MS-DOS для программиста

2.2. Загрузочная запись

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 изменился в версии 4.0 операционной системы MS-DOS.

Формат загрузочной записи

Сначала приведем формат загрузочной записи для версий MS-DOS, более ранних, чем 4.0.

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

Название фирмы-изготовителя 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. Он активно используется дисковыми драйверами. Для MS-DOS версий до 4.0 блок BPB имеет следующий формат:

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

Для современных версий MS-DOS загрузочный сектор имеет другой формат:

Первые два поля в загрузочном секторе аналогичны описанным раньше.

Поле со смещением 38 всегда содержит символ ')'. Этот символ означает, что используется формат расширенной загрузочной записи.

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

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

Расширенный блок параметров BIOS

Поле загрузочного сектора со смещением 11 содержит расширенный блок параметров BIOS . Он состоит из обычного блока 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:

Прежде чем мы продолжим изучение логической структуры диска, покажем, как программа может получить содержимое загрузочного сектора.

Логический номер сектора

MS-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. MS-DOS организует "сквозную" нумерацию секторов, при которой каждому сектору логического диска присваивается свой 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, 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.

Прерывания INT 25h и INT 26h

Для работы с логическим диском (или дискетой) на уровне логических номеров секторов MS-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 MS-DOS. Для тех версий, которые не поддерживают размер логических дисков более 32 Мбайт (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 более поздних версий MS-DOS и для COMPAQ DOS версии 3.31 используется другой способ указания номера логического сектора.

Так как шестнадцати разрядов недостаточно для адресации диска размером более 32 Мбайт, то при работе с расширенным разделом диска, занимающим более 32 Мбайт, регистры используются по-другому.

Регистр CX содержит FFFFh - признак того, что программа работает с логическим диском, имеющим размер более 32 Мбайт.

Регистры DS:BX содержат адрес следующей структуры:

Так как для указания начального номера логического сектора в этом управляющем блоке отводится 4 байта, то снимается указанное ранее ограничение на размер логического диска.

Сделаем очень важное замечание, касающееся только что рассмотренных прерываний MS-DOS.

Эти прерывания оставляют в стеке одно слово - старое значение регистра флагов. Поэтому после вызова прерывания должна следовать, например, такая команда:

pop ax

Содержимое загрузочного сектора может быть использовано для определения общего количества секторов на логическом диске, для работы с таблицей размещения файлов FAT , о которой мы будем говорить ниже, для определения других характеристик логического диска.

Программа BOOTVIEW

Приведем исходный текст программы BOOTVIEW (листинг 2.2), показывающей содержимое загрузочной записи для указанного логического диска.

Для работы с загрузочной записью мы подготовили структуры EBPB и BOOT, описывающие расширенный блок параметров и загрузочную запись, соответственно.

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

Листинг 2.2. Файл bootview\ bootview.cpp

#include <stdio.h>
#include <dos.h>
#include <conio.h>
#include <ctype.h>

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;

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;

int getboot(BOOT far *boot, int drive);

int main(void)
{
  char boot[512];
  BOOT far* boot_rec = (BOOT far*)boot;
  int i, status;
  char drive;

  printf("\nЧтение загрузочной записи логического диска"
    "\n   (C)Фролов А., 1995\n");

  // Запрашиваем диск, для которого необходимо
  // выполнить чтение загрузочной записи
  printf(
    "\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 загрузочного сектора");
    return(-1);
  }

  printf("\nСодержимое загрузочного "
    "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 :");
  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 :");
  printf("\nСекторов на дорожке               - %d"
    "\nКоличество головок                - %d"
    "\nСкрытых секторов для диска < 32 Mбайт  - %d"
    "\nСкрытых секторов для диска >= 32 Mбайт - %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);

  return 0;
}

/**
* getboot
*
* Прочитать загрузочную запись
*
* int getmboot(BOOT far *boot, int drive);
*
*  boot   - указатель на буфер, в который
*           будет прочитана загрузочная запись 
*
*  drive  - номер физического НМД
*           (0 - первый НМД, 1 - второй, ...)
**/

int getboot(BOOT far *boot, int drive)
{
  union REGS reg;
  struct SREGS segreg;

  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);
}