什么是MBR？主引导记录（MBR）的工作原理是什么？

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在讨论MBR、GPT、BIOS和UEFI时，很容易感到困惑，因为它们混合了硬件、固件、磁盘分区和启动管理器等概念。然而，对主引导记录（MBR）的透彻理解是了解计算机实际启动方式、Windows为何有时会在安装Linux后“消失”以及硬盘限制的关键。

本指南将以通俗易懂的西班牙语，详细解释MBR的定义、结构、BIOS在其中的作用、它与GPT和UEFI的区别、它会导致哪些常见问题、如何在Windows和Linux系统中修复它，以及GRUB和双启动是如何实现的。您还将看到一些实用的命令示例（diskpart、PowerShell、dd等）以及一些实际案例，例如常见的“Windows无法安装到此磁盘；分区表为MBR”。

MBR是什么？它位于哪里？

MBR （主引导记录）是使用传统 BIOS 分区方案划分的硬盘或 SSD的第一个物理扇区。这个第一个扇区通常大小为512 字节，存储在 CHS 位置（柱面 0，磁头 0，扇区 1），或者用现代 LBA 术语来说，存储在扇区 0中。

该扇区不属于任何特定分区：它是一个特殊区域，包含启动系统所需的最小代码以及磁盘划分的基本信息。即使您删除或格式化分区，除非您显式覆盖它，否则MBR 仍会保持不变。

实际上，当谈到 MBR 时，几乎总是指经典 PC 式磁盘的初始 512 字节扇区，尽管该术语有时也用于 IBM 兼容架构中某些分区的引导扇区。

MBR部门的内部结构

在扇区 0 的 512 字节中，并非所有内容都是代码。经典的 MBR 设计保留了三个不同的区域：

• 初始字节数为 446它们包含 主引导代码一个用机器语言（x86 实模式）编写的小程序，在 MBR 加载到内存后立即运行。
• 接下来的 64 字节：形成 分区表由 4 个 16 字节的条目组成，每个条目描述一个主分区。
• 最后 2 个字节他们保留 MBR签名魔法值 0x55AA，BIOS 使用该值来检查读取的扇区是否为有效的引导扇区。

在某些系统中，代码区内，具体来说是第 440 字节到第 446 字节之间，还存储着一个4 字节的磁盘签名（磁盘 ID 或磁盘签名）。Windows NT/2000 及更高版本，以及 Linux（内核 2.6 及更高版本）都使用此签名来识别特定磁盘，并将其与驱动器号、启动卷等关联起来。

分区表中每个条目的格式

MBR分区表中的四个16字节条目中的每一个都包含如下数据：

• 国家体制 （字节 0x00）：指示分区是否处于活动/可引导状态。
• CHS初始 （0x01）：第一个分区扇区的柱面/柱头/扇区。
• 隔断类型 （0x04）：定义类型（FAT32、NTFS、Linux、扩展等）。
• CHS 决赛 （0x05）：分区的最后一个 CHS 地址。
• 初始 LBA （0x08，4 字节）：分区开始的逻辑扇区。
• 扇形长度 （0x0C，4 字节）：扇区总数。

按照惯例， MBR 中只有四个主要条目。为了克服这一限制，人们发明了扩展分区：其中一个条目指向一个特殊分区，该分区链接了分布在磁盘上的更多描述符，从而允许创建多个逻辑分区。

BIOS 如何干预使用 MBR 启动？

在采用BIOS 和 MBR 方案的经典 PC 中，启动顺序（简单来说）如下：

1. 当打开时， CPU运行BIOS，存储为 固件 位于主板上的芯片（EPROM、闪存等）。
2. BIOS 执行以下操作： 启动自检 （POST），检查内存（计算机内存的类型），CPU，基本设备并读取存储在CMOS中的配置。
3. 然后，按照配置的启动顺序，BIOS 尝试读取 第一个有效磁盘的第一个扇区（MBR） 并将其复制到物理内存地址 0x7C00。
4. 检查最后两个字节是否为 0x55AA；如果是，则 MBR签名正确将控制权转移到该代码（跳转到 0x7C00）。
5. MBR 代码检查 分区表 寻找 分区标记为活动分区 （起跑旗）
6. 找到后，加载 卷引导记录 (VBR) 内存中该分区的访问控制权就交给了它。这就是…… 操作系统启动管理器 （NTLDR、BOOTMGR、GRUB、LILO 等）。

这种链式控制转移称为链式加载：MBR 加载活动分区的引导扇区，而该扇区又加载更大的代码，该代码知道如何启动操作系统或显示包含多个系统的菜单。

MBR 代码的功能极其有限：它必须限制在约 440 个有效字节以内（其余空间用于分区表、签名和可能的标识符），因此它只能执行一些非常具体的任务：在发生错误时显示一条简单的消息、检查四个分区条目、激活 A20 行、使用 BIOS INT 13h 读取磁盘……仅此而已。许多实现会将 MBR 代码从 0x7C00 迁移到另一个地址（例如 0x7A00），以便释放后续引导扇区加载所需的空间。

MBR的技术局限性

尽管 MBR 在过去几十年一直是事实上的标准，但它存在一些如今显而易见的重大局限性：

• 主分区数如您所见，只有 4 个条目。虽然可以通过扩展分区来解决这个问题，但这只是一个简单的权宜之计。
• 尺寸限制MBR 表使用 32 位 LBA 地址来指示起始扇区和每个分区中的扇区总数。这允许最多…… 2³² 行业 可寻址的。

如果逻辑扇区大小为 512 字节，则最大可寻址面积为：

2 ³² × 512 字节 ≈ 2 TiB容量/MBR 磁盘（实际上略少一些，因为一个扇区用于控制）。

当磁盘开始使用4096 字节 (4K)的物理扇区时，MBR 方案的理论极限变为：

2 ³² × 4096 字节 ≈ 16 TiB

问题在于，许多高级格式磁盘为了兼容性，在逻辑上模拟 512 字节扇区 ( 512e )，因此大多数系统仍然会达到 2 TiB 的实际容量限制。一些磁盘固件或 USB 适配器允许暴露 4096 字节的逻辑扇区或执行内部转换，但这并不常见，而且可能会导致不兼容。

理论上，使用更大的扇区（例如 65536 字节）， MBR 可以达到256 TiB 的容量，但这更多的是一种学术设想。

MBR 与 GPT 及其与 BIOS/UEFI 的关系

为了克服这些局限性，定义了GPT（GUID 分区表），它是 UEFI 规范的一部分。MBR和 GPT的主要区别在于：

• 容量GPT 可以处理数 TB 甚至 EB 的磁盘，而不受 32 位的硬性限制。
• 分区数在 Windows 系统上，GPT 最多允许 128参与者 无需使用扩展分区。理论上，还可以定义更多分区。
• 冗余GPT 维护 分区表的副本 磁盘上的多个位置存储校验和；如果其中一个损坏，可以从另一个重建。
• 兼容性在 GPT 磁盘上 MBR保护 在扇区 0 中，这样只能理解 MBR 的旧工具就不会认为磁盘为空。

在采用UEFI的现代系统中，固件不再通过盲目读取 MBR 并执行其代码来启动。相反，它能够识别 GPT 分区表，并可以读取位于称为EFI 系统分区 (ESP)的特殊分区中的 FAT 等文件系统。然后，它会从该分区加载 EFI 可执行文件（例如，Windows 中的 BOOTMGFW.EFI或Linux 中的grubx64.efi）。传统的 MBR 不再是主要的启动组件，尽管为了兼容性，它可能仍然存在。

MBR、启动管理器和 GRUB：谁说了算？

在 BIOS+MBR 环境中，MBR 通常包含一个最小加载程序，该加载程序：

• 找到活动分区。
• 它加载其引导扇区（VBR）。
• 该 VBR 加载完整的操作系统启动管理器代码。

更高级的引导管理器，例如GRUB，通常会用自己的代码替换标准的 MBR 代码，这些代码能够实现以下功能：

• 显示一个 具有多个操作系统的菜单.
• 加载位于磁盘“空”磁道或文件中的其他部分。
• 链式装载。

因此，当您在已安装过 Windows 的 MBR 磁盘上以 BIOS 模式安装 Linux 时，安装程​​序通常会写入自己的 MBR 代码。这个新的 MBR 不会直接跳转到 Windows 分区的 VBR，而是加载 GRUB 内核，GRUB 内核会显示一个菜单，您可以从中选择启动 Linux 或链接 Windows 引导加载程序。

在UEFI中，情况有所不同：固件直接从ESP分区加载EFI文件，GRUB也作为另一个EFI二进制文件安装在那里。 “替换MBR”的概念变得不再那么重要，因为启动过程不再仅仅依赖于那512字节的扇区。

MBR、Windows、Linux 和双启动

在同一台电脑上混合使用Windows 和 Linux 系统时，会涉及到以下几个因素：

• 如果固件在 传统BIOS模式 或在 UEFI 模式下。
• 如果磁盘已分区，则 MBR 或 GPT.
• 它安装在哪里？ 主启动管理器 （MBR、ESP、另一个光盘……）

例如，在已安装 Windows 的 UEFI 和 GPT 磁盘的 PC 上，典型的现代 Linux 发行版安装过程会创建或利用现有的 ESP 分区，并添加其自身的 EFI 二进制文件（GRUB）。然后，它会注册一个名为“Ubuntu”、“Manjaro”等的 UEFI 启动项。固件会同时显示这两个启动项：Windows 启动管理器启动项和GRUB启动项。GRUB 反过来可能会在其菜单中提供链式加载 Windows 的选项。

然而，在采用 BIOS+MBR 的系统上，发行版通常会将 GRUB 安装在第一块磁盘的 MBR 中。安装程序会检测到 Windows，并在 GRUB 菜单中添加一个条目，之后每次启动计算机时，控制权都会通过 GRUB 传递。如果您删除了 Linux，并且 MBR 指向的 GRUB 已不存在，那么在用 Microsoft 工具修复 MBR之前，您将无法启动进入 Windows 。

在 Linux 系统中备份、恢复和擦除 MBR

在 UNIX 和 GNU/Linux 系统中，通常使用`dd`命令直接从控制台操作 MBR。一些典型示例如下：

备份主数据库

仅保存第一个扇区（经典 MBR）：

dd if=/dev/xxx of=mbr.backup bs=512 count=1

其中/dev/xxx将是设备（sda、nvme0n1 等）。

为了保险起见，如果您还想存储前 63 个扇区（以防存在 GPT 数据或额外的引导代码）：

dd if=/dev/xxx of=mbr_63.backup bs=512 count=63

恢复主数据库

如果您需要从备份中恢复之前的 MBR ：

dd if=mbr.backup of=/dev/xxx bs=512 count=1

通过将扇区设置为零来删除 MBR。

要彻底删除 MBR 信息（注意：这将导致磁盘上没有可识别的分区表）：

dd if=/dev/zero of=/dev/xxx bs=512 count=1

擦除之后，磁盘将显示为“原始”状态，需要重新分区（使用 MBR 或 GPT 分区表）并重新创建所有内容。

在 Windows 中修复或重写 MBR

在较早的 Windows 系统（DOS、Windows 9x）中，fdisk /mbr工具会在不影响分区表的情况下重写 MBR 代码。虽然相关文档不多，但它可以快速修复许多启动病毒。

在Windows 2000 及更高版本中，从恢复控制台或现代安装环境中，可以使用以下命令运行bootrec实用程序：

• bootrec /FixMbr
• bootrec /FixBoot
• bootrec /ScanOs
• bootrec /RebuildBcd

这组命令通常足以将 Windows 引导加载程序恢复到 MBR 或 ESP 分区，具体取决于您是从 BIOS 还是 UEFI 启动。/FixMbr命令会写入一个新的、通用的、与 Windows 兼容的 MBR 代码，而不会更改分区。

在某些版本（例如 Vista 或某些版本的 10/11）中，您可能会遇到“访问被拒绝”错误。 bootrec /FixBoot这需要额外的步骤（例如，为 EFI 分区分配盘符、使用 bcdboot 等），但总体思路是一样的： 重新安装 Windows 启动管理器 替换 MBR 或 EFI 启动中可能存在的 GRUB 代码。

在 Windows 中检查、转换和管理 MBR/GPT

如果您不确定磁盘格式是 MBR 还是 GPT，可以使用磁盘管理进行检查：

• 右键单击“开始”按钮 → 迪斯科舞厅.
• 右键单击“磁盘 0”→ 物业.
• 标签页 卷数在那里您可以看到该样式是主引导记录 (MBR) 还是 GUID 分区表 (GPT)。

您也可以使用diskpart或 PowerShell在 MBR 和 GPT 之间进行转换，但需要注意一个非常重要的事项：标准转换需要一个空磁盘。这意味着您必须事先删除所有分区，或者使用承诺无损转换的特定工具。

使用 diskpart 进行转换

在管理员控制台中：

1. diskpart
2. list disk （写下记录编号）
3. select disk <número>
4. clean （删除所有分区）
5. 将 MBR 转换为 GPT： convert gpt
6. 将 GPT 转换为 MBR： convert mbr

完成后，磁盘将按照选定的方案进行初始化，您可以再次创建分区。

使用 PowerShell 进行转换

在具有管理员权限的 PowerShell中：

1. 列出专辑： Get-Disk
2. 清理要转换的磁盘上的分区：
   Clear-Disk -Number <DiskNumber> -RemoveData -Confirm:$false
3. 初始化为 GPT：
   Initialize-Disk -Number <DiskNumber> -PartitionStyle GPT
4. 或者初始化为 MBR：
   Initialize-Disk -Number <DiskNumber> -PartitionStyle MBR
5. 使用以下命令检查结果 Get-Disk 并查看分区样式列。

SSD 和现代硬盘应该使用 MBR 还是 GPT？

初始化新固态硬盘时，一个老生常谈的问题是选择MBR 还是 GPT 分区表。以下是一些相当合理的经验法则：

• 如果专辑超过 2 TBGPT 几乎是必需的，因为 MBR 无法满足需求。
• 如果你的团队使用 UEFI 和 Windows 8 或更高版本GPT 更合适，并且允许您利用安全启动、恢复等高级功能。
• 如果你继续 Windows 7或更早版本或者，对于没有 UEFI 的非常老旧的 BIOS，为了避免启动不兼容，选择 MBR 更安全。

就 SSD 的纯粹性能而言，使用 MBR 或 GPT并不会改变读写速度；改变的是兼容性、分区管理的便捷性以及启动选项。

损坏的MBR的典型症状和有用命令

当MBR代码或表损坏时，很容易遇到如下消息：

• “无效分区表错误”.
• “无效的启动磁盘” 或“无可启动设备”。
• 未找到 RAID 消息或卷。

其他一些更明显的物理症状，如金属噪音或响亮的磁盘咔嗒声，更多地指向硬件故障而不是逻辑 MBR 问题，尽管有时两者兼而有之。

在 Linux 系统中，创建和管理 MBR 或 GPT 磁盘上的分区通常需要使用fdisk、cfdisk或parted等工具。在考试题中经常出现的各种选项（fdisk、gdisk、parted、cfdisk 等）中，用于对 MBR 和 GPT 磁盘进行分区的通用工具实际上是parted。

关于分区数量，MBR 方案至少可以处理一个分区（如果磁盘正在使用），并且由于扩展分区，逻辑上可以处理四个以上的分区，尽管物理上该表只显示四个主条目。

了解 MBR 的工作原理、其大小和分区限制、它与 BIOS、UEFI 和 GPT 的关系，以及它如何与 GRUB 和 Windows 引导加载程序等管理器交互，可以让你更好地控制双重安装、磁盘迁移、MBR↔GPT 转换，最重要的是，可以恢复“突然”停止启动的计算机，而无需随意格式化。