART_NUM);
for(; i < MAX_PART; i++) {
if(!pt_t[i].type_part) break;
printf("\nТип раздела %d - ", i);
for(n = 0; n < PART_NUM; n++) {
if(pt_t[i].type_part == i386_sys_types[n].part_type) {
printf("%s\n", i386_sys_types[n].part_name);
break;
}
}
if(n == PART_NUM) printf("unknown type\n");
printf("Признак загрузки - 0x%X\n", pt_t[i].bootable);
printf("Секторов в разделе %d - %d\n", i, pt_t[i].sect_total);
printf("Секторов перед разделом %d - %d\n\n", i, pt_t[i].sect_before);
}
return;
}
Рассмотрим пример функционирования этого модуля.
Имеется жесткий диск, подключеный как Primary Master. На диске
созданы три основных раздела (FAT16, Linux, Linux swap) и расширенный раздел в
составе трех логических дисков (два FAT32-диска и Linux-диск).
Результат работы модуля:
root@darkstar:/home/HDD/PART# ./part_view
Signature - 0xAA55
PART NUM - 13
Тип раздела 0 - Win95 FAT16 (LBA)
Признак загрузки - 0x80
Секторов в разделе 0 - 4096512
Секторов перед разделом 0 - 63
Тип раздела 1 - Win95 Ext'd (LBA)
Признак загрузки - 0x0
Секторов в разделе 1 - 36065925
Секторов перед разделом 1 - 4096575
Тип раздела 2 - Linux
Признак загрузки - 0x0
Секторов в разделе 2 - 38556000
Секторов перед разделом 2 - 40162500
Тип раздела 3 - Linux swap
Признак загрузки - 0x0
Секторов в разделе 3 - 1686825
Секторов перед разделом 3 - 78718500
Тип раздела 4 - Win95 FAT32
Признак загрузки - 0x0
Секторов в разделе 4 - 30443112
Секторов перед разделом 4 - 4096638
Тип раздела 5 - Win95 FAT32
Признак загрузки - 0x0
Секторов в разделе 5 - 1863477
Секторов перед разделом 5 - 34539813
Тип раздела 6 - Win95 FAT32
Признак загрузки - 0x0
Секторов в разделе 6 - 867447
Секторов перед разделом 6 - 36403353
Тип раздела 7 - Linux
Признак загрузки - 0x0
Секторов в разделе 7 - 2891637
Секторов перед разделом 7 - 37270863
Для контроля получим информацию о логических дисках при помощи fdisk:
root@darkstar:/# fdisk -l -u
Disk /dev/hda: 41.1 GB, 41174138880 bytes
255 heads, 63 sectors/track, 5005 cylinders, total 80418240 sectors
Units = sectors of 1 * 512 = 512 bytes
Device Boot Start End Blocks Id System
/dev/hda1 * 63 4096574 2048256 e Win95 FAT16 (LBA)
/dev/hda2 4096575 40162499 18032962+ f Win95 Ext'd (LBA)
/dev/hda3 40162500 78718499 19278000 83 Linux
/dev/hda4 78718500 80405324 843412+ 82 Linux swap
/dev/hda5 4096638 34539749 15221556 b Win95 FAT32
/dev/hda6 34539813 36403289 931738+ b Win95 FAT32
/dev/hda7 36403353 37270799 433723+ b Win95 FAT32
/dev/hda8 37270863 40162499 1445818+ 83 Linux
Литература:
1. Программирование на аппаратном уровне: специальный справочник.
2-е изд. / В.Кулаков. - СПб.: Питер, 2003. - 848 с.
</pre>
<a href="part_view_src.tar.gz">Исходники к статье</a>
<!-base end->
<br><br>
<hr>
[<a href="http://www.lowlevel.ru">Главная</a>] [<a href="http://www.lowlevel.ru/articles/">Другие статьи</a>] [<a href="http://www.lowlevel.ru/cgi-bin/yabb/YaBB.cgi">Обсудить в форуме</a>]
<hr>
©2003-2004 <a href="http://www.lowlevel.ru">Lowlevel.RU</a>
<hr>
<br>
<!--begin of Top100 logo-->
<a href="http://top100.rambler.ru/top100/"><img
src="http://top100-images.rambler.ru/top100/banner-88x31-rambler-darkblue2.gif"
alt="Rambler's Top100" width=88 height=31 border=0></a>
<!--end of Top100 logo -->
<!--Rating@Mail.ru COUNTER--><script language="JavaScript"><!--
d=document;a='';a+=';r='+escape(d.referrer)
js=10//--></script><script language="JavaScript1.1"><!--
a+=';j='+navigator.javaEnabled()
js=11//--></script><script language="JavaScript1.2"><!--
s=screen;a+=';s='+s.width+'*'+s.height
a+=';d='+(s.colorDepth?s.colorDepth:s.pixelDepth)
js=12//--></script><script language="JavaScript1.3"><!--
js=13//--></script><script language="JavaScript"><!--
d.write('<a href="http://top.mail.ru/jump?from=471166"'+
' target=_top><img src="http://top.list.ru/counter'+
'?id=471166;t=109;js='+js+a+';rand='+Math.random()+
'" alt="Рейтинг@Mail.ru"'+' border=0 height=18 width=88></a>')
if(js>11)d.write('<'+'!-- ')//--></script><noscript><a
target=_top href="http://top.mail.ru/jump?from=471166"><img
src="http://top.list.ru/counter?js=na;id=471166;t=109"
border=0 height=18 width=88
alt="Рейтинг@Mail.ru"></a></noscript><script language="JavaScript"><!--
if(js>11)d.write('--'+'>')//--></script><!--/COUNTER-->
</td>
</tr>
<tr>
<td></td>
<td></td>
<td></td>
<td></td>
</tr>
</table>
<br>
</body>
</html>