第2章预备知识-1.ppt

,Edit Master title,主标题,Click to edit Master text styles,字体,Second level,字体,Third level,字体,Fourth level,字体,Fifth level,字体,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,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,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（,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,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,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,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=255,C/H/S=0/0/1,，代入上述公式中得到,LBA=0,C/H/S=0/0/63,，代入上述公式中得到,LBA=62,C/H/S=220/156/18,，代入上述公式中得到,LBA=3544145,LBA,到,CHS,c=0,、,h=0,、,s=1,；,PS=63,、,PH=255,/,整除；,MOD,求余；,C=LBA/(PH*PS)+c,H=(LBA/PS)MOD PH+Hs,S=LBA MOD PS+s,LBA=0,相应地,C/H/S=0/0/1,LBA=62,相应地,C/H/S=0/0/63,2.1.1,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,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 Directory 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。,2.1.2,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,2.1,硬盘结构简介,主引导扇区结构图,合法引导区标志,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！,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,偏移字节,字段长度,值,字段名和定义,0 x01BE,BYTE,0 x80,引导指示符号,(,Boot Indicator),0 x01BF,BYTE,0 x01,起始磁头号,(,Start Head),0 x01C0,WORD,6,位,0 x01,起始扇区号高,2,位为起始柱面号,9-10,位,0 x01C1,10,位,0 x00,起始柱面号,(,Start Cylinder),0 x01C2,BYTE,0 x07,系统,ID(System ID),，,定义了分区的类型,0 x01C3,BYTE,0,xFE,结束磁头号,(,End Head),0 x01C4,WORD,6,位,0,xBF,结束扇区号,(,End Sector),0 x01C5,10,位,0,xFC,结束柱面号,(,End Cylinder),0 x01C6,DWORD,0 x0000003F,相对扇区数,(,Relative Sectors),0 x01CA,DWORD,0 x00BB867E,总扇区数,(,Total Sectors),，,该分区中扇区总数,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,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,2.1.3,扩展分区与扩展,MBR,简介,微软采用虚拟,MBR,的技术,-,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,29302560*512=,15002910720,=37E3E4000H,97659135*512=BA451FE00H+37E3E4000H=F22903E00H,2.1.3,扩展分区与扩展,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,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,2.2.1,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 Directory Table,，,FDT),数据区,在低级格式化，磁盘被分成每块,512B,FAT,文件系统将多个扇区合并成一个簇,(cluster),2.2.2 FAT32 DBR,DBR,区,(DOS Boot Record),引导扇区,2.2,文件系统,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,文件系统,偏移字节,字段长度,(,字节,),字段名称,0 x00,3,跳转指令,(,Jump Instruction),0 x03,8,OEM ID,0 x0B,25,BPB,0 x24,26,扩展,BPB,0 x3E,448,引导程序代码,(,Bootstrap Code),0 x01FE,4,扇区结束标识符,(0,x55AA),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,32,FAT32,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,2.2.5 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,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 x4,0 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,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,FAT32 FDT,