; Copyright (c) 2008-2009, diamond
; All rights reserved.
;
; Redistribution and use in source and binary forms, with or without
; modification, are permitted provided that the following conditions are met:
; * Redistributions of source code must retain the above copyright
; notice, this list of conditions and the following disclaimer.
; * Redistributions in binary form must reproduce the above copyright
; notice, this list of conditions and the following disclaimer in the
; documentation and/or other materials provided with the distribution.
; * Neither the name of the <organization> nor the
; names of its contributors may be used to endorse or promote products
; derived from this software without specific prior written permission.
;
; THIS SOFTWARE IS PROVIDED BY Alexey Teplov aka <Lrz> ''AS IS'' AND ANY
; EXPRESS OR IMPLIED WARRANTIES, INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, THE IMPLIED
; WARRANTIES OF MERCHANTABILITY AND FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE ARE
; DISCLAIMED. IN NO EVENT SHALL <copyright holder> BE LIABLE FOR ANY
; DIRECT, INDIRECT, INCIDENTAL, SPECIAL, EXEMPLARY, OR CONSEQUENTIAL DAMAGES
; (INCLUDING, BUT NOT LIMITED TO, PROCUREMENT OF SUBSTITUTE GOODS OR SERVICES;
; LOSS OF USE, DATA, OR PROFITS; OR BUSINESS INTERRUPTION) HOWEVER CAUSED AND
; ON ANY THEORY OF LIABILITY, WHETHER IN CONTRACT, STRICT LIABILITY, OR TORT
; (INCLUDING NEGLIGENCE OR OTHERWISE) ARISING IN ANY WAY OUT OF THE USE OF THIS
; SOFTWARE, EVEN IF ADVISED OF THE POSSIBILITY OF SUCH DAMAGE.
;*****************************************************************************
Встречаются вирус и FAT.
- Привет, ты кто?
- Я? Вирус.
- A я AFT, то есть TAF, то есть FTA, черт, совсем запутался...
Бутсектор для FAT12/FAT16-тома на носителе с размером сектора 0x200 = 512 байт.
=====================================================================
Есть две версии в зависимости от того, поддерживает ли носитель LBA,
выбор осуществляется установкой константы use_lba в первой строке исходника.
Требования для работы:
1) Сам бутсектор, первая копия FAT и все используемые файлы
должны быть читабельны.
2) Минимальный процессор - 80186.
3) В системе должно быть как минимум 592K свободной базовой памяти.
=====================================================================
Документация в тему (ссылки валидны на момент написания этого файла, 15.05.2008):
официальная спецификация FAT: http://www.microsoft.com/whdc/system/platform/firmware/fatgen.mspx
в формате PDF: http://staff.washington.edu/dittrich/misc/fatgen103.pdf
русский перевод: http://wasm.ru/docs/11/fatgen103-rus.zip
официальная спецификация расширения EDD BIOS 3.0: http://www.phoenix.com/NR/rdonlyres/19FEBD17-DB40-413C-A0B1-1F3F560E222F/0/specsedd30.pdf
то же, версия 1.1: http://www.phoenix.com/NR/rdonlyres/9BEDED98-6B3F-4DAC-BBB7-FA89FA5C30F0/0/specsedd11.pdf
описание функций BIOS: Interrupt List by Ralf Brown: http://www.cs.cmu.edu/~ralf/files.html
официальная спецификация Boot BIOS: http://www.phoenix.com/NR/rdonlyres/56E38DE2-3E6F-4743-835F-B4A53726ABED/0/specsbbs101.pdf
=====================================================================
Максимальное количество кластеров на FAT12-томе - 0xFF4 = 4084; каждый кластер
занимает 12 бит в таблице FAT, так что общий размер не превосходит
0x17EE = 6126 байт. Вся таблица помещается в памяти.
Максимальное количество кластеров на FAT16-томе - 0xFFF4 = 65524; каждый
кластер занимает 16 бит в таблице FAT, так что общий размер не превосходит
0x1FFE8 = 131048 байт. Вся таблица также помещается в памяти, однако в
этом случае несколько нецелесообразно считывать всю таблицу, поскольку
на практике нужна только небольшая её часть. Поэтому место в памяти
резервируется, но данные считываются только в момент, когда к ним
действительно идёт обращение.
Схема используемой памяти:
...-7C00 стек
7C00-7E00 код бутсектора
7E00-8200 вспомогательный файл загрузчика (kordldr.f1x)
8200-8300 список загруженных секторов таблицы FAT16
(1 = соответствующий сектор загружен)
60000-80000 загруженная таблица FAT12 / место для таблицы FAT16
80000-90000 текущий кластер текущей рассматриваемой папки
90000-92000 кэш для корневой папки
92000-... кэш для некорневых папок (каждой папке отводится
2000h байт = 100h входов, одновременно в кэше
может находиться не более 7 папок;
точный размер определяется размером доступной
физической памяти - как правило, непосредственно
перед A0000 размещается EBDA, Extended BIOS Data Area)
=====================================================================
Основной процесс загрузки.
Точка входа (start): получает управление от BIOS при загрузке, при этом
dl содержит идентификатор диска, с которого идёт загрузка
1. Настраивает стек ss:sp = 0:7C00 (стек располагается непосредственно перед
кодом), сегмент данных ds = 0, и устанавливает ss:bp на начало
бутсектора (в дальнейшем данные будут адресоваться через [bp+N] -
это освобождает ds и экономит на размере кода).
2. LBA-версия: проверяет, поддерживает ли носитель LBA, вызовом функции 41h
прерывания 13h. Если нет, переходит на код обработки ошибок с
сообщением об отсутствии LBA.
CHS-версия: определяет геометрию носителя вызовом функции 8 прерывания 13h и
записывает полученные данные поверх BPB. Если вызов завершился ошибкой,
предполагает уже существующие данные корректными.
3. Вычисляет некоторые параметры FAT-тома: начальный сектор корневой папки
и начальный сектор данных. Кладёт их в стек; впоследствии они
всегда будут лежать в стеке и адресоваться через bp.
4. Считывает начало корневой папки по адресу 9000:0000. Число считываемых
секторов - минимум из размера корневой папки, указанного в BPB, и 16
(размер кэша для корневой папки - 2000h байт = 16 секторов).
5. Ищет в корневой папке элемент kordldr.f1x. Если не находит, или если
он оказывается папкой, или если файл имеет нулевую длину -
переходит на код обработки ошибок с сообщением о
ненайденном загрузчике.
Замечание: на этом этапе загрузки искать можно только в корневой
папке и только имена, заданные в формате файловой системе FAT
(8+3 - 8 байт на имя, 3 байта на расширение, все буквы должны
быть заглавными, при необходимости имя и расширение дополняются
пробелами, разделяющей точки нет, завершающего нуля нет).
6. Загружает первый кластер файла kordldr.f1x по адресу 0:7E00 и передаёт
ему управление. При этом в регистрах dx:ax оказывается абсолютный
номер первого сектора kordldr.f1x, а в cx - число считанных секторов
(равное размеру кластера).
Вспомогательные процедуры бутсектора.
Код обработки ошибок (err):
1. Выводит строку с сообщением об ошибке.
2. Выводит строку "Press any key...".
3. Ждёт нажатия any key.
4. Вызывает int 18h, давая шанс BIOSу попытаться загрузиться откуда-нибудь ещё.
5. Для подстраховки зацикливается.
Процедура чтения секторов (read_sectors и read_sectors2):
на входе должно быть установлено:
ss:bp = 0:7C00
es:bx = указатель на начало буфера, куда будут прочитаны данные
dx:ax = стартовый сектор (относительно начала логического диска
для read_sectors, относительно начала данных для read_sectors2)
cx = число секторов (должно быть больше нуля)
на выходе: es:bx указывает на конец буфера, в который были прочитаны данные
0. Если вызывается read_sectors2, она переводит указанный ей номер сектора
в номер относительно начала логического диска, прибавляя номер сектора
начала данных, хранящийся в стеке как [bp-8].
1. Переводит стартовый сектор (отсчитываемый от начала тома) в сектор на
устройстве, прибавляя значение соответствующего поля из BPB.
2. В цикле (шаги 3-6) читает секторы, следит за тем, чтобы на каждой итерации
CHS-версия: все читаемые секторы были на одной дорожке.
LBA-версия: число читаемых секторов не превосходило 7Fh (требование
спецификации EDD BIOS).
CHS-версия:
3. Переводит абсолютный номер сектора в CHS-систему: сектор рассчитывается как
единица плюс остаток от деления абсолютного номера на число секторов
на дорожке; дорожка рассчитывается как остаток от деления частного,
полученного на предыдущем шаге, на число дорожек, а цилиндр - как
частное от этого же деления. Если число секторов для чтения больше,
чем число секторов до конца дорожки, уменьшает число секторов для
чтения.
4. Формирует данные для вызова int 13h (ah=2 - чтение, al=число секторов,
dh=головка, (младшие 6 бит cl)=сектор,
(старшие 2 бита cl и весь ch)=дорожка, dl=диск, es:bx->буфер).
5. Вызывает BIOS. Если BIOS рапортует об ошибке, выполняет сброс диска
и повторяет попытку чтения, всего делается не более трёх попыток
(несколько попыток нужно в случае дискеты для гарантии того, что
мотор раскрутился). Если все три раза происходит ошибка чтения,
переходит на код обработки ошибок с сообщением "Read error".
6. В соответствии с числом прочитанных на текущей итерации секторов
корректирует текущий сектор, число оставшихся секторов и указатель на
буфер (в паре es:bx корректируется es). Если всё прочитано, заканчивает
работу, иначе возвращается на шаг 3.
LBA-версия:
3. Если число секторов для чтения больше 7Fh, уменьшает его (для текущей
итерации) до 7Fh.
4. Формирует в стеке пакет для int 13h (кладёт все нужные данные командами
push, причём в обратном порядке: стек - структура LIFO, и данные в
стеке хранятся в обратном порядке по отношению к тому, как их туда
клали).
5. Вызывает BIOS. Если BIOS рапортует об ошибке, переходит на код обработки
ошибок с сообщением "Read error". Очищает стек от пакета,
сформированного на предыдущем шаге.
6. В соответствии с числом прочитанных на текущей итерации секторов
корректирует текущий сектор, число оставшихся секторов и указатель на
буфер (в паре es:bx корректируется es). Если всё прочитано, заканчивает
работу, иначе возвращается на шаг 3.
Процедура поиска элемента по имени в уже прочитанных данных папки
(scan_for_filename):
на входе должно быть установлено:
ds:si = указатель на имя файла в формате FAT (11 байт, 8 на имя,
3 на расширение, все буквы заглавные, если имя/расширение
короче, оно дополняется до максимума пробелами)
es = сегмент данных папки
cx = число элементов в прочитанных данных
на выходе: ZF определяет, нужно ли продолжать разбор данных папки
(ZF=1, если либо найден запрошенный элемент, либо достигнут
конец папки); CF определяет, удалось ли найти элемент с искомым именем
(CF=1, если не удалось); если удалось, то es:di указывает на него.
scan_for_filename считает, что данные папки размещаются начиная с es:0.
Первой командой процедура обнуляет di. Затем просто в цикле по элементам папки
проверяет имена.
Процедура поиска элемента в корневой папке (lookup_in_root_dir):
на входе должно быть установлено:
ss:bp = 0:7C00
ds:si = указатель на имя файла в формате FAT (см. выше)
на выходе: флаг CF определяет, удалось ли найти файл; если удалось, то
CF сброшен и es:di указывает на элемент папки
Начинает с просмотра кэшированной (начальной) части корневой папки. В цикле
сканирует элементы; если по результатам сканирования обнаруживает,
что нужно читать папку дальше, то считывает не более 0x10000 = 64K
байт (ограничение введено по двум причинам: во-первых, чтобы заведомо
не вылезти за пределы используемой памяти, во-вторых, сканирование
предполагает, что все обрабатываемые элементы располагаются в одном
сегменте) и продолжает цикл.
Сканирование прекращается в трёх случаях: обнаружен искомый элемент;
кончились элементы в папке (судя по числу элементов, указанному в BPB);
очередной элемент папки сигнализирует о конце (первый байт нулевой).
Процедура вывода на экран ASCIIZ-строки (out_string):
на входе: ds:si -> строка
В цикле, пока не достигнут завершающий ноль, вызывает функцию int 10h/ah=0Eh.
=====================================================================
Работа вспомогательного загрузчика kordldr.f1x:
1. Определяет, был ли он загружен CHS- или LBA-версией бутсектора.
В зависимости от этого устанавливает смещения используемых процедур
бутсектора. Критерий проверки: scan_for_filename должна начинаться
с инструкции 'xor di,di' с кодом 31 FF (вообще-то эта инструкция может
с равным успехом ассемблироваться и как 33 FF, но fasm генерирует
именно такую форму).
2. Узнаёт размер свободной базовой памяти (т.е. свободного непрерывного куска
адресов памяти, начинающегося с 0) вызовом int 12h. В соответствии с
ним вычисляет число элементов в кэше папок. Хотя бы для одного элемента
место должно быть, отсюда ограничение в 592 Kb (94000h байт).
Замечание: этот размер не может превосходить 0A0000h байт и
на практике оказывается немного (на 1-2 килобайта) меньшим из-за
наличия дополнительной области данных BIOS "вверху" базовой памяти.
3. Определяет тип файловой системы: FAT12 или FAT16. Согласно официальной
спецификации от Microsoft (версия 1.03 спецификации датирована,
к слову, 06 декабря 2000 года), разрядность FAT определяется
исключительно числом кластеров: максимальное число кластеров на
FAT12-томе равно 4094 = 0xFF4. Согласно здравому смыслу, на FAT12
может быть 0xFF5 кластеров, но не больше: кластеры нумеруются с 2,
а число 0xFF7 не может быть корректным номером кластера.
Win95/98/Me следует здравому смыслу: разграничение FAT12/16 делается
по максимуму 0xFF5. Драйвер FAT в WinNT/2k/XP/Vista вообще поступает
явно неверно, считая, что 0xFF6 (или меньше) кластеров означает
FAT12-том, в результате получается, что последний кластер
(в случае 0xFF6) неадресуем. Основной загрузчик osloader.exe
[встроен в ntldr] для NT/2k/XP делает так же. Первичный загрузчик
[бутсектор FAT12/16 загружает первый сектор ntldr, и разбор FAT-таблицы
лежит на нём] в NT/2k подвержен той же ошибке. В XP её таки исправили
в соответствии со спецификацией. Linux при определении FAT12/FAT16
честно следует спецификации.
Здесь код основан всё же на спецификации. 9x мертва, а в линейке NT
Microsoft если и будет исправлять ошибки, то согласно собственному
описанию.
4. Для FAT12: загружает в память первую копию таблицы FAT по адресу 6000:0000.
Если размер, указанный в BPB, превосходит 12 секторов,
это означает, что заявленный размер слишком большой (это не считается
ошибкой файловой системы), и читаются только 12 секторов (таблица FAT12
заведомо влезает в такой объём данных).
Для FAT16: инициализирует внутренние данные, указывая, что никакой сектор
FAT не загружен (они будут подгружаться позднее, когда понадобятся
и только те, которые понадобятся).
5. Если кластер равен сектору, то бутсектор загрузил только часть файла
kordldr.f1x, и загрузчик подгружает вторую свою часть, используя
значения регистров на входе в kordldr.f1x.
6. Загружает вторичный загрузчик kord/loader по адресу 1000:0000. Если файл не
найден, или оказался папкой, или оказался слишком большим, то переходит
на код обработки ошибок из бутсектора с сообщением
"Fatal error: cannot load the secondary loader".
Замечание: на этом этапе имя файла уже можно указывать вместе с путём
и в формате ASCIIZ, хотя поддержки длинных имён и неанглийских символов
по-прежнему нет.
7. Изменяет код обработки ошибок бутсектора на переход на метку hooked_err.
Это нужно, чтобы последующие обращения к коду бутсектора в случае
ошибок чтения не выводил соответствующее сообщение с последующей
перезагрузкой, а рапортовал об ошибке чтения, которую мог бы
как-нибудь обработать вторичный загрузчик.
8. Если загрузочный диск имеет идентификатор меньше 0x80,
то устанавливает al='f' ("floppy"), ah=идентификатор диска,
иначе al='h' ("hard"), ah=идентификатор диска-0x80 (номер диска).
Устанавливает bx='12', если тип файловой системы - FAT12, и
bx='16' в случае FAT16. Устанавливает si=смещение функции обратного
вызова. Поскольку в этот момент ds=0, то ds:si образуют полный адрес.
9. Передаёт управление по адресу 1000:0000.
Функция обратного вызова для вторичного загрузчика:
предоставляет возможность чтения файла.
Вход и выход описаны в спецификации на загрузчик.
1. Сохраняет стек вызывающего кода и устанавливает свой стек:
ss:sp = 0:(7C00-8), bp=7C00: пара ss:bp при работе с остальным
кодом должна указывать на 0:7C00, а -8 берётся от того, что
инициализирующий код бутсектора уже поместил в стек 2 двойных слова,
и они должны сохраняться в неизменности.
2. Разбирает переданные параметры, выясняет, какое действие запрошено,
и вызывает нужную вспомогательную процедуру.
3. Восстанавливает стек вызывающего кода и возвращает управление.
Вспомогательные процедуры kordldr.f1x.
Процедура получения следующего кластера в FAT (get_next_cluster):
1. Вспоминает разрядность FAT, вычисленную ранее.
Для FAT12:
2. Устанавливает ds = 0x6000 - сегмент, куда ранее была считана
вся таблица FAT.
3. Подсчитывает si = (кластер) + (кластер)/2 - смещение в этом сегменте
слова, задающего следующий кластер. Загружает слово по этому адресу.
4. Если кластер имеет нечётный номер, то соответствующий ему элемент
располагается в старших 12 битах слова, и слово нужно сдвинуть вправо
на 4 бита; в противном случае - в младших 12 битах, и делать ничего не
надо.
5. Выделяет из получившегося слова 12 бит. Сравнивает их с пределом 0xFF7:
номера нормальных кластеров меньше, и флаг CF устанавливается;
специальные значения EOF и BadClus сбрасывают флаг CF.
Для FAT16:
2. Вычисляет адрес памяти, предназначенной для соответствующего сектора данных
в таблице FAT.
3. Если сектор ещё не загружен, то загружает его.
4. Вычисляет смещение данных для конкретного кластера относительно начала
сектора.
5. Загружает слово в ax из адреса, вычисленному на шагах 1 и 3.
6. Сравнивает его с пределом 0xFFF7: номера нормальных кластеров меньше, и флаг
CF устанавливается; специальные значения EOF и BadClus сбрасывают CF.
Процедура загрузки файла (load_file):
1. Текущая рассматриваемая папка - корневая. В цикле выполняет шаги 2-4.
2. Конвертирует имя текущего рассматриваемого компонента имени (компоненты
разделяются символом '/') в FAT-формат 8+3. Если это невозможно
(больше 8 символов в имени, больше 3 символов в расширении или
больше одной точки), возвращается с ошибкой.
3. Ищет элемент с таким именем в текущей рассматриваемой папке. Для корневой
папки используется процедура из бутсектора. Для остальных папок:
a) Проверяет, есть ли такая папка в кэше некорневых папок.
(Идентификация папок осуществляется по номеру начального кластера.)
Если такой папки ещё нет, добавляет её в кэш; если тот переполняется,
выкидывает папку, к которой дольше всего не было обращений. (Для
каждого элемента кэша хранится метка от 0 до (размер кэша)-1,
определяющая его номер при сортировке по давности последнего обращения.
При обращении к какому-то элементу его метка становится нулевой,
а те метки, которые меньше старого значения, увеличиваются на единицу.)
б) Просматривает в поисках запрошенного имени все элементы из кэша,
используя процедуру из бутсектора. Если обнаруживает искомый элемент,
переходит к шагу 4. Если обнаруживает конец папки, возвращается из
процедуры с ошибкой.
в) В цикле считывает папку посекторно. При этом пропускает начальные
секторы, которые уже находятся в кэше и уже были просмотрены. Каждый
прочитанный сектор копирует в кэш, если там ещё остаётся место,
и просматривает в нём все элементы. Работает, пока не случится одно из
трёх событий: найден искомый элемент; кончились кластеры (судя по
цепочке кластеров в FAT); очередной элемент папки сигнализирует о конце
(первый байт нулевой). В двух последних случаях возвращается с ошибкой.
4. Проверяет тип найденного элемента (файл/папка): последний элемент в
запрошенном имени должен быть файлом, все промежуточные - папками.
Если текущий компонент имени - промежуточный, продвигает текущую
рассматриваемую папку и возвращается к пункту 2.
5. Проходит по цепочке кластеров в FAT и считывает все кластеры в указанный
при вызове буфер последовательными вызовами функции бутсектора;
при этом если несколько кластеров файла расположены на диске
последовательно, то их чтение объединяется в одну операцию.
Следит за тем, чтобы не превысить указанный при вызове процедуры
лимит числа секторов для чтения.
Процедура продолжения загрузки файла (continue_load_file): встроена
внутрь шага 5 load_file; загружает в регистры нужные значения (ранее
сохранённые из load_file) и продолжает шаг 5.