Все, что вы хотели знать про загрузку Windows, загрузчики и восстановление загрузки ОС

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

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

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 ext2/¾, 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.

Как создать загрузочный EFI-раздел Windows на GPT-диске вручную

Когда мы устанавливаем Windows на пустой (неразмеченный) жёсткий диск или отформатированный раздел обычным образом – с использованием установочного носителя, нам не нужно заморачиваться по поводу создания EFI -разметки операционной системы. Все необходимые разделы, в частности, загрузочный EFI , создаются автоматически, если компьютер работает в режиме BIOS UEFI . Но если Windows нужно установить не обычным образом.

А на другой жёсткий диск со своим независимым загрузчиком, если стоит вопрос в восстановлении работоспособности системы после удаления жёсткого диска с загрузочным разделом, в таких нестандартных ситуациях потребуется ручная работа.

Как вручную создать загрузочный EFI-раздел Windows?

Windows на подключённый к компьютеру второй GPT -диск не устанавливается со своей EFI -структурой. При обычной установке с установочного носителя загрузчик второй системы прописывается на уже существующий EFI -раздел – тот, что находится на первом диске.

Что делает вторую Windows уязвимой – она не сможет самостоятельно существовать, если загрузчик первой системы будет повреждён. Или если выйдет из строя или просто будет отсоединён первый жёсткий диск. Чтобы у второй Windows была своя независимая EFI -разметка, на время её установки нужно сделать невидимой первую систему – отключить её носитель в настройках BIOS , если такое возможно, или аппаратно. Это не всегда удобно, а иногда и невозможно в случае с ноутбуками.

Вторую Windows со своим независимым загрузчиком могут установить запускаемые в среде текущей системы программы типа WinNTSetup или WinToHDD. Но они потребуют указать им загрузочный EFI -раздел.

Создать такой на пустом жёстком диске очень просто.

1. Создание EFI-раздела на пустом жёстком диске в командной строке

Итак, имеем проинициализированный как GPT носитель без разметки и данных.

Запускаем командную строку.

Обязательно делаем это от имени администратора.

В утилите управления дисками видим, что на втором жёстком появился EFI -раздел на 100 Мб. Теперь можем формировать обычный раздел для указания его программам типа WinNTSetup или WinToHDD в качестве системного раздела С.

2. Создание EFI-раздела на пустом жёстком диске утилитой Bootice

Кто не любит командную строку, для создания EFI -разметки пустого носителя может воспользоваться утилитой Bootice с графическим интерфейсом. Она бесплатная, её можно скачать на любом софт-портале Интернета. В главном окне выбираем второй жёсткий. Кликаем «Parts Manage».

Затем – «Re-Partitioning».

Первым делом ставим галочку GPT в графе «Partition table type». Затем галочку ставим «Create ESP partition». И вверху в графе «Settings» убираем все значения «Size» кроме последнего. Жмём «Ок».

В итоге получим разметку диска с EFI -разделом на 128 Мб и разделом, вместившим в себя остальное дисковое пространство.

А как быть, если жёсткий диск не пустой? Если на нём есть структура и хранящиеся пользовательские данные. Или мы хотим восстановить Windows, лишившуюся загрузочного EFI -раздела после выхода из строя или отключения жёсткого диска, на котором ранее существовал её загрузчик. И на этот случай есть решения. Для восстановления системы без загрузчика нам, естественно, понадобится среда для выполнения определённых операций. В одном из случаев сгодится и обычный установочный носитель Windows. В другом случае будем работать с менеджером дискового пространства, потому нам понадобится функциональный и надёжный LiveDisk WinPE. Одним из таких является LiveDisk Стрельца. Сайт загрузки образа — Sergeistrelec.Ru.

3. Создание EFI-раздела в конце Windows

Итак, имеем, к примеру, вторую Windows, лишившуюся EFI -загрузчика после поломки диска с первой системой.

Как её запустить? Самый простой и быстрый способ – создать EFI -раздел в конце системного раздела и пересоздать загрузчик. Для этого не понадобится ничего более командной строки. Загружаемся с установочного носителя Windows, сразу же нажимаем Shift + F10 . Эта комбинация запустит командную строку. Если используем LiveDisk Стрельца, запускаемся, соответственно, с него.

И уже на его борту задействуем командную строку.

Вот указанный раздел сжался на 100 Мб и на освободившемся месте создался EFI -раздел.

Теперь можем пересоздавать загрузчик.

В командной строке выходим из diskpart:

Далее смотрим, под какой буквой значится системный раздел (смотрим карту разделов после ввода lis vol) . И подставляем её вместо нашей буквы С:

Всё – работоспособность Windows восстановлена.

4. Создание EFI-раздела перед Windows

Загрузочный раздел обычно существует в начале диска, перед системным разделом. Так не обязательно должно быть, но делается с целью ускорения запуска Windows. Чтобы UEFI быстрее нашла загрузчик. На SSD такая оптимизация вряд ли будет ощутимой, а вот в случае с HDD можно побороться пусть даже за толику производительности.

На борту LiveDisk Стрельца запускаем AOMEI Partition Assistant. Делаем клик на системном разделе, на боковой панели операций жмём «Изменение размера».

Немного оттягиваем ползунок на карте вправо, чтобы в графе ниже «Незанятое пространство перед» появилось несколько Мб. Далее вместо оттянутой цифры вписываем 105. Чтобы получилось 105 Мб. Жмём «Ок».

В итоге программа высвободит корректное значение дискового пространства, в нашем случае 102,01 Мб. И оставит небольшой хвост сзади раздела. Жмём «Применить».

Далее можем присоединить хвост к разделу.

Теперь запускаем командную строку. И создаём EFI -раздел точно так же, как описано в п.1 статьи.

Вот EFI -раздел создан.

Осталось только пересоздать загрузчик, как описано в конце п.3 статьи.