硬盘分区表知识

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1、硬盘是现在计算机上最常用的存储器之一。我们都知道，计算机之所以神奇，是因为它具 有高速分析处理数据的能力。而这些数据都以文件的形式存储在硬盘里。不过，计算机可 不像人那么聪明。在读取相应的文件时，你必须要给出相应的规则。这就是分区概念。 分区从实质上说就是对硬盘的一种格式化。当我们创建分区时，就已经设置好了硬盘的各 项物理参数，指定了硬盘主引导记录（即 Master Boot Record，一般简称为 MBR）和引 导记录备份的存放位置。而对于文件系统以及其他操作系统管理硬盘所需要的信息则是通 过以后的高级格式化，即 Format 命令来实现。面、磁道和扇区硬盘分区后，将会被划分 为面（Sid

2、e）、磁道（Track）和扇区（Sector）。需要注意的是，这些只是个虚拟的概念， 并不是真正在硬盘上划轨道。 先从面说起，硬盘一般是由一片或几片圆形薄膜叠加而成。我们所说，每个圆形薄膜都有 两个“面”，这两个面都是用来存储数据的。按照面的多少，依次称为 0 面、1 面、2 面 由于每个面都专有一个读写磁头，也常用 0 头(head)、1 头称之。按照硬盘容量和规 格的不同，硬盘面数(或头数)也不一定相同，少的只有 2 面，多的可达数十面。各面上磁 道号相同的磁道合起来，称为一个柱面(Cylinder)。 上面我们提到了磁道的概念。那么究竟何为磁道呢？由于磁盘是旋转的，则连续写入的数 据是排

3、列在一个圆周上的。我们称这样的圆周为一个磁道。如果读写磁头沿着圆形薄膜的 半径方向移动一段距离，以后写入的数据又排列在另外一个磁道上。根据硬盘规格的不同， 磁道数可以从几百到数千不等；一个磁道上可以容纳数 KB 的数据，而主机读写时往往并 不需要一次读写那么多，于是，磁道又被划分成若干段，每段称为一个扇区。一个扇区一 般存放 512 字节的数据。扇区也需要编号，同一磁道中的扇区，分别称为 1 扇区，2 扇 区 计算机对硬盘的读写，处于效率的考虑，是以扇区为基本单位的。即使计算机只需要硬盘 上存储的某个字节，也必须一次把这个字节所在的扇区中的 512 字节全部读入内存，再使 用所需的那个字节。不

4、过，在上文中我们也提到，硬盘上面、磁道、扇区的划分表面上是 看不到任何痕迹的，虽然磁头可以根据某个磁道的应有半径来对准这个磁道，但怎样才能 在首尾相连的一圈扇区中找出所需要的某一扇区呢？原来，每个扇区并不仅仅由 512 个字 节组成的，在这些由计算机存取的数据的前、后两端，都另有一些特定的数据，这些数据 构成了扇区的界限标志，标志中含有扇区的编号和其他信息。计算机就凭借着这些标志来 识别扇区。硬盘的数据结构 在上文中，我们谈了数据在硬盘中的存储的一般原理。为了能 更深入地了解硬盘，我们还必须对硬盘的数据结构有个简单的了解。硬盘上的数据按照其 不同的特点和作用大致可分为 5 部分：MBR 区、D

5、BR 区、FAT 区、DIR 区和 DATA 区。 我们来分别介绍一下： 1、MBR 区区 MBR（Main Boot Record 主引导记录区）位于整个硬盘的 0 磁道 0 柱面 1 扇区。不过， 在总共 512 字节的主引导扇区中，MBR 只占用了其中的 446 个字节，另外的 64 个字节交 给了 DPT（Disk Partition Table 硬盘分区表），最后两个字节“55，AA”是分区的结束标志。 这个整体构成了硬盘的主引导扇区。 主引导记录中包含了硬盘的一系列参数和一段引导程序。其中的硬盘引导程序的主要作用 是检查分区表是否正确并且在系统硬件完成自检以后引导具有激活标志的分区

6、上的操作系 统，并将控制权交给启动程序。MBR 是由分区程序（如 Fdiskexe）所产生的，它不依 赖任何操作系统，而且硬盘引导程序也是可以改变的，从而实现多系统共存。 下面，我们以一个实例让大家更直观地来了解主引导记录： 例：例：80 01 01 00 0B FE BF FC 3F 00 00 00 7E 86 BB 00 在这里我们可以看到，最前面的 “80”是一个分区的激活标志，表示系统可引导；“01 01 00”表示分区开始的磁头号为 01， 开始的扇区号为 01，开始的柱面号为 00；“0B”表示分区的系统类型是 FAT32，其他比较 常用的有 04（FAT16）、07（NTFS）

7、；“FE BF FC”表示分区结束的磁头号为 254，分区 结束的扇区号为 63、分区结束的柱面号为 764；“3F 00 00 00”表示首扇区的相对扇区号为 63；“7E 86 BB 00”表示总扇区数为 12289622。 2、DBR 区区 DBR（Dos Boot Record）是操作系统引导记录区的意思。它通常位于硬盘的 0 磁道 1 柱 面 1 扇区，是操作系统可以直接访问的第一个扇区，它包括一个引导程序和一个被称为 BPB（Bios Parameter Block）的本分区参数记录表。引导程序的主要任务是当 MBR 将系 统控制权交给它时，判断本分区跟目录前两个文件是不是操作系统

8、的引导文件（以 DOS 为例，即是 Iosys 和 Msdossys）。如果确定存在，就把它读入内存，并把控制权 交 给该文件。BPB 参数块记录着本分区的起始扇区、结束扇区、文件存储格式、硬盘介质描 述符、根目录大小、FAT 个数，分配单元的大小等重要参数。DBR 是由高级格式化程序 （即 Formatcom 等程序）所产生的。 3、FAT 区区 在 DBR 之后的是我们比较熟悉的 FAT（File Allocation Table 文件分配表）区。在解释文 件分配表的概念之前，我们先来谈谈簇（Cluster）的概念。文件占用磁盘空间时，基本单 位不是字节而是簇。一般情况下，软盘每簇是 1

9、个扇区，硬盘每簇的扇区数与硬盘的总容 量大小有关，可能是 4、8、16、32、64 同一个文件的数据并不一定完整地存放在磁 盘的一个连续的区域内，而往往会分成若干段，像一条链子一样存放。这种存储方式称为 文件的链式存储。由于硬盘上保存着段与段之间的连接信息（即 FAT），操作系统在读取 文件时，总是能够准确地找到各段的位置并正确读出。 为了实现文件的链式存储，硬盘上 必须准确地记录哪些簇已经被文件占用，还必须为每个已经占用的簇指明存储后继内容的 下一个簇的簇号。对一个文件的最后一簇，则要指明本簇无后继簇。这些都是由 FAT 表来 保存的，表中有很多表项，每项记录一个簇的信息。由于 FAT 对于

10、文件管理的重要性，所 以 FAT 有一个备份，即在原 FAT 的后面再建一个同样的 FAT。初形成的 FAT 中所有项都 标明为“未占用”，但如果磁盘有局部损坏，那么格式化程序会检测出损坏的簇，在相应的 项中标为“坏簇”，以后存文件时就不会再使用这个簇了。FAT 的项数与硬盘上的总簇数相 当，每一项占用的字节数也要与总簇数相适应，因为其中需要存放簇号。FAT 的格式有多 种，最为常见的是 FAT16 和 FAT32。 4、DIR 区区 DIR（Directory）是根目录区，紧接着第二 FAT 表（即备份的 FAT 表）之后，记录着根目 录下每个文件(目录)的起始单元，文件的属性等。定位文件位

11、置时，操作系统根据 DIR 中 的起始单元，结合 FAT 表就可以知道文件在硬盘中的具体位置和大小了。 5、数据、数据(DATA)区区 数据区是真正意义上的数据存储的地方，位于 DIR 区之后，占据硬盘上的大部分数据空间。 一、硬盘的物理结构：一、硬盘的物理结构： 硬盘存储数据是根据电、磁转换原理实现的。硬盘由一个或几个表面镀有磁性物质的金 属或玻璃等物质盘片以及盘片两面所安装的磁头和相应的控制电路组成(图 1)，其中盘片和 磁头密封在无尘的金属壳中。 硬盘工作时，盘片以设计转速高速旋转，设置在盘片表面的磁头则在电路控制下径向移动 到指定位置然后将数据存储或读取出来。当系统向硬盘写入数据时，磁

12、头中“写数据”电流 产生磁场使盘片表面磁性物质状态发生改变，并在写电流磁场消失后仍能保持，这样数据 就存储下来了；当系统从硬盘中读数据时，磁头经过盘片指定区域，盘片表面磁场使磁头 产生感应电流或线圈阻抗产生变化，经相关电路处理后还原成数据。因此只要能将盘片表 面处理得更平滑、磁头设计得更精密以及尽量提高盘片旋转速度，就能造出容量更大、读 写数据速度更快的硬盘。这是因为盘片表面处理越平、转速越快就能越使磁头离盘片表面 越近，提高读、写灵敏度和速度；磁头设计越小越精密就能使磁头在盘片上占用空间越小， 使磁头在一张盘片上建立更多的磁道以存储更多的数据。 二、硬盘的逻辑结构：二、硬盘的逻辑结构： 硬盘

13、由很多盘片(platter)组成，每个盘片的每个面都有一个读写磁头。如果有 N 个盘片。 就有 2N 个面，对应 2N 个磁头(Heads)，从 0、1、2 开始编号。每个盘片被划分成若干个 同心圆磁道(逻辑上的，是不可见的。)每个盘片的划分规则通常是一样的。这样每个盘片 的半径均为固定值 R 的同心圆再逻辑上形成了一个以电机主轴为轴的柱面(Cylinders)，从 外至里编号为 0、1、2每个盘片上的每个磁道又被划分为几十个扇区(Sector)，通常的 容量是 512byte，并按照一定规则编号为 1、2、3形成 CylindersHeadsSector 个扇 区。这三个参数即是硬盘的物理参

14、数。我们下面的很多实践需要深刻理解这三个参数的意 义。 硬盘存储数据是根据电、磁转换原理实现的。硬盘由一个或几个表面镀有磁性物质的金属 或玻璃等物质盘片以及盘片两面所安装的磁头和相应的控制电路组成(图 1)，其中盘片和磁 头密封在无尘的金属壳中。 三、磁盘引导原理：三、磁盘引导原理： 3.1 MBR(master boot record)扇区： 计算机在按下 power 键以后，开始执行主板 bios 程序。进行完一系列检测和配置以 后。开始按 bios 中设定的系统引导顺序引导系统。假定现在是硬盘。Bios 执行完自己的程 序后如何把执行权交给硬盘呢。交给硬盘后又执行存储在哪里的程序呢。其实

15、，称为 mbr 的一段代码起着举足轻重的作用。MBR(master boot record),即主引导记录，有时也称主 引导扇区。位于整个硬盘的 0 柱面 0 磁头 1 扇区(可以看作是硬盘的第一个扇区)，bios 在 执行自己固有的程序以后就会 jump 到 mbr 中的第一条指令。将系统的控制权交由 mbr 来 执行。在总共 512byte 的主引导记录中，MBR 的引导程序占了其中的前 446 个字节(偏移 0H偏移 1BDH)，随后的 64 个字节(偏移 1BEH偏移 1FDH)为 DPT(Disk PartitionTable，硬盘分区表)，最后的两个字节“55 AA”(偏移 1FE

16、H偏移 1FFH)是分区有 效结束标志。 MBR 不随操作系统的不同而不同，意即不同的操作系统可能会存在相同的 MBR，即 使不同，MBR 也不会夹带操作系统的性质。具有公共引导的特性。 我们来分析一段 mbr。下面是用 winhex 查看的一块希捷 120GB 硬盘的 mbr。 MBR 扇区代码扇区代码 你的硬盘的 MBR 引导代码可能并非这样。不过即使不同，所执行的功能大体是一样的。 这里找 wowocock 关于磁盘 mbr 的反编译，已加了详细的注释，感兴趣可以细细研究一下。 我们看 DPT 部分。操作系统为了便于用户对磁盘的管理。加入了磁盘分区的概念。即将一 块磁盘逻辑划分为几块。磁盘分区数目的多少只受限于 CZ 的英文字母的数目，在上图 DPT 共 64 个字节中如何表示多个分区的属性呢?microsoft 通过链接的方法解决了这个问 题。在 DPT 共 64 个字节中，以 16 个字节为分区表项单位描述一个分区的属性。也就是 说，第一个分区表项描述一个分区的属性，一般为基本分区。第二个分区表项描述除基本 分区外的其余空间