硬盤教程之分區(qū)表知識詳解

1、硬盤分區(qū)表知識詳解硬盤MBR -    硬盤是現(xiàn)在計算機上最常用的存儲器之一。我們都知道，計算機之所以神奇，是因為它具有高速分析處理數(shù)據(jù)的能力。而這些數(shù)據(jù)都以文件的形式存儲在硬盤里。不過，計算機可不像人那么聰明。在讀取相應的文件時，你必須要給出相應的規(guī)則。這就是分區(qū)概念。    分區(qū)從實質上說就是對硬盤的一種格式化。當我們創(chuàng)建分區(qū)時，就已經設置好了硬盤的各項物理參數(shù)，指定了硬盤主引導記錄（即Master Boot Record，一般簡稱為MBR）和引導記錄備份的存放位置。而對于文件系統(tǒng)以及其他操作系統(tǒng)管理硬盤所需要的信息則是通過以后的

2、高級格式化，即Format命令來實現(xiàn)。面、磁道和扇區(qū)硬盤分區(qū)后，將會被劃分為面（Side）、磁道（Track）和扇區(qū)（Sector）。需要注意的是，這些只是個虛擬的概念，并不是真正在硬盤上劃軌道。    先從面說起，硬盤一般是由一片或幾片圓形薄膜疊加而成。我們所說，每個圓形薄膜都有兩個“面”，這兩個面都是用來存儲數(shù)據(jù)的。按照面的多少，依次稱為0面、1面、2面由于每個面都專有一個讀寫磁頭，也常用0頭(head)、1頭稱之。按照硬盤容量和規(guī)格的不同，硬盤面數(shù)(或頭數(shù))也不一定相同，少的只有2面，多的可達數(shù)十面。各面上磁道號相同的磁道合起來，稱為一個柱面(Cylinde

3、r)。     上面我們提到了磁道的概念。那么究竟何為磁道呢？由于磁盤是旋轉的，則連續(xù)寫入的數(shù)據(jù)是排列在一個圓周上的。我們稱這樣的圓周為一個磁道。如果讀寫磁頭沿著圓形薄膜的半徑方向移動一段距離，以后寫入的數(shù)據(jù)又排列在另外一個磁道上。根據(jù)硬盤規(guī)格的不同，磁道數(shù)可以從幾百到數(shù)千不等；一個磁道上可以容納數(shù)KB的數(shù)據(jù)，而主機讀寫時往往并不需要一次讀寫那么多，于是，磁道又被劃分成若干段，每段稱為一個扇區(qū)。一個扇區(qū)一般存放512字節(jié)的數(shù)據(jù)。扇區(qū)也需要編號，同一磁道中的扇區(qū)，分別稱為1扇區(qū)，2扇區(qū)    計算機對硬盤的讀寫，處于效率的考慮

4、，是以扇區(qū)為基本單位的。即使計算機只需要硬盤上存儲的某個字節(jié)，也必須一次把這個字節(jié)所在的扇區(qū)中的512字節(jié)全部讀入內存，再使用所需的那個字節(jié)。不過，在上文中我們也提到，硬盤上面、磁道、扇區(qū)的劃分表面上是看不到任何痕跡的，雖然磁頭可以根據(jù)某個磁道的應有半徑來對準這個磁道，但怎樣才能在首尾相連的一圈扇區(qū)中找出所需要的某一扇區(qū)呢？原來，每個扇區(qū)并不僅僅由512個字節(jié)組成的，在這些由計算機存取的數(shù)據(jù)的前、后兩端，都另有一些特定的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)構成了扇區(qū)的界限標志，標志中含有扇區(qū)的編號和其他信息。計算機就憑借著這些標志來識別扇區(qū)。硬盤的數(shù)據(jù)結構 在上文中，我們談了數(shù)據(jù)在硬盤中的存儲的一般原理。為了能更深

5、入地了解硬盤，我們還必須對硬盤的數(shù)據(jù)結構有個簡單的了解。硬盤上的數(shù)據(jù)按照其不同的特點和作用大致可分為5部分：MBR區(qū)、DBR區(qū)、FAT區(qū)、DIR區(qū)和DATA區(qū)。 我們來分別介紹一下：1、MBR區(qū)       MBR（Main Boot Record 主引導記錄區(qū)）位于整個硬盤的0磁道0柱面1扇區(qū)。不過，在總共512字節(jié)的主引導扇區(qū)中，MBR只占用了其中的446個字節(jié)，另外的64個字節(jié)交給了DPT（Disk Partition Table硬盤分區(qū)表），最后兩個字節(jié)“55，AA”是分區(qū)的結束標志。這個整體構成了硬盤的主引導扇區(qū)。 

6、;   主引導記錄中包含了硬盤的一系列參數(shù)和一段引導程序。其中的硬盤引導程序的主要作用是檢查分區(qū)表是否正確并且在系統(tǒng)硬件完成自檢以后引導具有激活標志的分區(qū)上的操作系統(tǒng)，并將控制權交給啟動程序。MBR是由分區(qū)程序（如Fdiskexe）所產生的，它不依賴任何操作系統(tǒng)，而且硬盤引導程序也是可以改變的，從而實現(xiàn)多系統(tǒng)共存。    下面，我們以一個實例讓大家更直觀地來了解主引導記錄：    例：80 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00 在這里我們可以看到，最前面的“80”

7、是一個分區(qū)的激活標志，表示系統(tǒng)可引導；“01 01 00”表示分區(qū)開始的磁頭號為01，開始的扇區(qū)號為01，開始的柱面號為00；“0B”表示分區(qū)的系統(tǒng)類型是FAT32，其他比較常用的有04（FAT16）、07（NTFS）；“FE BF FC”表示分區(qū)結束的磁頭號為254，分區(qū)結束的扇區(qū)號為63、分區(qū)結束的柱面號為764；“3F 00 00 00”表示首扇區(qū)的相對扇區(qū)號為63；“7E 86 BB 00”表示總扇區(qū)數(shù)為12289622。2、DBR區(qū)     DBR（Dos Boot Record）是操作系統(tǒng)引導記錄區(qū)的意思。它通常位于硬盤的0磁道1柱面1扇區(qū)，是操作系統(tǒng)

8、可以直接訪問的第一個扇區(qū)，它包括一個引導程序和一個被稱為BPB（Bios Parameter Block）的本分區(qū)參數(shù)記錄表。引導程序的主要任務是當MBR將系統(tǒng)控制權交給它時，判斷本分區(qū)跟目錄前兩個文件是不是操作系統(tǒng)的引導文件（以DOS為例，即是Iosys和Msdossys）。如果確定存在，就把它讀入內存，并把控制權 交給該文件。BPB參數(shù)塊記錄著本分區(qū)的起始扇區(qū)、結束扇區(qū)、文件存儲格式、硬盤介質描述符、根目錄大小、FAT個數(shù)，分配單元的大小等重要參數(shù)。DBR是由高級格式化程序（即Formatcom等程序）所產生的。3、FAT區(qū)     在DBR之后的是我們比較熟

9、悉的FAT（File Allocation Table文件分配表）區(qū)。在解釋文件分配表的概念之前，我們先來談談簇（Cluster）的概念。文件占用磁盤空間時，基本單位不是字節(jié)而是簇。一般情況下，軟盤每簇是1個扇區(qū)，硬盤每簇的扇區(qū)數(shù)與硬盤的總容量大小有關，可能是4、8、16、32、64 同一個文件的數(shù)據(jù)并不一定完整地存放在磁盤的一個連續(xù)的區(qū)域內，而往往會分成若干段，像一條鏈子一樣存放。這種存儲方式稱為文件的鏈式存儲。由于硬盤上保存著段與段之間的連接信息（即FAT），操作系統(tǒng)在讀取文件時，總是能夠準確地找到各段的位置并正確讀出。 為了實現(xiàn)文件的鏈式存儲，硬盤上必須準確地記錄哪些簇已經被文件占用，還

10、必須為每個已經占用的簇指明存儲后繼內容的下一個簇的簇號。對一個文件的最后一簇，則要指明本簇無后繼簇。這些都是由FAT表來保存的，表中有很多表項，每項記錄一個簇的信息。由于FAT對于文件管理的重要性，所以FAT有一個備份，即在原FAT的后面再建一個同樣的FAT。初形成的FAT中所有項都標明為“未占用”，但如果磁盤有局部損壞，那么格式化程序會檢測出損壞的簇，在相應的項中標為“壞簇”，以后存文件時就不會再使用這個簇了。FAT的項數(shù)與硬盤上的總簇數(shù)相當，每一項占用的字節(jié)數(shù)也要與總簇數(shù)相適應，因為其中需要存放簇號。FAT的格式有多種，最為常見的是FAT16和FAT32。 4、DIR區(qū) 

11、;  DIR（Directory）是根目錄區(qū)，緊接著第二FAT表（即備份的FAT表）之后，記錄著根目錄下每個文件(目錄)的起始單元，文件的屬性等。定位文件位置時，操作系統(tǒng)根據(jù)DIR中的起始單元，結合FAT表就可以知道文件在硬盤中的具體位置和大小了。 5、數(shù)據(jù)(DATA)區(qū)     數(shù)據(jù)區(qū)是真正意義上的數(shù)據(jù)存儲的地方，位于DIR區(qū)之后，占據(jù)硬盤上的大部分數(shù)據(jù)空間。 一、硬盤的物理結構：     硬盤存儲數(shù)據(jù)是根據(jù)電、磁轉換原理實現(xiàn)的。硬盤由一個或幾個表面鍍有磁性物質的金屬或玻璃等物質盤片以及盤片兩面所安裝的

12、磁頭和相應的控制電路組成，其中盤片和磁頭密封在無塵的金屬殼中.   硬盤工作時，盤片以設計轉速高速旋轉，設置在盤片表面的磁頭則在電路控制下徑向移動到指定位置然后將數(shù)據(jù)存儲或讀取出來。當系統(tǒng)向硬盤寫入數(shù)據(jù)時，磁頭中“寫數(shù)據(jù)”電流產生磁場使盤片表面磁性物質狀態(tài)發(fā)生改變，并在寫電流磁場消失后仍能保持，這樣數(shù)據(jù)就存儲下來了；當系統(tǒng)從硬盤中讀數(shù)據(jù)時，磁頭經過盤片指定區(qū)域，盤片表面磁場使磁頭產生感應電流或線圈阻抗產生變化，經相關電路處理后還原成數(shù)據(jù)。因此只要能將盤片表面處理得更平滑、磁頭設計得更精密以及盡量提高盤片旋轉速度，就能造出容量更大、讀寫數(shù)據(jù)速度更快的硬盤。這是因為盤片表面處理

13、越平、轉速越快就能越使磁頭離盤片表面越近，提高讀、寫靈敏度和速度；磁頭設計越小越精密就能使磁頭在盤片上占用空間越小，使磁頭在一張盤片上建立更多的磁道以存儲更多的數(shù)據(jù)。 二、硬盤的邏輯結構：    硬盤由很多盤片(platter)組成，每個盤片的每個面都有一個讀寫磁頭。如果有N個盤片。就有2N個面，對應2N個磁頭(Heads)，從0、1、2開始編號。每個盤片被劃分成若干個同心圓磁道(邏輯上的，是不可見的。)每個盤片的劃分規(guī)則通常是一樣的。這樣每個盤片的半徑均為固定值R的同心圓再邏輯上形成了一個以電機主軸為軸的柱面(Cylinders)，從外至里編號為0、1

14、、2每個盤片上的每個磁道又被劃分為幾十個扇區(qū)(Sector)，通常的容量是512byte，并按照一定規(guī)則編號為1、2、3形成Cylinders×Heads×Sector個扇區(qū)。這三個參數(shù)即是硬盤的物理參數(shù)。我們下面的很多實踐需要深刻理解這三個參數(shù)的意義。    硬盤存儲數(shù)據(jù)是根據(jù)電、磁轉換原理實現(xiàn)的。硬盤由一個或幾個表面鍍有磁性物質的金屬或玻璃等物質盤片以及盤片兩面所安裝的磁頭和相應的控制電路組成(圖1)，其中盤片和磁頭密封在無塵的金屬殼中。三、磁盤引導原理：3.1 MBR(master boot record)扇區(qū)：計算機在按下power鍵以

15、后，開始執(zhí)行主板bios程序。進行完一系列檢測和配置以后。開始按bios中設定的系統(tǒng)引導順序引導系統(tǒng)。假定現(xiàn)在是硬盤。Bios執(zhí)行完自己的程序后如何把執(zhí)行權交給硬盤呢。交給硬盤后又執(zhí)行存儲在哪里的程序呢。其實，稱為mbr的一段代碼起著舉足輕重的作用。MBR(master boot record),即主引導記錄，有時也稱主引導扇區(qū)。位于整個硬盤的0柱面0磁頭1扇區(qū)(可以看作是硬盤的第一個扇區(qū))，bios在執(zhí)行自己固有的程序以后就會jump到mbr中的第一條指令。將系統(tǒng)的控制權交由mbr來執(zhí)行。在總共512byte的主引導記錄中，MBR的引導程序占了其中的前446個字節(jié)(偏移0H偏移1BDH)，隨

16、后的64個字節(jié)(偏移1BEH偏移1FDH)為DPT(Disk PartitionTable，硬盤分區(qū)表)，最后的兩個字節(jié)“55 AA”(偏移1FEH偏移1FFH)是分區(qū)有效結束標志。MBR不隨操作系統(tǒng)的不同而不同，意即不同的操作系統(tǒng)可能會存在相同的MBR，即使不同，MBR也不會夾帶操作系統(tǒng)的性質。具有公共引導的特性。MBR扇區(qū)代碼     你的硬盤的MBR引導代碼可能并非這樣。不過即使不同，所執(zhí)行的功能大體是一樣的。這里找wowocock關于磁盤mbr的反編譯，已加了詳細的注釋，感興趣可以細細研究一下。    我們看DPT部分。操作系

17、統(tǒng)為了便于用戶對磁盤的管理。加入了磁盤分區(qū)的概念。即將一塊磁盤邏輯劃分為幾塊。磁盤分區(qū)數(shù)目的多少只受限于CZ的英文字母的數(shù)目，在上圖DPT共64個字節(jié)中如何表示多個分區(qū)的屬性呢?microsoft通過鏈接的方法解決了這個問題。在DPT共64個字節(jié)中，以16個字節(jié)為分區(qū)表項單位描述一個分區(qū)的屬性。也就是說，第一個分區(qū)表項描述一個分區(qū)的屬性，一般為基本分區(qū)。第二個分區(qū)表項描述除基本分區(qū)外的其余空間，一般而言，就是我們所說的擴展分區(qū)。   DPT代碼分析   注：上表中的超過1字節(jié)的數(shù)據(jù)都以實際數(shù)據(jù)顯示，就是按高位到地位的方式顯示。存儲時是按低位到高位存儲的。兩者表現(xiàn)不同，請仔細

18、看清楚。以后出現(xiàn)的表，圖均同。也可以在winhex中看到這些參數(shù)的意義：           說明： 每個分區(qū)表項占用16個字節(jié)，假定偏移地址從0開始。如圖3的分區(qū)表項3。分區(qū)表項4同分區(qū)表項3。1、0H偏移為活動分區(qū)是否標志，只能選00H和80H。80H為活動，00H為非活動。其余值對microsoft而言為非法值。2、重新說明一下(這個非常重要)：大于1個字節(jié)的數(shù)被以低字節(jié)在前的存儲格式格式(little endian format)或稱反字節(jié)順序保存下來。低字節(jié)在前的格式是一種保存數(shù)的方法，這樣，最

19、低位的字節(jié)最先出現(xiàn)在十六進制數(shù)符號中。例如，相對扇區(qū)數(shù)字段的值0x3F000000的低字節(jié)在前表示為0x0000003F。這個低字節(jié)在前的格式數(shù)的十進制數(shù)為63。3、系統(tǒng)在分區(qū)時，各分區(qū)都不允許跨柱面，即均以柱面為單位，這就是通常所說的分區(qū)粒度。有時候我們分區(qū)是輸入分區(qū)的大小為7000M，分出來卻是6997M，就是這個原因。 偏移2H和偏移6H的扇區(qū)和柱面參數(shù)中,扇區(qū)占6位(bit)，柱面占10位(bit)，以偏移6H為例，其低6位用作扇區(qū)數(shù)的二進制表示。其高兩位做柱面數(shù)10位中的高兩位，偏移7H組成的8位做柱面數(shù)10位中的低8位。由此可知，實際上用這種方式表示的分區(qū)容量是有限的，柱面和磁頭從

20、0開始編號,扇區(qū)從1開始編號,所以最多只能表示1024個柱面×63個扇區(qū)×256個磁頭×512byte=8455716864byte。即通常的8.4GB(實際上應該是7.8GB左右)限制。實際上磁頭數(shù)通常只用到255個(由匯編語言的尋址寄存器決定),即使把這3個字節(jié)按線性尋址，依然力不從心。 在后來的操作系統(tǒng)中，超過8.4GB的分區(qū)其實已經不通過C/H/S的方式尋址了。而是通過偏移CH偏移FH共4個字節(jié)32位線性扇區(qū)地址來表示分區(qū)所占用的扇區(qū)總數(shù)?？芍ㄟ^4個字節(jié)可以表示232個扇區(qū)，即2TB=2048GB，目前對于大多數(shù)計算機而言，這已經是個天文數(shù)字了。在未超過

21、8.4GB的分區(qū)上，C/H/S的表示方法和線性扇區(qū)的表示方法所表示的分區(qū)大小是一致的。也就是說，兩種表示方法是協(xié)調的。即使不協(xié)調，也以線性尋址為準。(可能在某些系統(tǒng)中會提示出錯)。超過8.4GB的分區(qū)結束C/H/S一般填充為FEH FFH FFH。即C/H/S所能表示的最大值。有時候也會用柱面對1024的模來填充。不過這幾個字節(jié)是什么其實都無關緊要了。雖然現(xiàn)在的系統(tǒng)均采用線性尋址的方式來處理分區(qū)的大小。但不可跨柱面的原則依然沒變。本分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)加上與前一分區(qū)之間的保留扇區(qū)數(shù)目依然必須是柱面容量的整數(shù)倍。(保留扇區(qū)中的第一個扇區(qū)就是存放分區(qū)表的MBR或虛擬MBR的扇區(qū)，分區(qū)的扇區(qū)總數(shù)在線性表示

22、方式上是不計入保留扇區(qū)的。如果是第一個分區(qū)，保留扇區(qū)是本分區(qū)前的所有扇區(qū)。附：分區(qū)表類型標志如圖43.2 擴展分區(qū)  擴展分區(qū)中的每個邏輯驅動器都存在一個類似于MBR的擴展引導記錄( Extended Boot Record, EBR)，也有人稱之為虛擬mbr或擴展mbr，意思是一樣的。擴展引導記錄包括一個擴展分區(qū)表和該扇區(qū)的標簽。擴展引導記錄將記錄只包含擴展分區(qū)中每個邏輯驅動器的第一個柱面的第一面的信息。一個邏輯驅動器中的引導扇區(qū)一般位于相對扇區(qū)32或63。但是，如果磁盤上沒有擴展分區(qū)，那么就不會有擴展引導記錄和邏輯驅動器。第一個邏輯驅動器的擴展分區(qū)表中的第一項指向它自身的引導扇區(qū)。第二項指向下一個邏輯驅動器的EBR。如果不存在進一步的邏輯驅動器，第二項就不會使用，而且被記錄成一系列零。如果有附加的邏輯驅動器，那么第二個邏輯驅動器的擴展分區(qū)表的第一項會指向它本身的引導扇區(qū)。第二個邏輯驅動器的擴展分區(qū)表的第二項指向下