背景

fdiskコマンドとかで何気なくパーティションをいじくっている中で、
パーティションテーブルを持っているMBRくんおことを全然知らないと思って調査してみた備忘録。

調査

MBR（マスターブートレコード）

HDDなどの記憶媒体の最初のセクタ（512bytes)に存在する特殊なレコード。
OSの読み込みだったり、ディスクパーティションの情報だったり、
重要な情報がこの512Bytesの中に入っている。

MBRの構成がどうなっているのか

MBRは1セクタ分の容量 = 512Byteで構成されており、
BIOS形式のMBRの場合、具体的には下記の情報が含まれる

Byte Offset	容量	内容	備考
00~445	446Bytes	ブートストラップローダ
446~461	16Bytes	1st パーティションテーブル
462~477	16Bytes	2nd パーティションテーブル
478~493	16Bytes	3rd パーティションテーブル
494~509	16Bytes	4th パーティションテーブル
510~511	1Bytes	ブートシグニチャ	MBRの有効性を示す特定値

【想像】なぜ標準パーティションが4つしか持てないのか

BIOS形式のディスクって標準パーティションが4つしか持てないのは、
MBRレコードの中にパーティションを示す領域を16byte * 4 = 64byte分しか用意できなかったからかな？
この設計が現代まで生きているので、標準パーティションは4つまでしか作れないということかな・・・

ブートストラップローダの構造

ものすごく端折って言ってしまえば、OS起動用のパーティションを作成し読み込むための関数が設置されている。

具体的には、下記のような動作を行っているらしい。

パーティションテーブルの検査

４つのテーブルエントリーを先頭から順に検査し、起動可能な（起動フラグの立った）基本領域がないか探す。

見つかったら、その領域の先頭位置をテーブルから取得する。　BIOSにその位置を示して、当該先頭セクターをメモリーにロードしてもらう。

ロードした先頭セクターに制御を移す。

引用：http://nobusan.jp/computer/boot/bootstrap.html

②の起動フラグの立った基本領域というのは、後述するパーティションテーブルのブートフラグのことと考えられる。
あくまでMBRのブートストラップローダは、OS起動用パーティションを見つけて読み込むことだけを目的としていて、
OSの起動自体は、起動用パーティションのPBR（PartitionBootRecord）が実施するものと思う。

パーティションテーブルの構造

パーティションテーブルは16Byteで構成されており、構造は下記のようになっている

容量	内容	備考
1byte	ブートフラグ	起動パーティションとして利用可能かを示す値（0x80 → 可 / 0x00 → 不可）
3byte	開始セクタ(CHS)	使用されていない
1byte	パーティション識別子(システムID)	ファイルシステムを値で指定する（参考）
3byte	最終セクタ(CHS)	使用されていない
4byte	開始セクタ(LBA)
4byte	パーティションの総セクタ数(LBA)

【疑問点】CHSって何？なぜ使用されていない？

CHSは「Cylinder Head Sector」の略で、シリンダー(C)・ヘッド(H)・セクター(S)の三つの頭文字で作られている。
古いハードディスクの読み書き場所の指定に使われていた方式？らしい。
恐らくは、古い形式の要素であるため、現在は使用されていない、いうことだと考えられる。

【疑問点】LBAって何？

LBAは「Logical Block Address」の略。
ディスクの各セクタに「論理ブロック」と呼ばれる通し番号を振り、
この番号を指定することで、任意のセクタにアクセスするロジック。
CHSはディスクアクセスの際に複数の情報だったが、こっちのほうがシンプルで使いやすいのかな。
CHSが使用されていない、ということは、基本的にはこちらが利用されているものと考えられる

【想像】MBRの2TBの壁の正体

BIOS形式のMBRで作成できるパーティションの最大サイズは2TBという話は有名で、
これの正体はパーティションテーブルの末尾4Byteに示す「パーティションの総セクタ数」に関係があると思う。
4Byteは-2,147,483,648～2,147,483,647の値を表現することが可能なので、最大で4,294,967,296の値を表現することができる。
つまり、パーティションの総セクタ数としてして利用できるのも4,294,967,296個までということになる。
1セクタが512Byteだから、
4,294,967,296 × 512 ＝ 2,199,023,255,552
となり、おおよそ2TBまでがパーティションで利用できる容量の最大値ということになる。

【想像】ディスク容量を指定するときに512Byteの倍数で指定する理由

これもパーティションテーブルの末尾に示す、「パーティションの総セクタ数」に関係がある
容量は1Byte単位で指定するわけじゃなくて、あくまで利用するセクタ数で判断されるため、
1セクタ=512Byteだから、Byte指定する場合は512の倍数にしないといけない、ということ。

##ブートシグニチャについて
MBRの最後の1byteに書き込まれているマジックナンバー的なもの。
「0xAA55」が書き込まれていなければ、無効なMBRとして判断される。

参考

語句の概要
- IT用語辞典 e-Words - MBR(マスターブートレコード)
- 通信用語の基礎知識検索システム - LBA
- 通信用語の基礎知識検索システム - CHS
もう少し詳しい解説