MS-DOS для программиста

2.1. Таблица разделов и логические диски

Персональный компьютер обычно комплектуется одним или двумя НМД. Однако операционная система позволяет вам разбивать НМД на части, причем каждая часть будет рассматриваться MS-DOS как отдельный, "логический" диск.

Зачем нужно разбивать диск на логические диски ?

Первые персональные компьютеры IBM PC были укомплектованы только НГМД. Дискеты позволяют хранить относительно небольшие объемы информации, поэтому делить их на части не имеет смысла. Следующая модель компьютера IBM PC/XT имела НМД объемом 10 или 20 Мбайт. При использовании таких дисков и операционных систем MS-DOS версий до 3.20 у пользователей не возникало никаких проблем и желания разбить диск относительно малого объема на еще меньшие части.

Проблемы возникли, когда производители НМД освоили выпуск дисков объемом 40 Мбайт и больше. Оказалось, что используемый в MS-DOS механизм 16-разрядной адресации секторов не позволяет использовать диски объемом, большим, чем 32 Мбайт.

Операционная система MS-DOS версии 3.30 предложила выход из создавшегося положения. С помощью программы fdisk.exe можно было разбить физический диск на логические, каждый из которых не должен превышать по объему 32 Мбайт.

Впоследствии в версии 4.00 операционной системы MS-DOS и в версии 3.31 операционной системы COMPAQ DOS указанное выше ограничение на размер логического диска было снято, однако схема разделения физического диска на логические диски полностью сохранилась.

Существуют и другие причины, по которым может быть полезно разделение большого диска на части:

• в случае повреждения логического диска пропадает только та информация, которая находилась на этом логическом диске;
• реорганизация и выгрузка диска маленького размера выполняется быстрее, чем большого;
• на одном диске может находиться несколько различных операционных систем, расположенных в разных разделах. В ходе начальной загрузки вы можете указать раздел диска, из которого должна загружаться нужная вам в данный момент операционная система.

По своей внутренней структуре логический диск полностью соответствует дискете, поэтому сначала мы изучим логическую структуру жесткого диска, затем сделаем некоторые замечания, касающиеся дискет.

Главная загрузочная запись

Самый первый сектор жесткого диска (сектор 1, дорожка 0, головка 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record ). Эта запись занимает не весь сектор, а только его начальную часть.

Сама по себе главная загрузочная запись является программой. Эта программа во время начальной загрузки операционной системы с НМД помещается по адресу 7C00h:0000h, после чего ей передается управление. Загрузочная запись продолжает процесс загрузки операционной системы.

Таблица разделов диска

В конце самого первого сектора жесткого диска располагается таблица разделов диска (Partition Table). Эта таблица содержит четыре элемента, описывающих до четырех разделов диска. В последних двух байтах сектора находится значение 55AAh. Это признак таблицы разделов (сигнатура таблицы разделов).

Для просмотра и изменения содержимого таблицы разделов НМД используется программа fdisk.exe .

Что представляет из себя элемент таблицы разделов диска?

Это структура размером 16 байт, соответствующая части диска, называемой разделом. В структуре располагается информация о расположении и размере раздела в секторах, а также о назначении раздела.

Разделы диска бывают активными или неактивными. Активный раздел может использоваться для загрузки операционной системы. Заметим, что диск может содержать одновременно несколько активных разделов, которые могут принадлежать разным операционным системам.

Приведем формат первого сектора жесткого диска :

Все элементы таблицы разделов диска имеют одинаковый формат:

Загрузочная запись

В самом первом секторе активного раздела расположена загрузочная запись (Boot Record ), которую не следует путать с главной загрузочной записью (Master Boot Record ). Загрузочная запись считывается в оперативную память главной загрузочной записью, после чего ей передается управление. Загрузочная запись и выполняет загрузку операционной системы.

Загрузка операционной системы

Загрузка операционной системы с жесткого диска - двухступенчатый процесс. Вначале модули инициализации BIOS считывают главную загрузочную запись в память по адресу 7C00h:0000h и передают ей управление. Главная загрузочная запись просматривает таблицу разделов и находит активный раздел. Если активных разделов несколько, на консоль выводится сообщение о необходимости выбора активного раздела для продолжения загрузки.

После того как активный раздел найден, главная загрузочная запись считывает самый первый сектор раздела в оперативную память. Этот сектор содержит загрузочную запись, которой главная загрузочная запись и передает управление.

Загрузочная запись активного раздела выполняет загрузку операционной системы, находящейся в активном разделе.

Такой двухступенчатый метод загрузки операционной системы необходим по той причине, что способ загрузки зависит от самой операционной системы. Поэтому каждая операционная система имеет свой собственный загрузчик. Фиксированным является только расположение загрузочной записи - самый первый сектор активного раздела.

Поля элемента таблицы раздела диска

Расскажем подробнее о некоторых полях элемента таблицы раздела диска.

Байт со смещением 0, как мы уже говорили, является флагом активного раздела и может принимать одно из двух значений - 0 или 80h, соответственно, для неактивного и активного разделов диска.

Слово, имеющее размер 2 байта и расположенное со смещением 8, содержит относительный номер первого сектора раздела. Как он вычисляется?

Значение 0 соответствует дорожке 0, головке 0, сектору 1. При увеличении относительного номера сектора вначале увеличивается номер сектора на дорожке, затем номер головки , и, наконец, номер дорожки. Для вычисления относительного номера сектора можно использовать следующую формулу:

RelSect = (Cyl * Sect * Head) + (Head * Sect) + (Sect -1)

В этой формуле Cyl - номер дорожки, Sect - номер сектора на дорожке, Head - номер головки .

Замечание относительно границ разделов диска: обычно разделы начинаются с четных номеров дорожек, за исключением самого первого раздела. Этот раздел может начинаться с сектора 2 нулевой дорожки (головка 0), так как самый первый сектор диска занят главной загрузочной записью.

Байт со смещением 4 - это код системы, использующей раздел диска. Для MS-DOS зарезервированы значения 0, 1, 4, 5.

Значение 0 соответствует свободному разделу диска.

Первичный и расширенный раздел

Если код системы в элементе таблицы раздела равен 1 или 4, это означает, что раздел используется MS-DOS в качестве первичного раздела (Primary Partition ). Этот раздел обычно является активным и из него выполняется загрузка операционной системы. В зависимости от того, какой код системы указан для первичного раздела (1 или 4) меняется одна из характеристик логического диска - размер элемента таблицы размещения файлов (FAT ). Код 1 используется для обозначения 12-битовой FAT, 4 - для 16-битовой FAT. Таблица размещения файлов будет описана ниже в этой главе.

Значение кода системы, равное 5, обозначает расширенный раздел MS-DOS (Extended DOS Partiton).

Нетрудно заметить, что даже используя все элементы таблицы разделов для создания логических дисков, невозможно создать более четырех дисков. В расширенном разделе MS-DOS вы можете создать любое количество логических дисков.

Программа fdisk.exe позволяет вам создать один первичный раздел MS-DOS и один расширенный раздел . Первичный раздел должен быть активным, он используется как диск С: и из него выполняется загрузка операционной системы. Расширенный раздел разбивается программой fdisk.exe на логические диски D:, E: и т. д. Расширенный раздел не может быть активным, следовательно, невозможно выполнить загрузку операционной системы с логических дисков, расположенных в этом разделе.

Если байт кода системы имеет значение 5, то в начале соответствующего раздела располагается сектор, содержащий таблицу логических дисков. Фактически эта таблица является расширением таблицы разделов диска, расположенной в самом первом секторе физического диска.

Таблица логических дисков имеет формат, аналогичный таблице разделов диска, но содержит только два элемента. Один из них указывает на первый сектор логического диска MS-DOS, он имеет код системы 1 или 4. Второй элемент может иметь код системы 5 или 0. Если этот код равен 5, то элемент указывает на следующую таблицу логических дисков. Если код системы равен 0, то соответствующий элемент не используется.

Из сказанного выше следует, что таблицы логических дисков связаны в список, на начало этого списка указывает элемент таблицы разделов диска с кодом системы, равным 5.

Для таблицы логических дисков имеется отличие в использовании полей границ логических дисков.

Если код системы равен 1 или 4, эти границы вычисляются относительно начала расширенного раздела. Для элемента с кодом системы 5 используется абсолютная адресация (относительно физического начала диска).

Приведем конкретный пример. Пусть на диске создано два раздела - первичный и расширенный. Первичный раздел используется для загрузки MS-DOS (диск С:), расширенный раздел содержит логические диски D:, E:. На рис. 2.1 показано расположение перечисленных выше разделов на диске.

Рис. 2.1. Расположение разделов на диске

Программа PARTVIEW

Операционная система MS-DOS не предоставляет программам никаких средств для работы с главной загрузочной записью и таблицей разделов диска.

Приведем текст программы PARTVIEW (листинг 2.1), которая выводит на экран содержимое таблицы разделов первого диска, выполняя чтение первого сектора диска с помощью функции _bios_disk .

Листинг 2.1. Файл partview\ partview.cpp

#include <stdio.h>
#include <dos.h>
#include <bios.h>

typedef struct _PART_ENTRY_
{
  unsigned char flag;
  unsigned char beg_head;
  unsigned beg_sec_cyl;
  unsigned char sys;
  unsigned char end_head;
  unsigned end_sec_cyl;
  unsigned long rel_sec;
  unsigned long size;
} PART_ENTRY;

typedef struct _MBOOT_
{
  char boot_prg[0x1be];
  PART_ENTRY part_table[4];
  unsigned char signature[2];
} MBOOT;

int getmboot(MBOOT *master_boot, int drive);

int main(void)
{
  MBOOT mb;
  int i,j, k, status;

  printf("\nТаблица разделов диска"
	 "\n  (C)Фролов А., 1995\n");

  // Читаем главную загрузочную запись  первого НМД
  status = getmboot(&mb, 0);
  if(status != 0)
  {
    printf("\nОшибка чтения диска, код ошибки: %d",
      status);
    return(1);
  }

  printf("\n"
"\n------------------------------"
"------------------------------"
"\n|Флаг|Начало раздела |"
"Конец раздела  |Код  |Размер |Отн.   |"
"\n|    |---------------|"
"---------------|сист.|раздела|номер  |"
"\n|    |Гол.|Сект.|Цил.|"
"Гол.|Сект.|Цил.|     |       |сектора|"
"\n|----|----|-----|----|"
"----|-----|----|-----|-------|-------|"
"\n");

  for(k=0; k<4; k++)
  {
    printf("|%3X |%4d|%4d |%4d|%4d|%4d |%4d|%5d|%7u|",
      mb.part_table[k].flag,
      mb.part_table[k].beg_head,
      mb.part_table[k].beg_sec_cyl & 0x3f,
      (mb.part_table[k].beg_sec_cyl >> 6) & 0x3ff,
      mb.part_table[k].end_head,
      mb.part_table[k].end_sec_cyl & 0x3f,
      (mb.part_table[k].end_sec_cyl >> 6) & 0x3ff,
      mb.part_table[k].sys,
      mb.part_table[k].size);

    printf("%7u|\n", mb.part_table[k].rel_sec);
  }
  printf("---------------------------"
    "---------------------------------");
  return 0;
}

/**
* getmboot
*
* Чтение главной загрузочной записи
*
* Функция читает главную загрузочную запись 
* для указанного НМД
*
* int getmboot(MBOOT *master_boot, int drive);
*
* master_boot - указатель на буфер, в который
*     будет считана главная загрузочная запись 
*
* drive       - номер НМД
*               (0 - первый НМД, 1 - второй,...)
*
* Функция возвращает 0, если главная
* загрузочная запись  считана успешно,
* или код ошибки, полученный от функции BIOS "Чтение
* сектора" - если чтение главной загрузочной
* записи выполнить невозможно
**/

int getmboot(MBOOT *master_boot, int drive)
{
  struct diskinfo_t di;
  int status;

  // Готовим структуру для чтения
  // главной загрузочной записи
  di.drive = drive | 0x80;
  di.head     = 0;
  di.track    = 0;
  di.sector   = 1;
  di.nsectors = 1;
  di.buffer   = (void far*)master_boot;

  // Читаем сектор, содержащий главную
  // загрузочную запись
  status = _bios_disk ( _DISK_READ , &di ) >> 8;
  return(status);
}