Как изменить размер разделов android

Мобильные устройства изнутри. Изменение разметки памяти планшета

Изменение разметки памяти планшета

1.Введение.

Как-то попался мне в руки планшет YB1-X90L от Lenovo, выполненный на чипе от Intel:

Рис.1. Планшет YB1-X90

Я попытался выполнить над ним некоторые, в принципе, я бы сказал, стандартные модификации для мобильного устройства (МУ), попавшего в руки разработчика:

• разблокировать загрузчик;
• установить custom recovery;
• получить ROOT;
• посмотреть разметку памяти;
• ну и общие исследования возможностей работы.

Все пункты плана были успешно выполнены. Одним из незапланированных пунктов стало исследование раздела разметки, который я назвал GPT-разделом Intel-типа.

Тем не менее, на многих сайтах очень популярна тема по изменению разметки МУ, выполненной по GPT-схеме, тем более, если это GPT-раздел Intel-типа. Получается, что этот вопрос, несмотря на теоретические выкладки, так и остается до сих пор не закрытым… Вот я и решил воспользоваться моментом, что у меня на руках имеется свободное МУ, которое можно немного «помучать», и провести натурные испытания своих теоретических познаний. Короче, я задумал изменить разметку памяти…

Перед началом выполнения работ я снял все, что можно по существующей разметке: файлы partitions, dev/block/by-name/ и образ GPT-раздела.

Что мы имеем:

• планшет, имеющий стоковую прошивку;
• образ GPT-раздела Intel-типа;
• файл partitions, снятый с реально работающего МУ.

Что надо: для своих экспериментов мне понадобился отдельный раздел памяти размером 512Мб.

Соответственно, для его размещения нужно где-то в памяти планшета найти эти мегабайты…

2.Планирование изменений разметки памяти.

Давайте внимательно рассмотрим файл partitions:

major minor  #blocks  name

 179        0   30535680 mmcblk0
 179        1     102400 mmcblk0p1
 179        2     102400 mmcblk0p2
 179        3      30720 mmcblk0p3
 179        4      30720 mmcblk0p4
 179        5       1024 mmcblk0p5
 179        6      16384 mmcblk0p6
 179        7       1024 mmcblk0p7
 179        8       1024 mmcblk0p8
 179        9       8192 mmcblk0p9
 179       10      10240 mmcblk0p10
 179       11    1048576 mmcblk0p11
 179       12     262144 mmcblk0p12
 179       13    3932160 mmcblk0p13
 179       14   24986624 mmcblk0p14
 179       48       4096 mmcblk0rpmb
 179       32       4096 mmcblk0boot1
 179       16       4096 mmcblk0boot0
 179       64    1927168 mmcblk1
 179       65    1927160 mmcblk1p1

«Кандидатами» на «урезание» из-за своих размеров могут быть, например, три раздела: android_country (mmcblk0p11), android_data (mmcblk0p14) и android_system (mmcblk0p13). Они, как правило, имеют размер раздела гораздо больше, чем образ, заливаемый в них, что и позволило бы мне беспрепятственно выделить память под новый раздел. Однако не забывайте, что изменение размеров разделов, соответственно и смещений расположения разделов, потребует возни с восстановлением данных этих разделов, т.е. их резервного сохранения и последующего восстановления… Поэтому проще «откусить» свободное место от раздела data, т.к. он расположен последним. Это позволит нам избежать выполнения пересчета размеров затронутых разделов памяти и восстанавливать придется только один раздел.

Таким образом, нам нужно только добавить новый раздел между разделом android_system и разделом android_data. Этот раздел назовем win_tools, а размер зададим 512Мб. Все параметры нового раздела сведены в таблицу:

Табл.1.Параметры нового раздела
 ====================================================
|  №  | Смещение |      Имя      | Значение поля     |
| п/п |   поля   |      поля     |                   |
|====================================================|
|  1  |   0x00   | Size          | 0x200             |
|  2  |   0x04   | Label         | win_tools         |
|  3  |   0x4C   | GuidType      | Оставим прежний   |
|  4  |   0x5C   | GuidPartition | Оставим прежний   |
 ====================================================

3.Внесение изменений в прошивку планшета.

Нам повезло, т.к. если бы GPT-раздел был стандартным, то пришлось бы изменять оба раздела: основной и резервный. А так только меняем один GPT-раздел Intel-типа. Приступаем…

3.1.Внесение изменений в GPT-файл.

Сначала внесем изменения непосредственно в GPT-файл, хранящий образ GPT-раздела прошивки планшета. Для этого берем из стоковой прошивки файл gpt.bin и:

1. Загружаем его в hex-редактор:

   Рис.2. Файл GPT-раздела Intel-типа

   

2. Находим запись о разделе android_system и копируем ее полностью в качестве шаблона нового раздела:

   Рис.3. Запись о разделе system

   

3. Переходим на начало записи о следующем разделе, т.е. android_data, и вставляем шаблон:

   Рис.4. Добавление записи о новом разделе

   

4. Новая запись должна содержать описание нового раздела, возьмем значения параметров описания из табл.1 и заполним поля Size (было 0x00000F00, станет 0x00000200), Label (было android_system, станет win_tools) нового раздела. Все внесенные изменения отмечены красным цветом на рисунке:

   Рис.5. Заполнение полей записи о новом разделе

   

5. Переходим на заголовок GPT-раздела и внесем изменения в поле Number (Число записей о разделах) (смещение 0х08 заголовка). В поле было число 0х000E (14 разделов), мы запишем туда число 0x000F (станет 15 разделов), на рисунке ниже оно выделено красным цветом:

   Рис.6. Новое число записей в заголовке GPT-раздела

   
6. Сохраняем обновленный файл GPT-раздела Intel-типа.

Все, раздел разметки изменили, теперь нужно его поместить в планшет.

3.2.Прошивка GPT-файла в МУ.

Т.к. мы решили переместить начало раздела android_data, то, чтобы потом найти данные там сохраненные, выполним backup раздела. После этого можно смело менять разметку памяти…

Прошивка любых образов разделов, снятие/установка блокировки загрузчика и т.п. действия выполняются при помощи флешера фирмы Intel PhoneFlashTools. Причем использовать нужно тот, версия которого поддерживает Ваше МУ. Исследуемый планшет нужно «препарировать» версией 5.3.2.0. Дополнительным условием для успешного проведения операции является наличие json-файла, управляющего процессом выполнения. С версией флешера разобраться легко, а вот json_файл пришлось писать самому, т.к. изменять разметку, похоже, еще никто не пробовал.

ВНИМАНИЕ! Перед выполнением любых работ по изменению разметки памяти ОБЯЗАТЕЛЬНО выполните резервное копирование всех разделов памяти.

Дело в том, что переразметка физически затрагивает только один раздел — раздел разметки. Все Ваши данные, система, IMEI сохраняются на прежних местах. Только МЕНЯЮТСЯ указатели на эти места, которые и хранятся в разделе разметки. Это приводит к тому, что Вы средствами МУ (операционной системой) просто не сможете попасть в места хранения информации.

4.Проверка результатов проделанной работы.

После выполнения работ я снял всю информацию по новой разметке: файлы partitions и образ нового GPT-раздела.

Посмотрим содержимое partitions:

major minor  #blocks  name

   7        0      65536 loop0
 179        0   30535680 mmcblk0
 179        1     102400 mmcblk0p1
 179        2     102400 mmcblk0p2
 179        3      30720 mmcblk0p3
 179        4      30720 mmcblk0p4
 179        5       1024 mmcblk0p5
 179        6      16384 mmcblk0p6
 179        7       1024 mmcblk0p7
 179        8       1024 mmcblk0p8
 179        9       8192 mmcblk0p9
 179       10      10240 mmcblk0p10
 179       11    1048576 mmcblk0p11
 179       12     262144 mmcblk0p12
 179       13    3932160 mmcblk0p13
 179       14     524288 mmcblk0p14
 179       15   24462336 mmcblk0p15
 179       48       4096 mmcblk0rpmb
 179       32       4096 mmcblk0boot1
 179       16       4096 mmcblk0boot0
 179       64    1927168 mmcblk1
 179       65    1927160 mmcblk1p1

Теперь можно сравнить, что было и что стало, с разметкой:

 ===========================================================================
|                Было                 |                Стало                |
|=====================================|=====================================|
|major  minor   #blocks   name        |major  minor   #blocks   name        |
|=====================================|=====================================|
| 179    13     3932160   mmcblk0p13  | 179    13     3932160   mmcblk0p13  |
| 179    14    24986624   mmcblk0p14  | 179    14      524288   mmcblk0p14  |
| 179    48        4096   mmcblk0rpmb | 179    15    24462336   mmcblk0p15  |
|                                     | 179    48        4096   mmcblk0rpmb |
 ===========================================================================

Видно, что раздел mmcblk0p14 размером 24986624 переместился на строчку ниже, уменьшился до размера 24462336 и стал теперь разделом mmcblk0p15, а на его месте появился новый раздел mmcblk0p14 размером 524288.

Ну и сравним содержимое образов GPT-разделов до и после переразметки. Вот заголовок стокового GPT-раздела:

Вот записи о промежутке разделов system — data этого же образа:

А вот заголовок GPT-раздела после переразметки:

Вот записи о том же промежутке разделов system — data GPT-раздела после переразметки:

Все говорит за то, что раздел действительно существует, кстати, а вот список разделов, снятый из папки /dev/block/by-name при помощи Total Commander:

Рис.9. Список образов разделов МУ

5.Заключение.

Те, кто внимательно почитали публикацию, поняли, что вносить изменения чисто в разметку памяти совсем несложно, а если учесть, что для этих целей существуют и специализированные редакторы…

Гораздо больше проблем возникает при занесении этой разметки внутрь МУ, хотя это уже материал для другой публикации…

6.Источники информации.

1.Мобильные устройства изнутри. Что такое GPT?
2.Стоковая прошивка YB1-X90L.
3.Строение GPT-раздела.
4.«Что такое GPT?»

1.Просмотр параметров разделов памяти.

Давайте пройдемся по реальному файлу, содержащему GPT-таблицу. Я взял файл gpt_main0.bin от Lenovo K910 из прошивки K910_w_SS_S_2_040_0081_131202.qsb. Он содержит главную загрузочную запись MBR и таблицу разделов GPT.

1.1.MBR.

Вот как выглядит первый сектор файла. Согласно теории, эти первые 512 байт, т.е. с адреса 0х000 по 0х1FF, занимает MBR:

Рис.1. Вид начала файла, открытого в Hex-редакторе.

Видно, что по адресу 0х1С2 расположен код раздела 0хЕЕ – код раздела GUID Partition Table.
Далее по адресам 0х1С6-0х1С9 расположено поле «Смещение», содержащее значение «01 00 00 00». Учитывая обратный порядок записи, получим смещение раздела – 0х00000001. Т.е. GPT располагается в секторе со смещением 1. А это следующий за MBR сектор, что и видно на рисунке 1, т.к. по адресу 0х200 можно уже заметить сигнатуру GPT.

1.2.Заголовок GPT
Рассмотрим hex-код файла далее:

Рис.2. Заголовок GPT

Я немного «разукрасил» заголовок, чтобы выделить его поля.
В самом верху справа красным цветом выделен «остаток» предыдущего сектора – сигнатура MBR. Далее мы имеем:

• с адреса 0х200, как и положено по теории, располагается заголовок  GPT, начинающийся сигнатурой «EFI PART», выделенной бирюзовым цветом;
• по адресу 0х208 располагается поле «Версия», имеющее значение «00 00 01 00»=0х00010000  и выделенное светло-зеленым цветом;
• по адресу 0х20С – поле «Размер заголовка», имеющее значение «5С 00 00 00»=0х5С  (92 байта). Оно выделено оранжевым цветом;
• по адресу 0х210 расположено поле «CRC32 заголовка», имеющее значение «1F 8EBE 09»=0x09BE8E1F и бардовый цвет;
• за ним по адресу 0х214 следует резервное поле, имеющее нулевое значение;
• по адресу 0х218 расположено поле «текущий LBA сектор», хранящее номер сектора, где размещается первичная GPT (та, что мы рассматриваем). Оно имеет значение 0х01, как и положено;
• далее (адрес 0х220) расположено поле «резервный LBA сектор», в котором должен храниться адрес размещения резервной копии заголовка. Мы видим сплошные нули. Вот тебе и теория! Но об этом мы поговорим позже;
• по адресу 0х228 расположено поле «первый разрешенный для использования LBA сектор», выделенное красным цветом. Оно равно 0х22=34. Именно с этого сектора и будет размещаться первый раздел мобильного устройства, а все место до него зарезервировано под GPT. Владеющие калькулятором или искусством устного счета могут подсчитать, что таблица GPT вместе с MBR занимает с 0 по 33 сектор включительно и имеет размер 34*512=17408 байт. Странно, но именно такова длина файла, хранящего GPT, который мы и разглядываем;
• по адресу 0х230 расположено поле «последний LBA-сектор, разрешенный для использования», который тоже почему-то «пустой»;
• по адресу 0х238 расположено поле, содержащее GUIDдиска и выделенное голубым цветом;
• по адресу 0х248 расположено поле«первый LBA сектор таблицы записей о разделах», указывающее с какого сектора начинаются записи параметров разделов. Оно имеет значение «02» и выделено красным цветом. При дальнейшем рассмотрении Вы увидите, что так оно и есть;
• 0х250 – содержит число записей о разделах (зеленый цвет), т.е. вся память К910 разбита на 0х18=24 раздела;
• 0х254 – содержит размер одной записи о разделе в байтах (сиреневый цвет). Как видим 0х80=128 байт;
• 0х258 – содержит еще одно контрольное поле – «CRC32 таблицы записей о разделах»;
• 0х25С – с этого адреса и до конца заголовка, т.е. до адреса 0х400, расположен резерв, заполненный нулями.

1.3.Таблица описания раздела памяти.

Каждый раздел имеет свою запись в таблице разделов. Одна запись занимает размер в 128 байт, который указан в поле заголовка по адресу 0х254 и имеет следующий вид:

Рис.3. Запись параметров раздела в таблице GPT.

Я опять разукрасил картинку:

• по адресу 0х400 расположено поле «GUID типа раздела»;
• далее по адресу 0х410 – «GUID раздела»;
• по адресу 0х420 – поле, содержащее номер первого сектора размещения раздела, т.е. фактически его смещение в памяти;
• по адресу 0х428 расположен номер последнего сектора раздела. Разность этих двух полей даст нам размер раздела;
• по адресу 0х430 расположено поле флагов раздела;
• по адресу 0х438 и до конца записи расположено поле, содержащее метку раздела. Каждый символ занимает два байта, т.к. поле содержит информацию в кодировке UTF-16LE.

С адреса 0х480 располагается запись о следующем разделе.
После описания всех разделов оставшееся место заполняется нулем до конца таблицы разделов, т.е. до размера

(максимальное число разделов=128)*(размер одного раздела=128)=16384 байта. 

Если добавить сюда размер заголовка и размер загрузочной записи, то получим общий размер GPT 16384+512+512=17408 байт или 34 сектора (с нулевого по 33 включительно).

2.Изменение параметров разделов памяти.

Эксперименты по изменению таблицы разделов начнем с описания расчета контрольных сумм, расположенных в заголовке. А уж затем попробуем передвигать разделы, изменяя их длину, или просто удалять их.
При всех экспериментах с разделами нужно помнить, что они расположены в памяти НЕПРЕРЫВНО и БЕЗ РАЗРЫВОВ между ними, т.е. если в каком-то секторе завершается один раздел, то в следующем обязательно начинается следующий.
Чтобы не производить все эти расчеты фирма Lenovo разработала особый механизм, позволяющий все делать автоматически. Об этом и файле, содержащем перечень ВСЕХ разделов памяти, поговорим в самом конце.

2.1.Подсчет контрольных сумм заголовка.

Т.к. контрольная сумма заголовка должна «оберегать» весь заголовок, то все его поля должны быть заполнены перед расчетом. Поэтому первой рассчитывается контрольная сумма таблицы разделов.
Для расчета CRC32 всей таблицы разделов нужно взять всю таблицу с первой записи и по последнюю включительно БЕЗ ЗАГОЛОВКА. Высчитаем последний адрес таблицы разделов:

число записей (поле 0х250)*длину одной записи (поле 0х254)+(стартовый адрес таблицы=0х400)=0х18*0х80+0х400=0х1000.

Следовательно, для расчета берем содержимое по адресам с 0х400 по 0х1000. Воспользуемся услугами WinHex-редактора.

• открываем файл;
• выделяем все поля указанного диапазона;
• и выполняем команду «Инструменты->Подсчитать хеш->Выбрать метод расчета», указав на «CRC32 (32bit)»:

Рис.4. Данные для расчета CRC32 таблицы разделов.

Полученный результат вставляем в поле заголовка по адресу 0х258 (Рисунок 2).
Переходим к расчету контрольной суммы всего заголовка.
Для расчета CRC32 заголовка берутся все 92 байта заголовка, только само поле CRC32 заголовка предварительно заполняется нулями:

Рис.5. Данные для расчета CRC32 заголовка GPT

А вот и результат, сравните со значением в заголовке:

Рис.6. Результат расчета.

Рис.7. Первоначальное значение из файла по адресу 0х210.

Вся разница только в обратном способе записи…
Итак, с контрольными суммами разобрались. Можно попытаться поменять параметры самих разделов, например, размер.

2.2.Изменение размеров разделов памяти.

При выполнении таких работ нужно учитывать несколько правил:

• Все разделы расположены непрерывно и строго друг за другом.
• Общий размер памяти равен сумме размеров всех разделов.

Т.к. при изменении длины одного раздела нарушается второе правило, то для восстановления равновесия нужно уменьшить (увеличить) размеры одного или нескольких последующих разделов. Здесь может быть несколько случаев:

• нужно уменьшить (увеличить) размер предыдущего раздела для смещения его конца и, следовательно, расширения (уменьшения) нашего раздела;
• уменьшить (увеличить) размер последующего раздела, т.е. сместить его начало, что опять же приведет к увеличению (уменьшению) длины нашего.

Рассмотрим первый случай. Допустим, что необходимо расширить раздел «system» на 100 Мб за счет предыдущего раздела «cache». Это приводит к перемещению нижней границы раздела «system» в сторону начала памяти. Т.е. необходимо выполнить следующие действия:

• рассчитать новое значение смещения, т.е. положение первого сектора раздела «system» (поле «первый LBA сектор размещения раздела»):

новое значение =старое значение – 100Мб.

• рассчитать новое значение поля «последний LBA сектор размещения раздела» для раздела«cache»:

новое значение=старое значение-100Мб;

• внести изменения в запись таблицы разделов.

Посмотрим, как это выглядит в hex-редакторе на реальном файле, учитывая, что

100 Мб=104857600 (0х6400000) байт или 0х32000 секторов:

Рис.8. Параметры разделов до изменений

Размер раздела «system»:

0х41FFFF-0x120000+1=0x300000 или 1610612736 байт

Нижние границы обоих разделов выделены зеленым цветом («старт» раздела, его начало), а верхние – красным («стоп» раздела, его последний сектор).
Проведем расчеты:

• для раздела «system» нижняя граница переместится на сектор

0х120000-0х032000=0х0EE000

• для раздела «cache»имеем

0х11FFFF-0х032000=0х0EDFFF

Записываем новые значения на свои места, не забывая про обратный порядок:

Рис.9. Результаты сдвига нижней границы раздела System.

Проверим результаты работы. Длина раздела «system» стала:

0х41FFFF-0x0EE000=0x331FFF

Рассмотрим второй  случай – перемещение верхней границы раздела «system», но уже за счет другого соседа раздела «userdata».Необходимо выполнить следующее:

• сместить вверх по памяти верхнюю границу («последний LBA сектор размещения раздела») «system»

новое значение =старое значение + 100Мб;

• сместить вверх нижнюю границу («первый LBA сектор размещения раздела») «userdata»

новое значение =старое значение + 100Мб.

До изменений записи о разделах выглядели так:

Рис.10. Разделы system и userdata

Проведем расчеты:

• для раздела «system» верхняя граница переместится в сектор

0х41FFFF+0х032000=0х451FFF

• для раздела «userdata» нижняя граница переместится в сектор

0х420000+0х032000=0х452000

Записываем новые значения на свои места, не забывая про обратный порядок:

Рис.11. Разделы после перемещения границы вверх.

Проверим результаты работы:

0х451FFF-0x120000+1=0x332000 или 1715470336 байт

Разность составила 104875600байт или 100Мб. Расчеты выполнены правильно!
А теперь можно попробовать и совсем удалить раздел.

2.3.Удаление раздела.

«Разрушать» или удалять всегда легче. Считать ничего не требуется. Нужно только решить какому разделу будет отдано освободившееся место.
При удалении раздела верхняя граница предыдущего раздела просто перемещается на место верхней границы удаляемого. Или наоборот, нижняя граница последующего перемещается на место нижней границы удаляемого.
У меня нет под рукой хорошего примера прошивки, у которой можно удалить что-то «лишнее», поэтому используем предыдущий пример и, чисто теоретически конечно, представим, что нужно удалить раздел «system». Вот как выглядела таблица разделов до вмешательства:

Рис.12. Вид таблицы разделов до проведения «экзекуций».

Вот параметры разделов до изменений:

• «cache» первый сектор – 0х0E0000, последний сектор – 0x11FFFF, длина –0х040000 (134217728 байт);
• «system»первый сектор – 0х120000, последний сектор – 0x41FFFF, длина – 0х300000 (1610612736 байт=1,5Гб);
• «userdata»первый сектор – 0х420000, последний сектор – 0x71FFFF, длина – 0х300000 (1610612736 байт=1,5Гб).

При удалении раздела «system» и расширении «cache»  это будет означать, что значение из поля «последний LBA сектор размещения раздела» «cache» примет значение из поля «последний LBA сектор размещения раздела» «system», а запись о разделе «system» будет полностью удалена из таблицы разделов:

Рис.13. Вот как выглядит таблица разделов после удаления System и расширения Cache

Видно, что данные о разделе «system» полностью исчезли из таблицы, поле «последний LBA сектор размещения раздела» предыдущего раздела «cache» получило новое значение, а параметры последующего раздела «userdata» остались без изменений. Проверим параметры разделов:

• «cache»первый сектор – 0х0E0000, последний сектор – 0x41FFFF, длина – 0х340000 (1744830464 байт). Т.е. этот раздел УВЕЛИЧИЛСЯ на размер удаленного раздела;
• «userdata»первый сектор – 0х420000, последний сектор – 0x71FFFF, длина – 0х300000 (1610612736 байт=1,5Гб). Этот раздел ОСТАЛСЯ без изменений

Если за счет удаления «system» расширить «userdata», то тогда значение поля «первый LBA сектор размещения раздела»«userdata» примет значение из поля «первый LBA сектор размещения раздела» удаляемого «system»:

Рис.14. Вот как выглядит таблица разделов после удаления раздела System

Видно, что на этот раз изменилось только поле «первый LBA сектор размещения раздела»  последующего раздела «userdata». Проверим параметры разделов:

• «cache»первый сектор – 0х0E0000, последний сектор – 0x11FFFF, длина – 0х040000 (134217728 байт);. Т.е. этот раздел ОСТАЛСЯ без изменений;
• «userdata»первый сектор – 0х120000, последний сектор – 0x71FFFF, длина – 0х600000 (3221225472 байт=3Гб). Этот раздел УВЕЛИЧИЛСЯ на размер удаленного раздела.