深入剖析硬盤數據部分結構
一塊硬盤最重要的兩部分就是存儲介質和電路板了,存儲介質又叫做硬盤數據部分。硬盤數據部分又分為五個區(qū),為了讓大家更直觀地了解硬盤,筆者分析了一下這五個區(qū)所起的作用。
硬盤上的數據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)。
(1)MBR區(qū)
MBR(Main Boot Record),按其字面上的理解即為主引導記錄區(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)(偏移0--偏移1BDH),另外的64個字節(jié)(偏移1BEH--偏移1FDH)交給了DPT(Disk Partition Table硬盤分區(qū)表)(見下表),最后兩個字節(jié)"55,AA"(偏移1FEH- 偏移1FFH)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)。
主引導記錄中包含了硬盤的一系列參數和一段引導程序。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Fdisk.com)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,從而實現多系統(tǒng)共存。
偏移 長度 所表達的意義
0 字節(jié) 分區(qū)狀態(tài):如0-->非活動分區(qū)
80--> 活動分區(qū)
1 字節(jié) 該分區(qū)起始頭(HEAD)
2 字 該分區(qū)起始扇區(qū)和起始柱面
4 字節(jié) 該分區(qū)類型:如82--> Linux Native分區(qū)
83--> Linux Swap 分區(qū)
5 字節(jié) 該分區(qū)終止頭(HEAD)
6 字 該分區(qū)終止扇區(qū)和終止柱面
8 雙字 該分區(qū)起始絕對分區(qū)
C 雙字 該分區(qū)扇區(qū)數
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"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)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Io.sys和Msdos.sys)。如果確定存在,就把其讀入內存,并把控制權 交給該文件。BPB參數塊記錄著本分區(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,分配單元的大小等重要參數。
(3)FAT區(qū)
在DBR之后的是我們比較熟悉的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。簇的大小與磁盤的規(guī)格有關,一般情況下,軟盤每簇是1個扇區(qū),硬盤每簇的扇區(qū)數與硬盤的總容量大小有關,可能是4、8、16、32、64……
通過上文我們已經知道,同一個文件的數據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。硬盤上的文件常常要進行創(chuàng)建、刪除、增長、縮短等操作。這樣操作做的越多,盤上的文件就可能被分得越零碎(每段至少是1簇)。但是,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。不過,這種以簇為單位的存儲法也是有其缺陷的。這主要表現在對空間的利用上。每個文件的最后一簇都有可能有未被完全利用的空間(稱為尾簇空間)。一般來說,當文件個數比較多時,平均每個文件要浪費半個簇的空間。 好了,我們言歸正傳,為了實現文件的鏈式存儲,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。