数据恢复概述及硬盘结构课件.ppt

1、数据恢复概述及硬盘结构今日专题今日专题数据存储介质n电存储技术：电存储技术主要是指半导体存储器SCM，根据其工作方式不同，可分为随机存储器（RAM）与只读存储器（ROM）数据存储介质n随机存储器（RAM）1.静态RAM2.动态RAMn只读存储器（ROM）1.掩模式ROM：厂家做好内容后不能更改。2.可编程ROM：用户只能写入一次，写入后不能在更改3.可擦写PROM：通常工作时只能读取信息，但可以用紫外线擦除以有信息，并在专用设备上高压写入信息。4.电擦写PROM：用户可以通过程序的控制进行读写操作，我们常说的（FLASH）闪存。数据存储介质n讨论：日常生活中存在哪些利用电存储技术的存储芯片？举

2、例说明。数据存储介质n磁存储技术 磁存储主要是指磁表面存储器MSM。磁表面存储器是用非磁性金属或塑料做基体，在起表面涂敷、电镀、沉积或溅射一层很薄的高导磁率、硬矩磁材料的磁面，用磁层的两种剩磁状态记录信息“0”和“1”。基体和磁层合称为磁记录介质。依记录介质的形状可分别称为：1.磁卡存储器2.磁带存储器3.磁鼓存储器4.磁盘存储器数据存储介质n光存储技术 目前我们所能接触的光存储设备有：1.CD-ROM 只读光盘；2.CD-R 允许用户自己写一次的CD；3.CD-RW 多次读写光盘，采用CD-R的格式；4.MO 永磁光盘，可以重复读写，数据保存长达100年；相应的DVD产品可以视为 CD的后代

3、。数据存储介质n各种存储技术的速度比较 电存储磁存储光存储思考：在我们的计算机系统中，存储速度最快的部件，是什么？是内存？硬盘？还是其他？数据恢复技术总论n数据的内涵 我们在这里所说的数据，只指计算机数据。“数据”是一个广泛的概念，包括了计算机文件系统和数据库系统中存储的各种数据，正文、图形、声音，还包括存放或管理这些信息的硬件信息，如计算机硬件及其网络地址，网络结构、网络服务等。数据恢复技术总论n数据恢复的定义：数据恢复就是把遭受破坏、或由硬件缺陷导致不可访问，或者不可获得，或者由于误操作等各种原因导致丢失的数据还原成正常的数据。数据出现问题主要包括两大类：即逻辑问题与硬件问题，相应的恢复也

4、分别称为软恢复和硬恢复。软恢复：指一切可以通过“软”的方式进行的恢复，不涉及硬件修理的数据恢复。如病毒感染、误格式化、误删除、等等。硬恢复：涉及硬件修理、由硬件损坏或者失效造成的数据恢复。如磁道损坏、磁盘划伤、磁组损坏、电路板芯片等等。数据恢复技术总论n数据恢复的服务范围不能进入系统磁盘出现坏到分区丢失文件丢失密码丢失文档不能打开，或打开后是乱码数据恢复技术总论n数据恢复的一般原则1.备份当前尚能正常工作的驱动器上的所有数据。2.将损坏的硬盘拿到正常的相同的操作系统下，如果条件允许，取下该硬盘，安装一个新的硬盘，在重新挂上坏硬盘之前对硬盘分区格式化，并确信立即更改CMOS设置。3.调查使用者。

5、了解详细情况。4.如果可能，备份所有扇区。5.准备扇区编辑工具，如WinHex等。6.尽可能得到使用者的关键文件信息。数据恢复技术总论n硬盘数据恢复与硬盘修理的区别与联系数据恢复技术总论n硬盘的修理与数据恢复的比较硬盘硬件维修数据恢复目的硬件正常工作得到数据方式维修软硬结合工具测量仪器、烙铁等系统软件、工具软件等代价不大于新硬件的成本与硬件无关，取决于数据。成本修理费用智能劳动数据恢复技术总论n硬盘数据的保护方式操作系统提供的系统还原功能随机赠送的系统恢复光盘GHOST杀毒软件提供的系统备份硬盘保护卡主板BIOS内置的系统保护虚拟还原工具软件硬盘保护与数据恢复重点：随机赠送的系统恢复光盘、GH

6、OST、虚拟还原工具软件、硬盘保护 卡。数据恢复技术总论n软件界面：数据恢复技术总论n软件界面：数据恢复技术总论n硬盘缺陷通常我们把硬盘的缺陷分为六大类：坏扇区（Bad sector)磁道饲服缺陷（Track Servo defect）磁头组件缺陷（Heads assembly defect）系统信息错乱（Service information destruction）电子线路缺陷（The board of electronics defect）综合性能缺陷（Complex reliability defect）硬盘基础知识n常见的硬盘品牌希捷迈拓西部数据三星日立（IBM）富士通现在常见的是前

7、面五种品牌。硬盘基础知识n常见的硬盘类型PATA（IDE）SATA SCSI SCSI的英文名称是“Small Computer System Interface”,中文翻译为“小型计算机系统专用接口”;顾名思义,这是为了小型计算机设计的扩充接口,它可以让计算机加装其他外设设备以提高系统性能或增加新的功能,例如硬盘、光驱、扫描仪等。硬盘基础知识n硬盘结构 硬盘基础知识n硬盘结构硬盘基础知识n硬盘外部结构 硬盘是一个集机、电、磁于一体的高精度系统。硬盘基础知识n硬盘产品标签硬盘基础知识n硬盘产品标签硬盘基础知识n硬盘电路板部分硬盘基础知识n硬盘内部结构 硬盘内部结构由固定面板、控制电路和板、磁头

8、、盘片、主轴、电机、接口及其它附件组成其中磁头盘片组件是构成硬盘的核心，它封装在盘的净化腔体内，包括有浮动磁头组件、磁头驱动机构、盘片、主轴驱动装置及前置读写控制电路这几个部份。如下图：硬盘基础知识n硬盘内部结构 硬盘基础知识n细看硬盘内部结构 硬盘基础知识n磁头组件。这个组件是硬盘中最精密的部位之一，它由读写磁头、传动手臂、传动轴三部份组成。磁头是硬盘技术中最重要和关键的一环，实际上是集成工艺制成的多个磁头的组合，它采用了非接触式头、盘结构，加后电在高速旋转的磁盘表面移动，与盘片之间的间隙只有0.10.3um，这样可以获得很好的数据传输率。现在转速为7200RPM的硬盘飞高一般都低于0.3u

9、m，以利于读取较大的高信噪比信号，提供数据传输率的可靠性。硬盘基础知识n硬盘的工作原理，它是利用特定的磁粒子的极性来记录数据。磁头在读取数据时，将磁粒子的不同极性转换成不同的电脉冲信号，再利用数据转换器将这些原始信号变成电脑可以使用的数据，写的操作正好与此相反。从下图 中我们也可以看出，西数WD200BB硬盘采用单碟双磁头设计，但该磁头组件却能支持四个磁头，注意其中有两个磁头传动手臂没有安装磁头。硬盘基础知识n硬盘磁头及附属组件 硬盘基础知识n磁头驱动机构。盘硬的寻道是靠移动磁头，而移动磁头则需要该机构驱动才能实现。磁头驱动机构由电磁线圈电机、磁头驱动小车、防震动装置构成，高精度的轻型磁头驱动

10、机构能够对磁头进行正确的驱动和定位，并能在很短的时间内精确定位系统指令指定的磁道。硬盘基础知识n其中电磁线圈电机包含着一块永久磁铁，这是磁头驱动机构对传动手臂起作用的关键，磁铁的吸引力足起吸住并吊起拆硬盘使用的螺丝刀。防震动装置在老硬盘中没有，它的作用是当硬盘受动强裂震动时，对磁头及盘片起到一定的保护使用，以避免磁头将盘片刮伤等情况的发生。这也是为什么旧硬盘的防震能力比现在新硬秀盘差多的缘故。硬盘基础知识硬盘基础知识n磁盘片。盘片是硬盘存储数据的载体，现在硬盘盘片大多采用金属薄膜材料，这种金属薄膜较软盘的不连续颗粒载体具有更高的存储密度、高剩磁及高矫顽力等优点。另外，IBM还有一种被称为“玻璃

11、盘片”的材料作为盘片基质，玻璃盘片比普通盘片在运行时具有更好的稳定性。从下图可以发现，硬盘盘片是完全平整的，可以当镜子使用。硬盘基础知识硬盘基础知识n主轴组件。主轴组件包括主轴部件如轴承和驱动电机等。随着硬盘容量的扩大和速度的提高，主轴电机的速度也在不断提升，有厂商开始采用精密机械工业的液态轴承电机技术（FDB）。采用FDB电机不仅可以使硬盘的工作噪音降低许多，而且还可以增加硬盘的工作稳定性。硬盘基础知识n硬盘主轴组件图硬盘基础知识n前置控制电路。前置电路控制磁头感应的信号、主轴电机调速、磁头驱动和伺服定位等，由于磁头读取的信号微弱，将放大电路密封在腔体内可减少外来信号的干扰，提高操作指令的准

12、确性。硬盘基础知识n控制电路。硬盘的控制电路位于硬盘背面，将背面电路板的安装螺丝拧下，翻开控制电路板即可见到控制电路。硬盘基础知识n硬盘控制电路图片硬盘基础知识n硬盘控制电路图片硬盘基础知识n硬盘控制电路总得来说可以分为如下几个部份：主控制芯片、数据传输芯片、高速数据缓存芯片等，其中主控制芯片负责硬盘数据读写指令等工作。硬盘基础知识n对于SATA接口的硬盘，其内部结构与PATA内部结构是一样的。只是它们的对外接口不一样。硬盘基础知识nSATA硬盘与传统硬盘在接口上有很大差异，SATA硬盘采用7针细线缆而不是大家常见的40/80针扁平硬盘线作为传输数据的通道(图1)。细线缆的优点在于它很细，因此

13、弯曲起来非常容易。而传统的硬盘线弯曲起来就非常困难，由于很宽，还经常会造成某个局部散热不良。而细线缆就不存在这些缺点，它不会妨碍机箱内部的空气流动，这样就避免了热区的产生，从而提高了整个系统的稳定性。接下来用细线缆将SATA硬盘连接到接口卡或主板上的SATA接口上。由于SATA采用了点对点的连接方式，每个SATA接口只能连接一块硬盘，因此不必像并行硬盘那样设置跳线了，系统自动会将SATA硬盘设定为主盘硬盘基础知识n硬盘的逻辑结构：盘片磁道柱面扇区容量硬盘基础知识n盘片 盘片是硬盘中承载数据存储的介质，硬盘是由多个盘片叠加在一起，互相之间由垫圈隔开。硬盘盘片是以坚固耐用的材料为盘基，其上在附着磁

14、性物质，表面被加工的相当平滑。因为盘片在硬盘内部高速旋转（有5400转、7200转、10000转，甚至15000转），因此制作盘片的材料硬度和耐磨性要求很高，所以一般采用合金材料，多数为铝合金。硬盘基础知识n磁道 磁盘在格式化时被分成许多同心圆，这些同心圆轨迹叫做磁道（track).磁道从外向内自0开始顺序编号。硬盘的每一个盘面有3001024个磁道，新式大容量硬盘每面的磁道数就更多了。这些磁道用肉眼是根本看不到的，因为它们仅是盘面上以特殊方式磁化了的一些磁化区，磁盘上的信息便是沿着这样的轨道存放的。相邻磁道之间并不是紧挨着的，这是因为磁化单元相隔太近时磁性会相互产生影响，同时也为磁头的读写带

15、来困难。一张1.44MB的3.5英寸软盘，一面有80个磁道，而硬盘上的磁道密度则远远大于此值，通常一面有成千上万个磁道。硬盘基础知识n磁道硬盘基础知识n柱面 所有盘面上的同一磁道构成一个圆柱，通常称作柱面。每个圆柱上的磁头，由上而下从“0”开始编号。数据的读写是按柱面进行的。即磁头在读写数据时首先在同一柱面内从“0”磁头开始进行操作，依次向下在同一柱面的不同盘面即磁头上进行操作。只在同一柱面所有的磁头全部读写完毕后才移动磁头转移到下一柱面。硬盘基础知识n扇区 操作系统是以扇区（sector）形式将信息存储在硬盘上。每个扇区包括512字节的数据和一些其他信息。一个扇区有两个主要部分：存储数据地点

16、的标识符存储数据的数据段如下图所示：硬盘基础知识硬盘基础知识n容量 硬盘的容量由盘面数（磁头数）、柱面数、和扇区数决定，其计算公式为：硬盘容量=盘面数*柱面数*扇区数*512字节注：为什么一块40G的硬盘，显示的时候，却只有37G呢？这是因为由于表 示方法不标准造成的。硬盘基础知识n硬盘的发展历史简介 说起硬盘的历史，我们不能不首先提到蓝色巨人IBM所发挥的重要作用，正是IBM发明了硬盘，并且为硬盘的发展做出了一系列重大贡献。在发明磁盘系统之前，计算机使用穿孔纸带、磁带等来存储程序与数据，这些存储方式不仅容量低、速度慢，而且有个大缺陷：它们都是顺序存储，为了读取后面的数据，必须从头开始读，无法

17、实现随机存取数据。硬盘基础知识n硬盘的发展历史简介 在1956年9月，IBM向世界展示了第一台商用硬盘IBM 350 RAMAC（Random Access Method of Accounting and Control），这套系统的总容量只有5MB，却是使用了50个直径为24英寸的磁盘组成的庞然大物。而在1968年IBM公司又首次提出了“温彻斯特”Winchester技术。“温彻斯特”技术的精髓是：“使用密封、固定并高速旋转的镀磁盘片，磁头沿盘片径向移动，磁头磁头悬浮在高速转动的盘片上方，而不与盘片直接接触”，这便是现代硬盘的原型。在1973年IBM公司制造出第一台采用“温彻期特”技术制造

18、的硬盘，从此硬盘技术的发展有了正确的结构基础。1979年，IBM再次发明了薄膜磁头，为进一步减小硬盘体积、增大容量、提高读写速度提供了可能。70年代末与80年代初是微型计算机的萌芽时期，包括希捷、昆腾、迈拓在内的许多著名硬盘厂商都诞生于这一段时间。1979年，IBM的两位员工Alan Shugart和Finis Conner决定要开发像5.25英寸软驱那样大小的硬盘驱动器，他们离开IBM后组建了希捷公司，次年，希捷发布了第一款适合于微型计算机使用的硬盘，容量为5MB，体积与软驱相仿。硬盘基础知识nIBM 10MB硬盘的内部结构图 硬盘基础知识nIBM 10MB硬盘的外观图 硬盘基础知识n硬盘的

19、接口总类IDESerial ATASCSIFibreChannelIEEE1394USB硬盘基础知识nIDE IDE的英文全称为“Integrated Drive Electronics”，即“电子集成驱动器”，它的本意是指把“硬盘控制器”与“盘体”集成在一起的硬盘驱动器。把盘体与控制器集成在一起的做法减少了硬盘接口的电缆数目与长度，数据传输的可靠性得到了增强，硬盘制造起来变得更容易，因为硬盘生产厂商不需要再担心自己的硬盘是否与其它厂商生产的控制器兼容。对用户而言，硬盘安装起来也更为方便。IDE这一接口技术从诞生至今就一直在不断发展，性能也不断的提高，其拥有的价格低廉、兼容性强的特点，为其造就

20、了其它类型硬盘无法替代的地位。IDE代表着硬盘的一种类型，但在实际的应用中，人们也习惯用IDE来称呼最早出现IDE类型硬盘ATA-1，这种类型的接口随着接口技术的发展已经被淘汰了，而其后发展分支出更多类型的硬盘接口，比如ATA、Ultra ATA、DMA、Ultra DMA等接口都属于IDE硬盘。硬盘基础知识nSerial ATA 使用SATA（Serial ATA）口的硬盘又叫串口硬盘，是未来PC机硬盘的趋势。2001年，由Intel、APT、Dell、IBM、希捷、迈拓这几大厂商组成的Serial ATA委员会正式确立了Serial ATA 1.0规范，2002年，虽然串行ATA的相关设备

21、还未正式上市，但Serial ATA委员会已抢先确立了Serial ATA 2.0规范。Serial ATA采用串行连接方式，串行ATA总线使用嵌入式时钟信号，具备了更强的纠错能力，与以往相比其最大的区别在于能对传输指令（不仅仅是数据）进行检查，如果发现错误会自动矫正，这在很大程度上提高了数据传输的可靠性。串行接口还具有结构简单、支持热插拔的优点。nSerial ATA 与并行ATA相比，SATA具有比较大的优势。首先，Serial ATA以连续串行的方式传送数据，可以在较少的位宽下使用较高的工作频率来提高数据传输的带宽。Serial ATA一次只会传送1位数据，这样能减少SATA接口的针脚数

22、目，使连接电缆数目变少，效率也会更高。实际上，Serial ATA 仅用四支针脚就能完成所有的工作，分别用于连接电缆、连接地线、发送数据和接收数据，同时这样的架构还能降低系统能耗和减小系统复杂性。其次，Serial ATA的起点更高、发展潜力更大，Serial ATA 1.0定义的数据传输率可达150MB/sec，这比目前最块的并行ATA(即ATA/133)所能达到133MB/sec的最高数据传输率还高，而在已经发布的Serial ATA 2.0的数据传输率将达到300MB/sec，最终Serial ATA 3.0将实现600MB/sec的最高数据传输率。nSerial ATA 在此有必要对S

23、erial ATA的数据传输率作一下说明。就串行通讯而言，数据传输率是指串行接口数据传输的实际比特率，Serial ATA 1.0的传输率是1.5Gbps，Serial ATA 2.0的传输率是3.0Gbps。与其它高速串行接口一样，Serial ATA接口也采用了一套用来确保数据流特性的编码机制，这套编码机制将原本每字节所包含的8位数据(即1Byte=8bit)编码成10位数据(即1Byte=10bit)，这样一来，Serial ATA接口的每字节串行数据流就包含了10位数据，经过编码后的Serial ATA传输速率就相应地变为Serial ATA实际传输速率的十分之一，所以1.5Gbps=

24、150MB/sec，而3.0Gbps=300MB/sec。SATA的物理设计，可说是以Fibre Channel(光纤通道)作为蓝本，所以采用四芯接线；需求的电压则大幅度减低至250mV(最高500mV)，较传统并行ATA接口的5V少上20倍！因此，厂商可以给Serial ATA硬盘附加上高级的硬盘功能，如热插拔(Hot Swapping)等。更重要的是，在连接形式上，除了传统的点对点(Point-to-Point)形式外，SATA还支持“星形”连接，这样就可以给RAID这样的高级应用提供设计上的便利；在实际的使用中，SATA的主机总线适配器(HBA，Host Bus Adapter)就好像网

25、络上的交换机一样，可以实现以通道的形式和单独的每个硬盘通讯，即每个SATA硬盘都独占一个传输通道，所以不存在象并行ATA那样的主/从控制的问题。nSerial ATA Serial ATA规范不仅立足于未来，而且还保留了多种向后兼容方式，在使用上不存在兼容性的问题。在硬件方面，Serial ATA标准中允许使用转换器提供同并行ATA设备的兼容性，转换器能把来自主板的并行ATA信号转换成Serial ATA硬盘能够使用的串行信号，目前已经有多种此类转接卡/转接头上市，这在某种程度上保护了我们的原有投资，减小了升级成本；在软件方面，Serial ATA和并行ATA保持了软件兼容性，这意味着厂商丝毫

26、也不必为使用Serial ATA而重写任何驱动程序和操作系统代码。另外，Serial ATA接线较传统的并行ATA(Paralle ATA)接线要简单得多，而且容易收放，对机箱内的气流及散热有明显改善。而且，SATA硬盘与始终被困在机箱之内的并行ATA不同，扩充性很强，即可以外置，外置式的机柜(JBOD)不单可提供更好的散热及插拔功能，而且更可以多重连接来防止单点故障；由于SATA和光纤通道的设计如出一辙，所以传输速度可用不同的通道来做保证，这在服务器和网络存储上具有重要意义。nSerial ATA Serial ATA相较并行ATA可谓优点多多，将成为并行ATA的廉价替代方案。并且从并行AT

27、A过渡到Serial ATA也是大势所趋，应该只是时间问题。相关厂商也在大力推广SATA接口，例如Intel的ICH6系列南桥芯片相较于ICH5系列南桥芯片，所支持的SATA接口从2个增加到了4个，而并行ATA接口则从2个减少到了1个；nVidia的nForce4系列芯片组已经支持SATA II即Serial ATA 2.0，而且三星已经采用Marvell 88i6525 SOC芯片开发新一代的SATA II接口硬盘，并将在2005年初推出。硬盘基础知识nSCSI SCSI的英文全称为“Small Computer System Interface”（小型计算机系统接口），是同IDE（ATA）

28、完全不同的接口，IDE接口是普通PC的标准接口，而SCSI并不是专门为硬盘设计的接口，是一种广泛应用于小型机上的高速数据传输技术。SCSI接口具有应用范围广、多任务、带宽大、CPU占用率低，以及热插拔等优点，但较高的价格使得它很难如IDE硬盘般普及，因此SCSI硬盘主要应用于中、高端服务器和高档工作站中。硬盘基础知识nFibreChannel 光纤通道的英文拼写是Fibre Channel，和SCIS接口一样光纤通道最初也不是为硬盘设计开发的接口技术，是专门为网络系统设计的，但随着存储系统对速度的需求，才逐渐应用到硬盘系统中。光纤通道硬盘是为提高多硬盘存储系统的速度和灵活性才开发的，它的出现大

29、大提高了多硬盘系统的通信速度。光纤通道的主要特性有：热插拔性、高速带宽、远程连接、连接设备数量大等。光纤通道是为在像服务器这样的多硬盘系统环境而设计，能满足高端工作站、服务器、海量存储子网络、外设间通过集线器、交换机和点对点连接进行双向、串行数据通讯等系统对高数据传输率的要求。硬盘基础知识n硬盘的数据保护技术SMART 技术SPS 技术DPS 数据保护系统ShockBlock和MaxSafe 技术Seashield和DST 技术DFT 技术“热拔插”技术磁盘阵列技术SAN 技术远程镜像技术 SRDFNAS 技术NAS 技术IBM 的加速度芯片技术硬盘基础知识n硬盘的技术指标及参数容量平均寻道时

30、间平均潜伏期平均访问时间最大内部数据传输率外部数据传输率数据缓存表面温度传输模式硬盘基础知识n硬盘的数据组织低级格式化分区硬盘的高级格式化硬盘的数据存储区域硬盘基础知识n低级格式化 所谓低级格式化，就是将空白的磁盘划分出柱面和磁道，再将磁道划分为若干个扇区，每个扇区又划分出标识部分ID、间隔区GAP和数据区DATA等。硬盘的低级格式化是高级格式化之前的一件工作，目前所有硬盘厂商在产品出厂前，已经对硬盘进行了低格化的处理，因此我们新购买的硬盘在装系统时只需要进行高级格化的过程，来初始化FAT表，进行分区操作。硬盘基础知识n低级格式化的功能测试硬盘介质为硬盘划分磁道为硬盘的每个磁道按指定的交叉因子

31、间隔安排扇区将扇区ID放置到每个磁道上，完成对扇区的设置对磁盘表面进行测试，对已损坏的磁道和扇区做“坏”标记给硬盘中的每个扇区写入某一ASCII码字符硬盘基础知识n硬盘分区 形象的比喻就是硬盘犹如一个大柜子，要在这个柜子中存放各种文件，有很多种方法。但是为了便于管理和使用，一般都会把大柜子分成一个一个的相对独立的“间隔”或抽屉“，绝不会就把一个大柜子当作一个抽屉来用硬盘基础知识n常用的分区软件FdiskPartition MgaicDM 重点掌握Partition Mgaic和Fdisk硬盘基础知识硬盘基础知识硬盘基础知识硬盘基础知识硬盘基础知识硬盘基础知识硬盘基础知识n高级格式化 forma

32、t 命令的使用参数如下：Q 执行快速格式化C 默认情况下，将压缩在该新建卷上创建文件S 格式化完成时拷贝系统文件。硬盘基础知识n硬盘数据存储区域lMBR区lDBR区lFAT区lDIR区lDATA区MBR（63）DBR（32）FAT1FAT2DIR（32）DATA这5个区域在硬盘逻辑分区上的排列如下：硬盘基础知识nMBR(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

33、，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1FEH偏移1FFH)是分区有效结束标志。硬盘基础知识nMBR(ma

34、ster boot record)扇区：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。硬盘基础知识硬盘基础知识n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 C Z 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

35、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，一般而言，就是我们所说的扩展分区。硬盘基础知识硬盘基础知识n虚拟MBR 通过主引导记录定义的硬盘分区表，最多只能描述4个分区，如果想要多于4个分区，就要突破主引导记录中的分区描述方法，这在某些时候也是突破硬盘容量限制的一种方法。微软为了解决这个问题，采用了一种称做虚拟MBR的技术。所谓虚拟MBR，就是让主MBR在定义分区的时候，将多余的容量定义为扩展分区，指定该扩展分区的起止位置，根据起始位置指向的硬盘的某一个扇区，作为下一个分区表项，接着在该扇区继续定义分区。如果只有一个分区，就定义该分区，然后结束；如果不止一个分区，就定义一个基本分区

36、和一个扩展分区，扩展分区再指向下一个分区描述扇区，在该扇区按上述原则继续定义分区，直至分区定义结束。这些用以描述分区的扇区形成一个“分区链”，通过这个分区链，就可以描述所有的分区。为什么把它称为虚拟MBR呢？因为定义分区的这些扇区，其对分区的描述方式与MBR一样（但只能有一个基本分区和一个扩展分区或只有一个基本分区），但又没有引导和错误提示信息等部分，所以称为虚拟MBR（也称为扩展MBR，extended MBR，EBR，本书中两者是同一个概念，不再进行说明）。系统在启动时按照分区链的链接顺序查找分区，直至找出所有分区。这个链显然是个开链结构，如果形成一个环，系统本身并不会去判断它，它只是按照

37、这个链忠实地寻找分区，而不进行任何额外的检测与处理。所谓硬盘“逻辑锁”，就是让分区链形成一个环，这样系统在启动时就在分区表内循环，表现为系统无法引导，就是用软盘启动，也不能进入硬盘。明白了其结构原理，解决这个问题就很简单了。目前有多种方法解决这个问题，系统就是用这种方法来使一个物理硬盘通过分区后看起来像是有多个硬盘。系统能够找到C以外的其他逻辑盘的惟一办法就是，沿着虚拟MBR分区表项所描述的分区链查找分区。硬盘基础知识nDBR区 DBR（DOS Boot Record），操作系统引导记录区。通常位于硬盘0柱1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（B

38、IOS 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，判断本分区根目录前两个文件是不是操作系统的引导文件。以DOS为例，即是IO.SYS和MSDOS.SYS。低版本的DOS要求这两个文件必须是前两个文件，即位于根目录的起始处，占用最初的两个目录项，高版本的已没有这个限制。另外，Windows与DOS是一个家族，所以，Windows也沿用这种管理方式，只是文件名不一样。如果确定存在，就把IO.SYS读入内存，并把控制权交给IO.SYS。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、根目录大小和FAT个数，分配

39、单元的大小等重要参数。硬盘基础知识nFAT区 在DBR之后就是FAT（File Allocation Table，文件分配表）区。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，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。硬盘上的文件常常要进行创建、删除、增长和缩短等操作。这样的操作做得越多，盘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。不过，这种以簇为单位的存储法也是有其缺陷的。这主要表现在对空间的利用上。每个文件的最后一簇都可能有未被

40、完全利用的空间（称为尾簇空间）。一般来说，当文件个数比较多时，平均每个文件要浪费半个簇的空间。硬盘基础知识 为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，这些都由FAT表来保存。表中有很多表项，每项记录一个簇的信息。由于FAT对于文件管理的重要性，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”。如果磁盘有局部损坏，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。FAT的项数与硬盘

41、上的总簇数相当，每一项占用的字节数也与总簇数相适应，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。其中FAT16是指文件分配表使用两个字节即16位表示一个簇。由于16位分配表最多能管理65 536（即2的16次方）个簇，而每个簇的存储空间最大只有32KB，所以，在使用FAT16管理硬盘时，每个分区的最大存储容量就只有6553632 KB=2048 MB，也就是常说的2GB。现在的硬盘容量越来越大，由于FAT16对硬盘分区的容量限制，所以，当硬盘容量超过2GB之后，用户只能将硬盘划分成多个2GB的分区后才能正常使用。为此微软公司从Windows 95 OSR2版本

42、开始使用FAT32标准，即使用32位表示一个簇的文件分配表来管理硬盘文件，这样系统就能为文件分配多达4 294 967 296（即2的32次方）个簇，所以，在簇同样为32KB时，每个分区容量最大可达128TB以上。此外，使用FAT32管理硬盘时，每个逻辑盘中的簇大小也比使用FAT16标准管理的同等容量的逻辑盘小很多。由于文件存储在硬盘上占用的磁盘空间以簇为最小单位，所以，某一文件即使只有几十个字节也必须占用整个簇，因此，逻辑盘的簇单位容量越小越能合理利用存储空间，所以，FAT32更适用于大容量硬盘。硬盘基础知识nDIR区 DIR（Directory，也称文件目录表FDT，File Directory Table），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。定位文件位置时，操作系统根据DIR中的起始单元，结合FAT表就可确定文件在硬盘中的具体位置和大小。硬盘基础知识nDATA区 DATA（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空间。