Операционная система MS-DOS

2.2. Загрузочная запись BOOT

Самый первый сектор логического диска (и самый первый сектор на системной дискете) занимает загрузочная запись (Boot Record). Эта запись считывается из активного раздела диска программой главной загрузочной записи (Master Boot Record) и запускается на выполнение. Задача загрузочной записи - выполнить загрузку операционной системы. Каждый тип операционной системы имеет свою загрузочную запись. Даже для разных версий одной и той же операционной системы программа загрузки может выполнять различные действия.

Кроме программы начальной загрузки операционной системы в загрузочной записи находятся параметры, описывающие характеристики данного логического диска. Все эти параметры располагаются в самом начале сектора, в его так называемой форматированной области. Формат этой области разный для DOS версий до 4.0 и версии 4.0.

Сначала приведем формат записи BOOT для DOS версий, более ранних, чем 4.0.

В самом начале BOOT-сектора располагается команда внутрисегментного перехода JMP. Она нужна для обхода форматированной зоны сектора и передачи управления загрузочной программе, располагающейся со смещением (+30).

Название фирмы-производителя не используется операционной системой.

Со смещением (+11) располагается BPB - блок параметров BIOS, о котором мы уже говорили в разделах книги, посвященных драйверам. Этот блок содержит некоторые характеристики логического диска, о которых мы будем говорить немного позже и используется дисковыми драйверами. Для DOS версий до 4.0 BPB имеет следующий формат:

Поля BOOT-сектора со смещениями 24 и 26 содержат соответственно количество секторов на дорожке и количество головок в дисководе. Поле со смещением 28 содержит количество "скрытых" секторов, которые не принадлежат ни одному логическому диску. Эти сектора могут содержать основную или вторичные таблицы разделов диска.

Для MS-DOS версии 4.0 BOOT-сектор имеет другой формат:

Первые два поля в BOOT-секторе для DOS 4.0 аналогичны описанным раньше.

Поле со смещением (+38) всегда содержит символ ')'. Этот символ означает, что используется формат расширенной загрузочной записи операционной системы MS-DOS 4.0.

Серийный номер диска формируется во время форматирования диска на основе даты и времени форматирования. Это поле может быть использовано для определения факта замены диска в дисководе.

Метка диска формируется при форматировании и может быть изменена командой операционной системы LABEL. Одновременно метка диска помещается в корневой каталог.

Поле со смещением 11 содержит расширенный блок параметров BIOS. Он состоит из обычного BPB и дополнительного расширения:

Как обычный, так и расширенный блок параметров BIOS содержит байт-описатель среды media. Этот байт может служить для идентификации носителя данных и может содержать следующие величины, характеризующие носитель данных по количеству сторон диска и количеству секторов на дорожке:

Мы не будем рассматривать восьмидюймовые дискеты, которые используют значения FEh и FDh байта описателя среды, так как такие дискеты используются крайне редко.

Прежде чем мы продолжим изучение логической структуры диска, покажем, как программа может обратиться к BOOT-сектору.

DOS предоставляет программе возможность работы с так называемыми логическими номерами секторов. Это номера секторов внутри логического диска.

Вы знаете, что для адресации сектора при помощи функций BIOS необходимо указывать номер дорожки, номер головки и номер сектора на дорожке. DOS организует "сквозную" нумерацию секторов, при которой каждому сектору логического диска присваивается свой уникальный номер. Порядок нумерации выбран таким, что при последовательном увеличении номера сектора вначале увеличивается номер головки, затем номер дорожки. Это сделано для сокращения перемещений блока головок при обращении к последовательным логическим номерам секторов.

Пусть, например, у нас есть дискета с девятью секторами на дорожке. Сектор с логическим номером, равным 1, расположен на нулевой дорожке и для обращения к нему используется нулевая головка. Это самый первый сектор на дорожке, в терминах BIOS он имеет номер 1. Следующий сектор на нулевой дорожке имеет логический номер 2, последний сектор на нулевой дорожке имеет логический номер 9. Сектор с логическим номером 10 расположен также на нулевой дорожке. Это тоже самый первый сектор на дорожке, но теперь для доступа к нему используется головка с номером 1. И так далее, по мере увеличения логического номера сектора изменяются номера головок и дорожек.

Для работы с логическим диском (или дискетой) на уровне логических номеров секторов DOS предоставляет программам два прерывания - INT 25h (чтение сектора по его логическому номеру) и INT 26h (запись сектора по его логическому номеру). Вызов этих прерываний имеет различный формат для разных версий DOS. Для тех версий, которые не поддерживают размер логических дисков более 32 М (MS-DOS 3.10, 3.20, 3.30) используется следующий формат:

INT 25h - Чтение сектора по его логическому номеру

INT 26h - Запись сектора по его логическому номеру

Для версий DOS MS-DOS 4.0 и COMPAQ DOS 3.31 используется другой способ задания номера логического сектора. Так как шестнадцати разрядов регистра недостаточно для адресации диска размером более 32М, то при работе с расширенным разделом диска (т.е. с разделом диска, занимающим более 32 мегабайтов) при вызове этих прерываний регистры используются по-другому.

Регистр CX содержит FFFFh - признак того, что работа будет производится с логическим диском, имеющим размер более 32 мегабайтов.

Регистры DS:BX содержат адрес управляющего блока:

Так как для задания начального номера логического сектора в этом управляющем блоке отводится 4 байта, то снимается 32-мегабайтное ограничение на размер логического диска.

Очень важное замечание, касающееся только что рассмотренных прерываний DOS. Эти прерывания оставляют в стеке одно слово - старое значение регистра флагов. Поэтому после вызова прерывания должна следовать, например, такая команда:

pop ax

Содержимое BOOT-сектора может быть использовано для определения общего количества секторов на логическом диске (например, в программах проверки читаемости секторов диска), для работы с таблицей размещения файлов FAT, о которой мы будем говорить ниже, для определения других характеристик логического диска.

Для работы с загрузочной записью мы подготовили структуры, описывающие расширенный блок параметров BIOS EBPB и собственно загрузочную запись BOOT:

#pragma pack(1)

/* Расширенный блок параметров BIOS */

typedef struct _EBPB_ {
        unsigned sectsize;
        char clustsize;
        unsigned ressecs;
        char fatcnt;
        unsigned rootsize;
        unsigned totsecs;
        char media;
        unsigned fatsize;
        unsigned seccnt;
        unsigned headcnt;
        unsigned hiddensec_low;
        unsigned hiddensec_hi;
        unsigned long drvsecs;
} EBPB;

/* Загрузочная запись для MS-DOS 4.01 */

typedef struct _BOOT_ {
        char jmp[3];
        char oem[8];
        EBPB bpb;
        char drive;
        char reserved;
        char signature;
        unsigned volser_lo;
        unsigned volser_hi;
        char label[11];
        char fat_format[8];
        char boot_code[450];

} BOOT;

#pragma pack()

Поле серийного номера диска разбито на две компоненты - volser_lo и volser_hi. Это сделано для облегчения представления серийного номера в виде, аналогичном используемому командой DIR операционной системы MS-DOS 4.0.

Для чтения загрузочной записи логического диска вы можете использовать следующую функцию:

/**
*.Name      getboot
*
*.Title     Считать загрузочную запись
*
*.Descr     Функция считывает загрузочную запись
*           для указанного НМД.
*
*.Params    int getmboot(BOOT _far *boot, int drive);
*
*           boot        - указатель на буфер, в который
*                         будет считана загрузочная
*                         запись
*
*           drive       - номер физического НМД
*                         (0 - первый НМД, 1 - второй,...)
*
*.Return    0 - если загрузочная запись считана
*               успешно;
*           1 - произошла ошибка
**/

#include <stdio.h>
#include <dos.h>
#include "sysp.h"

int getboot(BOOT *boot, int drive) {

         union REGS reg;
         struct SREGS segreg;

// Заполняем регистровые структуры для вызова
// прерывания DOS INT 25h

         reg.x.ax = drive;
         reg.x.bx = FP_OFF(boot);
         segreg.ds = FP_SEG(boot);
         reg.x.cx = 1;
         reg.x.dx = 0;
         int86x(0x25, &reg, &reg, &segreg);

// Извлекаем из стека оставшееся там после
// вызова прерывания слово

         _asm pop ax

         return(reg.x.cflag);
}

Эта функция используется в следующей программе, показывающей содержимое загрузочной записи для указанного логического диска:

#include <stdio.h>
#include <malloc.h>
#include <dos.h>
#include "sysp.h"

void main(void);
void main(void) {

  BOOT _far *boot_rec;
  int i, status;
  char drive;

  printf("\n"
                        "\nЧтение загрузочной записи логического диска"
                        "\n  (C)Фролов А., 1991"
                        "\n");


// Заказываем буфер для чтения BOOT-записи.
// Адрес буфера присваиваем FAR-указателю.

  boot_rec = _fmalloc(sizeof(*boot_rec));

// Запрашиваем диск, для которого необходимо
// выполнить чтение загрузочной записи.

  printf("\n"
                        "\nВведите обозначение диска, для просмотра"
                        "\nзагрузочной записи (A, B, ...):");

  drive = getche();

// Вычисляем номер дисковода

  drive = toupper(drive) - 'A';

// Читаем загрузочную запись в буфер

  status = getboot((BOOT _far*)boot_rec, drive);

// Если произошла ошибка (например, неправильно указано
// обозначение диска), завершаем работу программы

  if(status) {
                printf("\nОшибка при чтении BOOT-сектора");
                exit(-1);
  }

  printf("\nСодержимое BOOT-сектора для диска %c",drive+'A');
  printf("\n"
                        "\nOEM - название фирмы и версия DOS - ");

  for(i=0;i<8;i++) printf("%c",boot_rec->oem[i]);

  printf("\nНомер диска                       - %x"
                        "\nПризнак расширенной BOOT-записи   - %c"
                        "\nСерийный номер диска              - %04X-%04X"
                        "\nМетка диска                       - ",
                        (unsigned char)boot_rec->drive,
                        boot_rec->signature,
                        boot_rec->volser_hi,
                        boot_rec->volser_lo);

  for(i=0;i<11;i++) printf("%c",boot_rec->label[i]);

  printf("\nФормат FAT                        - ");
  for(i=0;i<8;i++) printf("%c",boot_rec->fat_format[i]);

  printf("\n\nИнформация из BPB:\n");

  printf("\nКоличество байтов в секторе       - %d"
                "\nКоличество секторов в кластере    - %d"
                "\nЗарезервировано секторов          - %d"
                "\nКоличество копий FAT              - %d"
                "\nМакс. количество файлов в корневом каталоге - %d"
                "\nОбщее количество секторов на диске          - %d"
                "\nБайт-описатель среды              - %x"
                "\nКоличество секторов в FAT         - %d",
                boot_rec->bpb.sectsize,
                boot_rec->bpb.clustsize,
                boot_rec->bpb.ressecs,
                boot_rec->bpb.fatcnt,
                boot_rec->bpb.rootsize,
                boot_rec->bpb.totsecs,
                (unsigned char)boot_rec->bpb.media,
                boot_rec->bpb.fatsize);

  printf("\n\nИнформация из расширения BPB:\n");

  printf("\nСекторов на дорожке               - %d"
                "\nКоличество головок                - %d"
                "\nСкрытых секторов для диска < 32M  - %d"
                "\nСкрытых секторов для диска >= 32M - %d"
                "\nВсего секторов на диске           - %u",
                boot_rec->bpb.seccnt,
                boot_rec->bpb.headcnt,
                boot_rec->bpb.hiddensec_low,
                boot_rec->bpb.hiddensec_hi,
                boot_rec->bpb.totsecs);

// Освобождаем буфер

  _ffree(boot_rec);
}

Приведенная выше программа использует функции _fmalloc() и _ffree() соответственно для заказа и освобождения массива памяти. В отличие от широко известных функций malloc() и free(), эти функции используют FAR-указатели на полученную и отдаваемую области памяти.