Master Boot Record

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Der Master Boot Record (kurz: MBR) ist bei BIOS-basierten Computern der x86-Architektur der erste Datenblock (512 Byte) eines in Partitionen aufgeteilten Speichermediums, wie beispielsweise einer Festplatte. Der MBR enthält eine Partitionstabelle, die die Aufteilung des Datenträgers beschreibt, und einen Boot-Loader, ein Programm, das ein Betriebssystem auf einer der Partitionen startet.

Speichermedien, die nicht in Partitionen unterteilt sind, z. B. Disketten oder CDs, enthalten keinen MBR. Hier wird der erste Datenblock als Bootsektor oder auch Boot Record bezeichnet. Da der MBR eine Partitionstabelle enthält, hat er die Eigenschaften eines Partitionssektors. Ein Löschen oder ein Defekt am MBR führt dazu, dass der Computer überhaupt nicht mehr booten kann bzw. die Partition falsch erkennt und in der Folge das Betriebssystem oder Daten nicht mehr findet.

[Bearbeiten] Historische Entwicklung

Zunächst waren Speichermedien nicht in Partitionen unterteilt und enthielten an Position 0:0:1 (Kopf 0, Spur 0, Sektor 1) den Bootsektor. Diese Konvention sollte bei Festplatten mit mehreren Betriebssystemen nicht verletzt werden. Daher wurde die Partitionstabelle am Ende des Bootsektors platziert. Die Funktion des Boot-Loaders wurde so ergänzt, dass er die Partitionstabelle auswertet.

[Bearbeiten] Aufbau des MBR

Adresse		Funktion / Inhalt		Größe (Bytes)
hex	dez	Funktion / Inhalt		Größe (Bytes)
0x0000	0	Boot-Loader		max. 440
0x01B8	440	Disk-Signatur (seit Windows 2000)		4
0x01BC	444	Null (0x0000)		2
0x01BE	446	Partitionstabelle		64
0x01FE	510	55_hex	MBR-Signatur (0xAA55)	2
0x01FF	511	AA_hex	MBR-Signatur (0xAA55)	2
Gesamt:				512

[Bearbeiten] Boot-Loader

Der Boot-Loader ist ein kleines Programm, das vom BIOS aufgerufen wird. Im Normalfall sucht dieses in der Partitionstabelle nach einer „aktiven Partition“, lädt den Boot-Sektor der ersten aktiven Partition und führt diesen aus. Dadurch wird dann das eigentliche Betriebssystem geladen. Es existieren auch Bootmanager, die sich nicht an diese Konvention halten und stattdessen ein Auswahlmenü oder ähnliches anzeigen und so z. B. das Booten von beliebigen Partitionen erlauben. Ein fehlender oder defekter Boot-Loader führt dazu, dass von der Festplatte überhaupt nicht gebootet werden kann, selbst wenn in einer der Partitionen ein Betriebssystem mit intaktem Bootsektor vorhanden ist.

[Bearbeiten] Disk-Signatur

Die Disk-Signatur wird von Windows 2000 und XP verwendet, um Festplatten, die mit einer klassischen Partitionstabelle versehen sind (im Microsoft-Jargon Basisdatenträger), eindeutig zu identifizieren. Dadurch ist die Disk-Signatur z. B. bei der Zuordnung von Laufwerksbuchstaben zu Festplattenpartitionen von entscheidender Bedeutung: Während frühere Windows-Versionen auf die vom DOS-Unterbau ermittelten Laufwerksbuchstaben zurückgreifen, sind diese Zuordnungen ab Windows 2000 in Registry-Schlüsseln, u. a. HKLM\SYSTEM\MountedDevices, gespeichert. Bei bestimmten System-Konstellationen wird die Disk-Signatur auch in der Datei boot.ini verwendet, die Teil des Boot-Loaders von Windows NT (NTLDR) ist.^[1] Windows vergibt die Disk-Signatur bei der Initialisierung einer neuen Festplatte.

Insbesondere nach Festplatten- oder Partitions-Backups können Probleme auftauchen, die mit der Disk-Signatur zusammenhängen:

Eine System-Konfiguration, in der zwei Festplatten mit identischen Signaturen existieren, etwa die Original-Platte und eine Platte mit einer geklonten Kopie, kann zu einem instabilen System führen.
Einer kopierten Systempartition wird unter bestimmten Umständen ein neuer Laufwerksbuchstabe zugewiesen. In solchen Fällen scheitert der Bootvorgang.^[2]

Der Befehl fixmbr in der Wiederherstellungskonsole lässt die Signatur unverändert. Dagegen frischt der Befehl fdisk /mbr, der den Boot-Code neu schreibt, auch die Disk-Signatur auf.^[3]

Der Linux-Befehl dd if=/dev/zero of=<Festplatten-Device> bs=1 count=4 seek=440 conv=notrunc überschreibt die Disk-Signatur mit Nullen.

[Bearbeiten] Partitionstabelle

Die Partitionstabelle gibt Auskunft über die Partitionen auf einem Datenträger. Ist sie fehlerhaft oder fehlt sie gar vollständig, ist der Zugriff auf die Daten der Partitionen nicht ohne weiteres möglich. In vielen Fällen lässt sich jedoch die Partitionstabelle mit Programmen wie Testdisk wiederherstellen. Der Eintrag jeder Partition enthält eine CHS-Adresse sowie eine 32-Bit-lange LBA-Adresse. Dadurch lassen sich mit herkömmlichen Partitionstabellen maximal etwa 8 GiB (CHS) oder 2 TiB (LBA mit 32 Bit) große Festplatten nutzen.

[Bearbeiten] MBR-Signatur

Die MBR-Signatur (auch Magic Number genannt) besteht aus den 2 Byte 55_hex und AA_hex. Auf Little-Endian-Systemen wird dies als 16-Bit-Zahl AA55_hex interpretiert. Ist die Signatur vorhanden, so geht das BIOS davon aus, dass ein gültiger MBR vorhanden ist. Wird die Signatur nicht gefunden, vermutet das BIOS einen neuen bzw. gelöschten Datenträger. Der Bootvorgang wird dann abgebrochen und eine Fehlermeldung, etwa „Non-System or Non-Bootable Disk“ ausgegeben.^[4] Natürlich ist eine korrekte Signatur keine Garantie für gültigen Boot-Code im MBR. Sie dient lediglich dazu, zu verhindern, dass leere MBRs oder MBRs mit Zufallsdaten ausgeführt werden.

Auch bei Datenträgern, die nicht zum Booten verwendet werden, kann eine fehlende Signatur Auswirkungen haben. Es gibt BIOS-Versionen, die Datenträger ohne gültige Signatur in einem langsameren Modus betreiben. Vor der Geschwindigkeitsmessung (Benchmark) z. B. einer neuen Festplatte empfiehlt sich daher, zunächst den MBR der betreffenden Platte zu initialisieren.^[5]

[Bearbeiten] MBR verschiedener Betriebssysteme

Normale Betriebssysteme erstellen oder ergänzen bei der Installation standardmäßig den MBR so, dass das Betriebssystem gestartet werden kann.

[Bearbeiten] DOS und MS-DOS-basierte Windows-Versionen

Unter DOS kann man sich den MBR bei nicht partitionierten Festplatten mit debug ansehen. Wenn die Festplatte partitioniert (z. B. aufgeteilt in C:, D:, …) ist, sieht man mit debug nur den Boot Record der jeweiligen logischen Partition. MS-DOS und die auf DOS aufbauenden Windowsvarianten (also Windows 95 bis Windows Me) überschreiben den Boot-Loader im MBR bei der Installation ohne Rücksicht auf seinen bisherigen Inhalt.

Im Falle eines Fehlers im MBR kann mit dem undokumentierten Befehl fdisk /mbr ein neuer Standard-Masterbootrecord geschrieben werden. Dabei wird der gesamte MBR überschrieben (mit Ausnahme der Partitionstabelle), wodurch Bootviren entfernt werden können, sofern das Virus nicht den Schreibzugriff auf den Master Boot Record erkennt und abfängt.^[6] Allerdings kann auch ein eventuell vorhandener Bootmanager entfernt werden.

[Bearbeiten] Windows-Versionen basierend auf Windows NT

Die Microsoft-Windows-Versionen der NT-Linie (z. B. NT 4, 2000 und XP) überschreiben den Boot-Loader (die ersten 446 Bytes des MBR) bei jeder Neuinstallation zwar auch, berücksichtigen aber noch vorhandene Informationen über ein älteres Microsoft-Betriebssystem, also MS-DOS und andere darauf basierende Windows-Versionen. In diesem Fall wird der NTLDR mit Auswahlmöglichkeit zwischen den verschiedenen installierten Microsoft-Betriebssystemen vorkonfiguriert.

Für Windows 2000 und XP gibt es die Wiederherstellungskonsole, hier dient der Befehl fixmbr zur Reparatur des MBR und fixboot zur Reparatur des Bootsektors einer Partition (nur für x86-Systeme).

[Bearbeiten] Linux

Linux-Distributionen installieren meist auf Anfrage einen „intelligenten“ Bootmanager, der auch fremde Betriebssysteme (z. B. Microsoft Windows) aufnimmt. Mit dem Programm install-mbr, das z. B. in der Linux-Distribution Knoppix enthalten ist, kann ein funktionsfähiger Boot-Loader in den MBR geschrieben werden. Unter Linux kann man den MBR normalerweise mittels dd if=/dev/hda of=datei bs=512 count=1 (/dev/hda für E-IDE/ ATA; /dev/sda für SCSI-/ S-ATA-Festplatten) in eine Datei schreiben. Zum Wiederherstellen genügt analog dd of=/dev/hda if=datei bs=512. Steht keine entsprechende Sicherungsdatei zur Verfügung, kann der MBR mittels des Bootloaders LILO mit folgendem Befehl neu und „leer“ geschrieben werden: lilo -M /dev/hda -s /dev/null.

In diesem Artikel oder Abschnitt fehlen folgende wichtige Informationen: * Wie stehts um die *BSDs und die anderen *nixe?

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[Bearbeiten] MBR bei EFI-basierten Computern

Bei EFI-basierten Computern kommt statt der MBR-Partitionstabelle die neuere GUID Partition Table (GPT) zum Einsatz. Aus Gründen der Abwärtskompatibilität enthält jede GPT ein sogenanntes Schutz-MBR. Dieses sorgt dafür, dass Betriebssysteme bzw. Programme, die noch nicht mit GPT zurechtkommen, statt eines leeren Datenträgers eine einzige Partition sehen, die über den ganzen Datenträger geht. Dieses Schutz-MBR lässt sich außerdem dazu benutzen, um MBR-basierte Betriebssysteme auf EFI-basierten Computern zu installieren, indem die Partitionen der GPT auf die MBR-Partitionstabelle abgebildet werden. Diesen Trick benutzt Apple bei seiner Boot Camp-Software, die die Installation von Windows auf Intel-basierten Macs erlaubt. Auch die EFI-Applikation rEFIt kann mit dem Programm gptsync GPT und MBR-Partitionstabelle synchronisieren.