硬盘逻辑结构简介

Kafka

一. 硬盘逻辑结构简介

　1. 硬盘参数释疑

　　到目前为止, 人们常说的硬盘参数还是古老的 CHS(Cylinder/Head/Sector)参数. 那么为什么要使用这些参数,它们的意义是什么?它们的取值范围是什么?
　　很久以前, 硬盘的容量还非常小的时候,人们采用与软盘类似的结构生产硬盘. 也就是硬盘盘片的每一条磁道都具有相同的扇区数.由此产生了所谓的3D参数 (Disk Geometry). 既磁头数(Heads), 柱面数(Cylinders),扇区数(Sectors),以及相应的寻址方式.
　　其中:
　　磁头数(Heads)表示硬盘总共有几个磁头,也就是有几面盘片, 最大为 255 (用 8 个二进制位存储);
　　柱面数(Cylinders) 表示硬盘每一面盘片上有几条磁道,最大为 1023(用 10 个二进制位存储);
　　扇区数(Sectors) 表示每一条磁道上有几个扇区, 最大为 63(用 6个二进制位存储).
　　每个扇区一般是 512个字节, 理论上讲这不是必须的,但好象没有取别的值的.
　　所以磁盘最大容量为:
　　255 * 1023 * 63 * 512 / 1048576 = 8024 GB ( 1M =1048576 Bytes )或硬盘厂商常用的单位:
　　255 * 1023 * 63 * 512 / 1000000 = 8414 GB ( 1M =1000000 Bytes )
在 CHS 寻址方式中, 磁头, 柱面, 扇区的取值范围分别为 0到 Heads - 1,0 到 Cylinders - 1, 1 到 Sectors (注意是从 1 开始).

　2. 基本 Int 13H 调用简介
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.它使用的就是 CHS 寻址方式, 因此最大识能访问 8 GB 左右的硬盘 (本文中如不作特殊说明, 均以 1M = 1048576 字节为单位).

　3. 现代硬盘结构简介
　　在老式硬盘中, 由于每个磁道的扇区数相等,所以外道的记录密度要远低于内道, 因此会浪费很多磁盘空间 (与软盘一样). 为了解决这一问题,进一步提高硬盘容量, 人们改用等密度结构生产硬盘. 也就是说,外圈磁道的扇区比内圈磁道多. 采用这种结构后, 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.
为了与使用3D寻址的老软件兼容 (如使用BIOSInt13H接口的软件), 在硬盘控制器内部安装了一个地址翻译器,由它负责将老式3D参数翻译成新的线性参数. 这也是为什么现在硬盘的3D参数可以有多种选择的原因(不同的工作模式, 对应不同的3D参数, 如 LBA, LARGE, NORMAL).

　4. 扩展 Int 13H 简介
虽然现代硬盘都已经采用了线性寻址, 但是由于基本 Int13H 的制约, 使用 BIOS Int 13H 接口的程序, 如 DOS 等还只能访问 8 G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 Int13H), 采用线性寻址方式存取硬盘, 所以突破了 8 G的
限制,而且还加入了对可拆卸介质 (如活动硬盘) 的支持.



二. Boot Sector 结构简介

1. Boot Sector 的组成

　　Boot Sector 也就是硬盘的第一个扇区, 它由 MBR (MasterBoot Record),DPT (Disk Partition Table) 和 Boot Record ID　三部分组成.
　　MBR 又称作主引导记录占用 Boot Sector 的前 446 个字节( 0 to 0x1BD ),存放系统主引导程序 (它负责从活动分区中装载并运行系统引导程序).
　　DPT 即主分区表占用 64 个字节 (0x1BE to 0x1FD),记录了磁盘的基本分区信息. 主分区表分为四个分区项, 每项 16 字节,分别记录了每个主分区的信息(因此最多可以有四个主分区).
　　Boot Record ID 即引导区标记占用两个字节 (0x1FE and0x1FF), 对于合法引导区, 它等于 0xAA55, 这是判别引导区是否合法的标志.
　　Boot Sector 的具体结构如下图所示:

　　　0000 |---------------------------------------------|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　 |　 　　　　Master Boot Record　　 　　　 　　|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　 |　 　　　　主引导记录(446字节)　　 　　　 　|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　01BD |　　　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　|
　　　01BE |---------------------------------------------|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　01CD |　　　 　　分区信息　1(16字节)　　　 　　　 |
　　　01CE |---------------------------------------------|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　01DD |　　　 　　分区信息　2(16字节)　　　 　　　 |
　　　01DE |---------------------------------------------|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　01ED |　　　 　　分区信息　3(16字节)　　　 　　　 |
　　　01EE |---------------------------------------------|
　　　　　 |　 　　　　　　　　 　　　　　　　　 　　　　|
　　　01FD |　　　 　　分区信息　4(16字节)　　　 　　　 |
　　　　　 |---------------------------------------------|
　　　　　 | 01FE 　　　　　　　|01FF　　　　　　　　 　|
　　　　　 |　 　　55　　　　　| 　　　　AA　　　　 　|
　　　　　 |---------------------------------------------|

　


2. 分区表结构简介

　　分区表由四个分区项构成, 每一项的结构如下:
　　BYTE State　　　: 分区状态, 0 =未激活, 0x80 = 激活 (注意此项)
　　BYTE StartHead　: 分区起始磁头号
　　WORD StartSC　　: 分区起始扇区和柱面号,底字节的低6位为扇区号,
　　　　　　　　 　 高2位为柱面号的第 9,10 位, 高字节为柱面号的低 8 位
　　BYTE Type　　　 : 分区类型, 如0x0B = FAT32, 0x83 = Linux 等,
　　　　　　　　 　 00 表示此项未用,07 = NTFS
　　BYTE EndHead　　: 分区结束磁头号
　　WORD EndSC　　　:分区结束扇区和柱面号, 定义同前
　　DWORD Relative　:在线性寻址方式下的分区相对扇区地址
　　　　　　　　 　　(对于基本分区即为绝对地址)
　　DWORD Sectors　 : 分区大小 (总扇区数)

　　注意: 在 DOS / Windows 系统下,基本分区必须以柱面为单位划分( Sectors * Heads 个扇区), 如对于 CHS 为 764/255/63 的硬盘,分区的最小尺寸为　255 * 63 * 512 / 1048576 = 7.844 MB.

　3. 扩展分区简介

　　由于主分区表中只能分四个分区, 无法满足需求,因此设计了一种扩展分区格式. 基本上说, 扩展分区的信息是以链表形式存放的,但也有一些特别的地方.首先, 主分区表中要有一个基本扩展分区项,所有扩展分区都隶属于它,也就是说其他所有扩展分区的空间都必须包括在这个基本扩
展分区中.对于DOS / Windows 来说, 扩展分区的类型为 0x05. 除基本扩展分区以外的其他所有扩展分区则以链表的形式级联存放, 后一个扩展分区的数据项记录在前一个扩展分区的分区表中,但两个扩展分区的空间并不重叠.
　　扩展分区类似于一个完整的硬盘, 必须进一步分区才能使用.但每个扩展分区中只能存在一个其他分区. 此分区在 DOS/Windows环境中即为逻辑盘.因此每一个扩展分区的分区表(同样存储在扩展分区的第一个扇区中)中最多只能有两个分区数据项(包括下一个扩展分区的数据项).

大涤子

这个帖子不错楼主很給力.

cronzhang

楼上正解...