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主引导目录(MBR)结构及作用详解

MBR 也就是主引导记录,位于硬盘的 0 磁道、0 柱面、1 扇区中,主要记录了启动引导程序和磁盘的分区表。我们通过图 1 来看看 MBR 的结构。


图  1 MBR的结构

MBR 共占用了一个扇区,也就是 512 Byte。其中 446 Byte 安装了启动引导程序,其后 64 Byte 描述分区表,最后的 2 Byte 是结束标记。我们已经知道,每块硬盘只能划分 4 个主分区,原因就是在 MBR 中描述分区表的空间只有 64 Byte。其中每个分区必须占用 16 Byte,那么 64 Byte 就只能划分 4 个主分区。每个分区的 16 字节的规划如表 2 所示。

表 2 分区表内容
存储字节 数据内容及含义
第 1 字节 引导标志
第 2 字节 本分区的起始磁道号
第 3 字节 本分区的起始扇区号
第 4 字节 本分区的起始柱面号
第 5 字节 分区类型,可以识别主分区和扩展分区
第 6 字节 本分区的结束磁道号
第 7 字节 本分区的结束扇区号
第 8 字节 本分区的结束柱面号
第 9~12 字节 本分区之前已经占用的扇区数
第 13~16 字节 本分区的总扇区数

大家注意到了吧,MBR 中最主要的功能就是存储启动引导程序

启动引导程序的作用

BIOS 的作用就是自检,然后从 MBR 中读取出启动引导程序。那么,启动引导程序最主要的作用就是加载操作系统的内核。当然,每种操作系统的启动引导程序都是不同的。

每种操作系统的文件格式不同,因此,每种操作系统的启动引导程序也不一样。不同的操作系统只有使用自己的启动引导程序才能加载自己的内核。如果我的服务器上只安装了一个操作系统,那么这个操作系统的启动引导程序就会安装在 MBR 中。BIOS 调用 MBR 时读取出启动引导程序,就可以加载内核了。

但是在有些时候,我的服务器中安装了多个操作系统,而 MBR 只有一 个,那么在 MBR 中到底安装哪个操作系统的启动引导程序呢?

很明显,一个 MBR 是不够用的。每块硬盘只能有一个 MBR 是不能更改的,所以不可能増加 MBR 的数量。系统只能在每个文件系统(可以看成分区)中单独划分出一个扇区,称作引导扇区(Boot Sector)。每个分区的引导扇区中也能安装启动引导程序,也就是说,在 MBR 和每个单独分区的引导扇区中都可以安装启动引导程序。这样多个操作系统才能安装在同一台服务器中(每个操作系统要安装在不同的分区中),而且每个操作系统都是可以启动的。

还有一个问题,BIOS 只能找到 MBR 中的启动引导程序,而找不到在分区的引导扇区中的启动引导程序。那么,要想完成多系统启动,我们的方法是増加启动引导程序的功能,让安装到 MBR 中的启动引导程序(GRUB)可以调用在分区的引导扇区中的其他启动引导程序。

因此,启动引导程序拥有以下功能:
  1. 加载操作系统的内核。这是启动引导程序最主要的功能。
  2. 拥有一个可以让用户选择的菜单,来选择到底启动哪个系统。大家如果在服务器上安装过双 Windows 系统,就应该见过类似的选择菜单,不过这个选择菜单是由 Windows 的启动引导程序提供的,而不是 GRUB。
  3. 可以调用其他的启动引导程序,这是多系统启动的关键。不过需要注意的是,Windows 的启动引导程序不能调用 Linux 的启动引导程序,所以我们一般建议先安装 Windows,后安装 Linux,是为了将 Linux 的启动引导程序安装到 MBR 中,覆盖 Windows 的启动引导程序。

当然,这个安装顺序不是绝对的,就算最后安装了 Windows,我们也可以通过手工再安装 GRUB 的方法,来保证 MBR 中安装的还是 Linux 的启动引导程序。

下图为我们展示了启动引导程序的作用。


图 2 启动引导程序的作用

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