作者： zhy2111314
来自： LinuxSir.Org ouc.edu.cn
摘要： 本文是理论性文档，主要讲述系统引导过程以及硬盘的物理结构；

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正文
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一、系统引导过程简介

系统引导过程主要由以下几个步骤组成(以硬盘启动为例)
1、 开机;
2、 BIOS加电自检(POST---Power On Self Test),内存地址为0fff:0000;
3、 将硬盘第一个扇区(0头0道1扇区,也就是Boot Sector)读入内存地址0000:7c00处;
4、 检查(WORD)0000:7dfe是否等于0xaa55.若不等于则转去尝试其他介质;如果没有其他启动介质,则显示 ”No ROM BASIC” ,然后死机;
5、 跳转到0000:7c00处执行MBR中的程序;
6、 MBR先将自己复制到0000:0600处,然后继续执行;
7、 在主分区表中搜索标志为活动的分区.如果发现没有活动分区或者不止一个活动分区,则停止;
8、 将活动分区的第一个扇区读入内存地址0000:7c00处;
9、 检查(WORD)0000:7dfe是否等于0xaa55,若不等于则显示 “Missing Operating System”,然后停止,或尝试软盘启动;
10、 跳转到0000:7c00处继续执行特定系统的启动程序;
11、 启动系统.

以上步骤中(2),(3),(4),(5)步由BIOS的引导程序完成;(6),(7),(8),(9),(10)步由MBR中的引导程序完成.
一般多系统引导程序(如Smart Boot Manager, BootStar, PQBoot等)都是将标准主引导记录替换成自己的引导程序,在运行系统启动程序之前让用户选择想要启动的分区.而某些系统自带的多系统引导程序(如 LILO,NT Loader等)则可以将自己的引导程序放在系统所处分区的第一个扇区中,在Linux中即为两个扇区的SuperBlock.

注：以上步骤中使用的是标准的MBR,多系统引导程序的引导过程与此不同.

二、硬盘结构及参数

3D参数(Disk Geometry):CHS(Cylinder/Head/Sector) C-Cylinder柱面数表示硬盘每面盘片上有几条磁道,最大为1024(用10个二进制位存储);H-Head磁头数表示硬盘总共有几个磁头,也就是几面盘片,最大为256(用8个二进制位存储);S-Sector扇区数表示每条磁道上有几个扇区,最大为63(用6个二进制位存储).

1、引导扇区

Boot Sector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又称为主引导记录,占用Boot Sector的前446个字节(0~0x1BD),存放系统主引导程序(它负责从活动分区中装载并且运行系统引导程序). DPT即主分区表占用64个字节(0x1BE~0x1FD),记录磁盘的基本分区信息.主分区表分为四个分区项,每项16个字节,分别记录每个主分区的信息(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~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 Secor具体结构如图：

2、分区表结构简介

分区表由四个分区项构成,每一项结构如下:
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 StartSC:分区起始扇区和柱面号,底字节的底6位为扇区号,高2位为柱面号的第9,10位,高字节为柱面号的低8位;
BYTE Type:分区类型,如0x0B=FAT32,0x83=Linux等,00表示此项未用;
BYTE EndHead:分区结束磁头号;
WORD EndSC:分区结束扇区和柱面号,定义同前;
DWORD Relative:在线性寻址方式下的分区相对扇区地址(对于基本分区即为绝对地址);
DWORD Sectors:分区大小(总扇区数).
在DOS或Windows系统下,基本分区必须以柱面为单位划分(Sectors*Heads个扇区),如对于CHS为764/256/63的硬盘,分区的最小尺寸为256*63*512/1048576=7.875MB.
由于硬盘的第一个扇区已经被引导扇区占用,所以一般来说,硬盘的第一个磁道(0头0道)的其余62个扇区是不会被分区占用的.某些分区软件甚至将第一个柱面全部空出来.

扩展分区结构如图：

附录：
《Linux 查看磁盘分区、文件系统、使用情况的命令和相关工具介绍》
《实例解说 fdisk 使用方法》
《在Fedora core 4.0 加载NTFS和FAT32分区详述》
《合理规划您的硬盘分区》
《系统引导过程及硬盘分区结构论述》
《Fedora Core 4.0 HAL配置即插即用移动存储（USB及1394）的实践》