В этой статье я не планирую подробно рассказывать обо всех типах загрузчиков, но хочу свести воедино всю необходимую информацию, которую нужно знать для создания загрузочных дисков, флэшек, а также для восстановления загрузчиков.
Принципы загрузки операционных систем
При включении компьютера управление процессором получает BIOS, и если он настроен на загрузку (boot) с винчестера, то он подгружает в оперативную память компьютера первый сектор диска (MBR) и передает управление ему. Если у вас несколько жестких дисков, то каждый из них содержит свою MBR. В этом случае можно или менять порядок загрузки дисков в BIOS, или же прописать все операционные системы с разных дисков в один PBR загрузчик, об этом ниже.
Сразу оговоримся, что если у BIOS у вас включен режим загрузки UEFI, то структура разделов диска у вас должна быть не MBR, а GPT. GPT имеет не только другую структуру разделов, но и другую структуру загрузочной области. Там в первый сектор записывается «заглушка» для BIOS (Protective MBR), которая служит для того, чтобы старый Legacy BIOS мог загрузиться с GPT диска в режиме совместимости, если ОС была установлена на GPT (часто в BIOS его называют CSM – Compatibility Support Module). Однако, вы никогда не сможете загрузить ОС с MBR диска, если в BIOS выставлена загрузка в режиме UEFI.
При загрузке операционной системы, сначала считывается первый сектор с устройства загрузки, представляющий собой главную загрузочную запись (Master Boot Record — MBR). Стандартно, в качестве MBR выступает первый сектор загрузочного диска. MBR содержит список разделов, признак активного раздела (раздела, с которого будет выполняться загрузка ОС), некоторые служебные данные, а также программный код для считывания в память загрузочного сектора активного раздела (Partition Boot Record — PBR) и передачи ему управления.
Размер сектора на жестком диске — 512 байт. В секторе MBR хранятся данные, которые должны заканчиваться специальной сигнатурой. Этим словом называется специальная, строго установленная, последовательность из 2 байт с шестнадцатеричными значениями 55h AAh, которая записывается в последние 2 байта сектора и соответственно имеет смещение от начала сектора 1FEh. Если хотя бы один из двух последних байтов отличается по значению, считается, что первый сектор не является MBR и не содержит осмысленной информации. Если компьютер при старте, прочитав первый сектор, не обнаружит правильной сигнатуры, он не будет передавать управление располагающемуся там коду, даже если он правильный, а выдаст сообщение о том, что главная загрузочная запись не найдена.
Общая структура MBR может быть представлена следующей таблицей:
Смещение Длина Описание
000h 446 Код загрузчика
1BEh 64 Таблица разделов
16 Раздел 1
1CEh 16 Раздел 2
1DEh 16 Раздел 3
1EEh 16 Раздел 4
1FEh 2 Сигнатура (55h AAh)
Длина указана в байтах.
Как видно, MBR может содержать информацию максимум о 4 разделах. Каждый 16-байтовый блок, содержащий информацию о разделах, в своем начале содержит признак активности раздела — т.е. признак того, что операционную систему следует загружать именно из этого раздела — может иметь значения 80h (раздел активен) и 00h (раздел не активен). Количество активных разделов должно быть не более одного.
Шестнадцатеричный однобайтовый код далее указывает на тип (ID) раздела. Например, 07h – раздел типа NTFS, 0Bh – FAT32, 17h – скрытый NTFS раздел, 27h – системный скрытый NTFS раздел для восстановления системы.
Типы MBR
Выше мы увидели, что в сектор MBR записывается код загрузчика. Что же это? Дело в том, что в MBR может быть записан как «стандартный» загрузчик, так и альтернативные загрузчики.
Существуют следующие распространенные типы MBR:
- Windows NT версий 5.х и 6.x, занимает 1 сектор. Может загружать ОС только с первичного активного раздела.
- GRUB4DOS версий 5.х и 6.x – занимает 16 секторов. Представляет собой файл gbldr.mbr. также его можно установить в качестве PBR прямо в раздел.
- GRUB 2.0 – универсальный загрузочный менеджер, занимает 63 сектора. Состоит из файлов boot.img и core.img. Может работать с любыми файловыми системами и загружать ОС как с первичных, так и логических разделов.
- PLoP – занимает 62 сектора и имеет продвинутый интерфейс. Позволяет организовать загрузку с CD/Floppy/USB без поддержки и обращения к BIOS.
- UltraISO USB-HDD – занимает 1 сектор и позволяет выполнять загрузку с внешних USB HDD дисков.
Конечно, с учетом многообразия ОС, существует масса других MBR, но они не так популярны.
Операционные системы дружат только с определёнными типа загрузчиков, однако это не значит, что их нельзя модифицировать для поддержки других ОС. Так, в Windows MBR можно добавить информацию о Linux разделе, но этого недостаточно, чтобы Linux стал грузиться. Для этого также потребуется редактировать и PBR. Однако линуксовый LDLINUX.SYS требует наличия своего микрокода в MBR, чтобы обращаться к нему в процессе загрузки, то есть если у вас загрузочная запись Windows NT MBR, а загрузчик GRUB, то такая схема работать не будет. Виндовсовые загрузчики могут обойтись без наличия соответствующего микрокода в MBR, поэтому они могут грузиться и через GRUB MBR.
Главное, что вам нужно понять, что MBR содержит микрокод, инструкции для процессора, а не файлы. PBR же указывает на загрузчик, который является файлом.
Разнообразие PBR
Мы с вами выяснили, что MBR передает управление на активный раздел с PBR. PBR (Partition Boot Record), так же называют volume boot record (VBR) – это микрокод в начальном секторе раздела диска (часто это сектор 63), который содержит информацию, какой же загрузчик искать.
Существуют следующие загрузчики:
Тип MBR — NT 5.x/6.x, 1 сектор
- io.sys для MS-DOS, Windows 95/98/МЕ
- ntldr для Windows 2000/XP/2003
- bootmgr для Windows Vista/7/8/8.1/10
Тип MBR — Grub4DOS, 18 секторов
- grldr для Grub4DOS
Тип MBR — LILO/GRUB и др. линуксовые (к-во секторов зависит от версии и количества файлов)
- ldlinux.sys – основной базовый модуль
- syslinux.sys — для загрузки с FAT, FAT32, NTFS
- isolinux.bin — для загрузки с iso9660
- pxelinux — для загрузки по PXE
- extlinux для загрузки с ext2/ext3/ext4 или btrfs
Как я сказал выше, загрузчик является не загрузочной областью, а бинарным файлом.
- Файлы Windows NTLDR или BOOTMGR должны лежать в корне активного системного раздела и работают они по-разному. Об этом ниже.
- Файл GRLDR используется Grub4DOS также должен лежать в корне партиции, с котрой выполняется загрузка
- Syslinux – универсальный загрузчик, содержащий много модулей и поддерживающий загрузку с файловых систем ext2/3/4, FAT, NTFS, CD/DVD дисков, по сети через PXE. Позволяет организовать текстовое или графическое загрузочное меню.
Чаще всего этот загрузчик используют для запуска Linux с файловых систем FAT/NTFS или же создания мультизагрузочных USB флэшек, позволяющих загружать как Linux-совместимые приложения под DOS, так и Windows PE.
Например, типичные пример создания мультизагрузочной флэшки – Multiboot USB 2k10, создаваемые уважаемыми conty9 & korsak7. Мультизагрузочный диск системного администратора с возможностью загрузки c CD/DVD, флешки, USB-HDD и обычного HDD и состоящий из нескольких Windows PE-сборок, а также DOS версий продуктов компании Acronis – например Acronis True Image (выполнены на Linux-ядре). Именно из-за этого смешанного зоопарка систем и приходится использовать загрузчик Syslinux (хотя можно и Grub4DOS).
В своем арсенале вам необходимо обязательно иметь утилиту BootICE. Уникальная в своём роде утилита для изменения или бэкапа/восстановления MBR (Master Boot Record) или PBR (Partition Boot Record). С BOOTICE, вы можете легко изменять тип MBR/PBR. Поддерживается загрузочные записи: Grub4DOS, SysLinux, PLoP, MS NT52/60… Например, с помощью этой утилиты, вы можете установить Grub4DOS вашим MBR или PBR, установить NTLDR или BOOTMGR к вашему PBR, установить SYSLINUX на PBR, и так далее.
Помимо работы с MBR и PBR, BootICE позволяет редактировать разделы диска, выполнять ручное разбиение и форматирование, модифицировать тип раздела, сохранять и восстанавливать из бэкапа таблицу разделов.
Кратко о загрузчике Syslinux
Обратите внимание, что загрузчик Syslinux сам по себе не может быть установлен в MBR, однако в пакете syslinux имеются два файла, из которых можно установить загрузочный код Syslinux в 440-байтную область загрузочного кода MBR: mbr.bin или gptmbr.bin. Конечно, это имеет смысл только для Linux.
Кстати, syslinux может быть использовать с UEFI – для него загрузчик называется syslinux.efi, однако он еще достаточно сырой.
Итак, Syslinux состоит из файла загрузчика и файла конфигурации меню syslinux.cfg. Файл меню может вызывать графическое меню через подгрузку файла vesamenu.c32.
Установка Syslinux под Windows на другой диск выполняется достаточно просто: используется файл «[bios/]win32/syslinux.exe» для 32-х битных систем и «[bios/]win64/syslinux64.exe» для 64-х битных систем.
syslinux.exe —install a: — установка на флоппи-диск
syslinux.exe —mbr —active —directory /boot/syslinux/ —install z: — установка на диск z:, например флешку, где
— в качестве разделителей должны быть использованы именно /, а не \
— в каталоге z:\boot\syslinux\ будет размещён файл-загрузчик «ldlinux.sys»
— и раздел z: помечен как активный
— для организации меню должен быть создан файл z:\boot\syslinux\syslinux.cfg
Через BootICE вы также можете установить загрузчик Syslinux, указав в опциях альернативное местоположение файлов ldlinux.sys и и файла меню syslinux.cfg.
Загрузчики Windows
Конечно, основное внимание мы уделим загрузчикам для Windows.
Загрузчик NTLDR использовался до появления операционной системы Windows Vista. В процессе начальной загрузки, программный код загрузочного сектора раздела (PBR — Partition Boot Sector) обеспечивал поиск, считывание в память и передачу управления файлу ntldr, который размещался в корневом разделе загрузочного диска. Конфигурирование загрузчика ntldr выполнялось с помощью простого текстового файла boot.ini, содержимое которого задавало список загружаемых операционных систем, их параметры загрузки, размещение системных файлов и т.п. В операционных системах Windows Vista /Server 2008 и более поздних, загрузчик ntldr не используется, и заменен диспетчером загрузки BOOTMGR. Соответственно, изменился и программный код загрузочного сектора раздела, обеспечивающий передачу управления файлу bootmgr. Новый диспетчер загрузки использует собственные данные конфигурации загрузки (Boot Configuration Data — BCD) и может выполнять, при определенных настройках, загрузку любых операционных систем семейства Windows. Загрузчик ntldr не поддерживает возможность загрузки Windows Vista и старше.
Также, хочу отметить, что все современные Windows PE любых версий также используют загрузчик bootmgr. Цепочка стадий загрузки MBR — PBR — BOOTMGR — это минимально необходимое условие для того, чтобы загрузка операционной системы могла начаться. Дальнейший же ее ход, определяется диспетчером загрузки BOOTMGR, который считывает данные конфигурации загрузки из файла \BOOT\BCD активного раздела и выполняет загрузку в соответствии с их содержимым.
Для Windows 7 он запускает файл \WINDOWS\system32\winload.exe
Диспетчер загрузки bootmgr позволяет выполнить загрузку как с обычного системного диска, так и из загрузочных образов, виртуальных дисков, загрузку с использованием загрузчиков других операционных систем. Это позволяет использовать bootmgr для загрузки Windows PE. В соответствии с конфигурацией загрузки, диспетчер BOOTMGR может выполнить загрузку ядра Windows или, например, Linux, обеспечить выход из режима гибернации, загрузить диагностические программы, выполнить загрузку ядра с измененными параметрами и т.п.
Обычно файл bootmgr имеет атрибуты «скрытый» и «системный». По типу структуры, файл \Boot\BCD является кустом реестра и отображается в редакторе реестра Windows как раздел
HKEY_LOCAL_MACHINE\BCD00000000.
Обычно именно конфигурация BCD становится наибольшим камнем преткновения.
Конфигурирование BOOTMGR и BCD
Для работы с загрузчиком Windows вам понадобятся системные утилиты:
Команда BCDEDIT применяется в операционных системах Windows Vista и старше для редактирования BCD. Подробную инструкцию по использованию этой утилиты можно найти здесь.
Однако, я вам крайне рекомендую использовать очень удобную программу EasyBCD для редактирования BCD. Например, с помощью нее вы легко можете добавить Linux раздел в меню загрузки. Вот статья о том, как добавить в BCD конфигурацию Windows 7 пункт загрузки Linux Ubuntu.
При запуске EasyBCD в окне View Settings можно посмотреть текущую конфигурацию BCD. На скриншоте видно, что в текущий момент на диске установлена одна Windows 7, GUID которой {9079c27c-fa49-11e5-8c8e-3417ebc2574d} и вручную добавленный пункт меню для запуска установки Windows из WIM файла:
А вот BCD меню загрузочной флэшки, на которой присутствуют инсталляторы Windows 7 x86 и x64, а также две среды MSDaRT x86 + x64:
Утилита BOOTSECT.EXE позволяет изменить программный код загрузчика Windows для переключения между двумя вариантами диспетчера загрузки — BOOTMGR или NTLDR – или восстановить поврежденный загрузчик!
Например,
Команда bootsect /nt60 E: /mbr /force – создает на диске E: (например, флэшке) записи MBR и PBR и устанавливает загрузчик bootmgr.
Ну и третья, крайне важная утилита — BootRec входит в состав средств среды восстановления Windows (Windows Recovery Environment) и применяется для восстановления загрузки операционной системы. Найди ее вы можете, загрузившись с установочного диска Windows и выбрав вместо установки опцию «Восстановление системы». Появится окно MSDaRT, откуда можно запустить командную строку и набрать там BootRec.exe. MSDaRT также можно скачать отдельно (это бесплатный продукт Microsoft) и сделать загрузочную флэшку/диск с ним.
Команда Bootrec /FixMbr – записывает основную загрузочную запись (MBR) системного раздела, совместимую с Windows. При этом существующая таблица разделов не перезаписывается.
Bootrec /FixBoot – записывает в системный раздел новый загрузочный сектор, совместимый с Windows.
bootrec /RebuildBCD – перестроить хранилище конфигурации загрузки на данном компьютере. Удобно использовать для изменения конфигурации BCD при добавлении нового диска с установленной Windows, или для внесения изменений в существующую конфигурацию загрузки новых или ранее не использовавшихся ОС.
Загрузчик GRUB4DOS
Это один из наиболее универсальных загрузчиков, способных загружать почти любую операционную систему с любого носителя. Пользователям Linux установка GRUB очевидна, для Windows все не так просто. GRUB имеет смысл использовать, например, одним из загрузчиков мультизагрузочной флэшки, ведь он поддерживает chainloader — передачу управления на другой загрузчик по цепочке. Таким образом, на флэшке можно установить GRUB MBR, который будет обращаться к загрузчику grldr, который в свою очередь через меню позволяет перенаправить запросы на bootmgr, например, для установки Windows.
Загрузчик состоит из следующих файлов:
- default
- grldr
- menu.lst
Файл grldr.mbr нужен для установки GRUB в качестве MBR. Итак, GRUB можно установить руками под Windows или же воспользоваться различными утилитами.
Установка GRUB загрузчика под Windows
Представим, что у вас уже есть Windows с загрузчиком bootmgr. Вам необходимо будет добавить в BCD записи о новом загрузчике, чтобы не лишаться существующего. Порядок действий:
- Файлы загрузчика Grub4dos — grldr.mbr и grldr — размещаются в доступном месте, например в корне диска C:\ (может быть FAT32, NTFS). Скачать файлы можно с официального репозитария.
- Далее добавляем загрузчик в BCD или через командную строку и команду bcdedit, о которой шла речь выше, или утилиты BootICE/EasyBCD. В командной строке выполняются следующие команды:
> bcdedit /create /d "Grub4Dos" /application bootsector - создание новой записи с именем "Grub4Dos" в хранилище данных конфигурации загрузки,
запомните GUID новой записи > bcdedit /set {id} device partition=C: - описание свойств новой записи, {id} - GUID, который вы запомнили выше > bcdedit /set {id} path \grldr.mbr - {id} это идентификатор созданной записи, выданный первой командой > bcdedit /displayorder {id} /addlast - (опционально) смещение новой записи в конец меню -
Создаётся меню загрузчика Grub4dos - C:\menu.lst
Вот и все, не так и сложно.
Сложнее отредактировать меню menu.lst. Вот список основных команд консоли GRUB (их можно исполнять как вручную из командной строки, так и из файла меню):
# комментарий - знак решётки - указание загрузчику не обрабатывать строку boot - передача управления ядру, загруженному командой kernel или "следующему" загрузчику, по команде chainloader color light-gray/black yellow/green light-cyan/black light-green/black - задаёт цвета меню chainloader /ntldr - передает управление загрузчику, в примере /ntldr chainloader (hd0)+1 - передает управление на загрузочный сектор устройства (hd0) chainloader +1 - передает управление на загрузочный сектор корневого устройства configfile /cfg/next.lst - открывает файл конфигурации, перейти в субменю default 0 - установка пункта меню по умолчанию, выполняемого по истечении таймаута fallback 1 - установка пункта меню выполняемого, если невозможна загрузка по умолчанию find --set-root /file - поиск файла и установка раздела на котором он расположен в качестве корневого halt - выключение рабочей станции gfxmenu /boot/message33.gz - установка фоновой графической картинки, оно же русификация меню quit - выход из GRUB, в DOS map (hd0) (hd1) - "свопирование" разделов для обеспечения возможности загрузки windows со второго и последующих дисков map (hd1) (hd0) timeout 20 - установка времени в секундах до выполнения команды следующей команды title Boot Name - название пункта меню pause - ожидание нажатия клавиши rootnoverify (hd0,0) - отмена проверки тип файловой системы диска выбранного командой root root (hd0,1) - выбор корневого (текущего) диска reboot - перезагрузка рабочей станции
Приведу примеру рабочих кусков кода из файла меню:
title Установка Windows XP with SP3 x86 RUS.
root (hd0,0)
map --mem /WINSETUP/XPpSP3.ISO (0xff)
map (hd0) (hd1)
map (hd1) (hd0)
map --hook
root (0xff)
chainloader /I386/SETUPLDR.BIN title Установка Windows 7 with SP1 x86-x64 + MSDaRT 7.0 RUS.
find --set-root /bootmgr
chainloader /bootmgr
boot title Загрузка WinPe RusLive Special Edition 2k10 RUS.
find --set-root --ignore-floppies /2K10/WINPE/RLPE.BIN
chainloader /2K10/WINPE/RLPE.BIN
title Acronis DD 11 and True Image Home 2012 RUS.
map /PROG/ATIH2012PP_6151_ADDH11_2343_ru-RU.iso (0xFF) || map --mem /PROG/ATIH2012PP_6151_ADDH11_2343_ru-RU.iso (0xFF)
map --hook
chainloader (0xFF) title Hiren's BootCD v.15.1 RUS.
find --set-root /PROG/hiren.ima
map /PROG/hiren.ima (fd0)
map --hook
chainloader (fd0)+1
rootnoverify (fd0)
map --floppies=1
boot title Victoria v.3.52 RUS.
find --set-root /PROG/vcr352r.iso
map --mem /PROG/vcr352r.iso (0xff)
map --hook
root (0xff)
chainloader (0xff)
boot title Alkid Live CD
root (hd0,0)
chainloader (hd0,0)/minint/setuplns.bin Если вам совсем не хочется, существует программа GRUB4DOS Installer, и даже удобный русский инсталятор для нее, но этот вариант вам не позволит сделать комбинированный загрузчик. Он задаст вопрос, куда распаковать файлы и куда установить загрузчик, после чего сделает все сам: отформатирует, установить MBR, скопирует файлы. Но я лично против такой «автоматизации».
Также, для любителей конфигурировать загрузчик из-под Windows, существует утилитка WinGRUB, которая устанавливает GRUB без форматирования флэшки.
Если все-таки вам не хватило нервов и сил разобраться в написании меню, то есть программки, которые сделают меню загрузки и установят загрузчик за вас, вам нужно только выбрать ISO файлы дистрибутивов, которые надо добавить:
Для желающих создать подобные флэшки рекомендую также почитать профильные сайты: greenflash.su, flashboot.ru и usbtor.ru.
Выводы
Итак, чтобы была возможность загрузить ОС, необходимо, чтобы был установлен корректный загрузчик MBR, который заканчивается валидной сигнатурой, должна быть таблица разделов, и хотя бы один раздел должен быть помечен как активный. А в самом разделе, куда MBR передаст управление, должна быть валидная загрузочная запись, которая укажет, какой системный файл необходимо загрузить в память для начала загрузки самой ОС. Кроме того, должно быть загрузочное меню, которое укажет на местоположение загрузочных файлов ОС.