《第2章预备知识1课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第2章预备知识1课件.ppt（28页珍藏版）》请在三一办公上搜索。
1、主要内容,硬盘结构文件系统计算机的引导过程中断内存管理EXE文件的格式,第2章 预备知识,主要内容硬盘结构第2章 预备知识,2.1.1 硬盘的物理结构,绝大多数硬盘在结构上都是温彻斯特(Winchester)盘，其核心就是：磁盘片被密封、固定并且不停高速旋转，磁头悬浮于盘片上方沿磁盘径向移动，并且不和盘片接触,2.1 硬盘结构简介,2.1.1 硬盘的物理结构绝大多数硬盘在结构上都是温彻斯特,2.1.1 硬盘的物理结构,低级格式化与硬盘的基本参数对于一块新硬盘，低级格式化的过程已经由生产厂家在产品出厂前完成了低级格式化的主要目的是将盘面划分成磁道、扇区和柱面,2.1 硬盘结构简介,早期：3D参数
2、（CHS）Cylinder-最大1023-10bit存储表示一个盘片上有几条磁道Head-最大255-8bit存储表示磁盘有几个盘面Sector-最大63-6bit存储表示一条磁道有几个扇区,特别注意C、H从0开始；而S从1开始,一个扇区通常是512个字节,早期每个磁道具有相同扇区数,2.1.1 硬盘的物理结构低级格式化与硬盘的基本参数2.1,2.1.1 硬盘的物理结构,基本INT 13H调用BIOS INT 13H调用是BIOS提供的磁盘基本输入输出中断调用，它可以完成磁盘(包括硬盘和软盘)的复位、读写、校验、定位、诊断、格式化等功能，完全不用考虑被操作硬盘安装的是什么操作系统使用CHS寻址
3、方式 柱面-磁头-扇区只能访问8GB左右的硬盘老式硬盘缺点：每个磁道扇区数相等。,2.1 硬盘结构简介,2.1.1 硬盘的物理结构基本INT 13H调用2.1,2.1.1 硬盘的物理结构,现代硬盘结构简介老式硬盘，每个磁道扇区数相等改用等密度结构生产硬盘，外圈磁道的扇区比内圈磁道多硬盘不再具有实际的3D参数寻址方式也改为线性寻址，即以扇区为单位进行寻址现代大容量硬盘一般采用LBA(Logic Block Address)线性地址来寻址，以替代CHS寻址。在LBA方式下，系统把所有的物理扇区都按某种方式或规则看做是一线性编号的扇区，即从0到某个最大值方式排列，这样，只用一个序数就能确定一个唯一的
4、物理扇区。这就是线性地址扇区的由来，显然线性地址是物理扇区的逻辑地址,2.1 硬盘结构简介,2.1.1 硬盘的物理结构现代硬盘结构简介2.1 硬盘结,CHS到LBA,假设用C表示当前柱面号，H表示当前磁头号，c表示起始柱面号，h表示起始磁头号，s表示起始扇区号，PS表示每磁道有多少个扇区，PH表示每柱面有多少个磁道，则有以下对应关系:LBA=（C-c）*PH*PS+（H-h）*PS+（S-s）一般情况下，c=0、h=0、s=1；PS=63、PH=255C/H/S=0/0/1，代入上述公式中得到LBA=0C/H/S=0/0/63，代入上述公式中得到LBA=62C/H/S=220/156/18，代
5、入上述公式中得到LBA=3544145,CHS到LBA假设用C表示当前柱面号，H表示当前磁头号，c表,LBA到CHS,c=0、h=0、s=1；PS=63、PH=255/ 整除； MOD 求余；C=LBA /(PH*PS) + cH=(LBA / PS) MOD PH + HsS=LBA MOD PS + sLBA=0,相应地C/H/S=0/0/1LBA=62,相应地C/H/S=0/0/63,LBA到CHSc=0、h=0、s=1；PS=63、PH=25,2.1.1 硬盘的物理结构,扩展INT 13H虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址，但是由于基本INT 13H的制约，使用BIOS INT 13H接
6、口的程序，如DOS等还只能访问8G以内的硬盘空间。为了打破这一限制，Microsoft等几家公司制定了扩展INT 13H标准(Extended INT 13H)，采用线性寻址方式存取硬盘，所以突破了8G的限制，而且还加入了对可拆卸介质(如移动硬盘、优盘)的支持,2.1 硬盘结构简介,2.1.1 硬盘的物理结构扩展INT 13H2.1 硬盘,2.1.1 硬盘的物理结构,分区与高级格式化硬盘在使用时，是按照不同的区域存储数据的，硬盘分区就是划分区域的过程。划分好的每一个区域都称作一个分区，最多可以划分为四个主分区。这项工作由分区程序来完成，通常使用FDISK或磁盘管理工具软件在分区的过程中，分区程
7、序向0柱面0磁头1扇区写入主引导记录MBR(Master Boot Record)和分区记录表DPT(Disk Partition Table)，并建立一个分区表链，所有的逻辑驱动器写入链表记录。硬盘的分区格式常用的分区格式有四种：FAT16、FAT32、NTFS和Linux 硬盘分区后还不能直接使用，要在每个分区内建立完整的存储系统后才能正常使用。建立存储系统的工作一般由FORMAT程序来完成，这个过程称为高级格式化高级格式化的目的是在分区内建立分区引导记录DBR(DOS Boot Record)、文件分配表FAT(File Allocation Table)、文件目录表FDT(File D
8、irectory Table)和数据区DATA,2.1 硬盘结构简介,存放系统主引导程序，负责从活动分区中装载并运行系统引导程序,作业：MBR反编译，分析主引导程序功能。,2.1.1 硬盘的物理结构分区与高级格式化2.1 硬盘结,2.1.2 硬盘的数据结构,主引导扇区的组成主引导扇区(Boot Sector)也就是硬盘的第一个物理扇区(0柱面0磁头1扇区)主引导记录(Master Boot Record，MBR)主分区表即磁盘分区表(Disk Partition Table，DPT)引导扇区标记(Boot Record ID/Signature)完成系统主板BIOS向操作系统交接的重要入口,2
9、.1 硬盘结构简介,主引导扇区结构图,合法引导区标志,2.1.2 硬盘的数据结构主引导扇区的组成2.1 硬盘结,隐藏扇区主引导扇区0|0|1所在的磁道称为0磁道，是隐藏磁道这个磁道的63个扇区都是隐藏扇区 Debug读写Winhex,2.1 硬盘结构简介,2.1.2 硬盘的数据结构,Format对它们也无能为力！,隐藏扇区2.1 硬盘结构简介2.1.2 硬盘的数据结构F,2.1.2 硬盘的数据结构,硬盘主分区表结构简介,2.1 硬盘结构简介,2.1.2 硬盘的数据结构硬盘主分区表结构简介2.1 硬,注意:在dos/windows系统中，基本分区一柱面为单位划分（以1柱面的容量为分区粒度）如果磁
10、盘总空间不是柱面的整数倍，那么不够一个柱面的空间就是剩余空间，这部分空间不参与分区 浪费，并且成为病毒的藏身之地。问：对于CHS为764/255/63的硬盘，分区的最小尺寸是多少？,2.1.2 硬盘的数据结构,2.1 硬盘结构简介,注意:在dos/windows系统中，基本分区一柱面为单位划,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-不够用，无法满足需求一个主分区定义为扩展分区-可进一步分区，满足需求,2.1.3 扩展分区与扩展MBR简介,2.1 硬盘结构简介,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-不,2.1.3 扩展分区与扩展MBR简介,微软采用虚拟MBR的技术-
11、主MBR在定义分区的时候，将多余的容量定义为主扩展分区。该分区中还可以进一步划分一个基本分区和一个扩展分区。虚拟MBR(扩展MBR,Extended MBR,EBR)没有引导和错误提醒信息部分。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-逻辑锁,2.1 硬盘结构简介,2.1.3 扩展分区与扩展MBR简介微软采用虚拟MBR的技,29302560*512=15002910720=37E3E4000H,97659135*512=BA451FE00H+37E3E4000H=F22903E00H,29302560*512=15002910720=37E3E,2.1.3 扩
12、展分区与扩展MBR简介,扩展分区和逻辑盘,2.1 硬盘结构简介,2.1.3 扩展分区与扩展MBR简介扩展分区和逻辑盘2.1,2.1.3 扩展分区与扩展MBR简介,3主分区(其中一个用作扩展)的磁盘结构图,2.1 硬盘结构简介,一个3主分区的磁盘结构,扩展分区表链接示意图,2.1.3 扩展分区与扩展MBR简介3主分区(其中一个用作,2.2.1 文件系统简介,2.2 文件系统,主引导记录(Master Boot Record，MBR)磁盘分配表DPT操作系统引导记录(DOS Boot Record，DBR)文件分配表(File Allocation Table，FAT)文件目录表(File Dir
13、ectory Table，FDT)数据区,在低级格式化，磁盘被分成每块512BFAT文件系统将多个扇区合并成一个簇(cluster),2.2.1 文件系统简介2.2 文件系统主引导记录(Ma,2.2.2 FAT32 DBR,DBR区(DOS Boot Record) 引导扇区,2.2 文件系统,2.2.2 FAT32 DBRDBR区(DOS Boot,BPB BIOS Parameter Block,BPB BIOS Parameter Block,2.2.3 FAT16 DBR,FAT12和FAT16中的DBR与FAT32中的DBR的基本含义类似，只是相关偏移量和参数意义有小的差异,2.2
14、文件系统,2.2.3 FAT16 DBRFAT12和FAT16中的D,2.2.4 保留扇区,在FAT文件系统DBR的偏移0 x0E处，用2个字节存储保留扇区的数目。所谓保留扇区(有时候也称作系统扇区、隐藏扇区)，是指从分区DBR扇区开始的仅为系统所有的扇区，包括DBR扇区。在FAT16文件系统中，通常设置为1，即仅仅DBR扇区。而在FAT32中，保留扇区的数据通常取为32FAT32中的保留扇区除了磁盘总第0扇区用作DBR，总第2扇区(Windows 98系统)或总第0 xC扇区(Windows 2000/XP)用作OS引导代码扩展部分外，其余扇区都不参与操作系统管理与磁盘数据管理，通常情况下是
15、没作用的操作系统之所以在FAT32中设置保留扇区，是为了对DBR作备份或留待以后升级时用。FAT32中，DBR偏移0 x32占2字节的数据指明了DBR备份扇区所在，一般为第6扇区。当FAT32分区DBR扇区被破坏导致分区无法访问时，可以用第6扇区的原备份替换第0扇区来找回数据,2.2 文件系统,2.2.4 保留扇区在FAT文件系统DBR的偏移0 x0E处,2.2.5 FAT16 存储原理,当把一部分磁盘空间格式化为FAT文件系统时，FAT文件系统就将这个分区当成整块可分配的区域进行规划，以便于数据的存储FAT16是Microsoft较早推出的文件系统，具有高度兼容性，目前仍然广泛应用于PC机尤
16、其是移动存储设备中,2.2 文件系统,FAT16的组织形式,2.2.5 FAT16 存储原理当把一部分磁盘空间格式化为,2.2.5 FAT16 存储原理,FAT表记录了磁盘数据文件的存储链表(簇号链表)FAT表以“F8 FF FF FF”开头，此4字节为介质描述单元，并不参与FAT表簇链关系。小红字标出的是FAT扇区每2字节对应的簇号相对偏移0 x40 x5为第2簇(顺序上第1簇)，为“FF FF”，表示存储在第2簇上的文件/目录是个小文件，只占用1个簇便结束了,2.2 文件系统,2.2.5 FAT16 存储原理FAT表记录了磁盘数据文件,FAT16 VS FAT32,FAT16 VS FAT32,2.2.6 FAT32 存储原理,FAT32是个非常有效的文件系统，FAT32依然占据着Microsoft Windows文件系统中重要的地位FAT32最早是出于FAT16不支持大分区、单位簇容量大以至于空间急剧浪费等缺点设计的,2.2 文件系统,FAT32分区的基本构成,2.2.6 FAT32 存储原理FAT32是个非常有效的文,FAT32 FDT,FAT32 FDT,
