硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之新手所見

1、硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之新手所見硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)之新手所見初學(xué)電腦者都或多或少地接觸到一些硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識，如磁道、扇區(qū)、簇；分區(qū)、主分區(qū)、擴展分區(qū)；分區(qū)表、文件分配表、目錄表等等，如是這樣名稱繁多，內(nèi)容復(fù)雜，且理論性極強，通常被搞得一頭霧水，半知半解。記得我以前看完一篇介紹硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的文章，往往又被另一篇文章所迷惑，不知讀者是否有同感？現(xiàn)在我想在這集百家思想，以新手眼光談?wù)勛约簩W(xué)習(xí)硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的心得，與各位相互交流（本文僅供參考）。首先，我

2、們必須了解硬盤數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的最基本知識。硬盤的簡易結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由數(shù)量不等的堅硬金屬材料制成并涂以磁性介質(zhì)的盤片組成。每個盤片都可以記錄信息，并分成許多扇形的區(qū)域，這個區(qū)域就叫扇區(qū)，存放著若干字節(jié)的數(shù)據(jù)信息。同一盤片上不同半徑的同心圓稱為磁道，包括整圈數(shù)量的扇區(qū)，它由外圈從0開始編號。不同盤片相同半徑的磁道所組成的圓柱則叫作柱面。通常情況下，磁道和柱面可以互換使用，相應(yīng)地它也由外圈從0開始編號。另外我們需要知道的是每個盤片的兩面都可使

3、用，每面皆有一個磁頭來讀寫數(shù)據(jù)信息，習(xí)慣上用磁頭號來區(qū)分，它從最上面盤片開始從0編號。扇區(qū)、磁道（或柱面）和磁頭號構(gòu)成硬盤數(shù)據(jù)位置的基本參數(shù)，一個硬盤有多少個磁頭、磁道（或柱面）、扇區(qū)是根據(jù)硬盤本身的物理結(jié)構(gòu)和操作系統(tǒng)的不同劃分來確定的，但其空間計算公式不變：存儲容量＝磁頭數(shù)磁道數(shù)（柱面數(shù)）每道扇區(qū)數(shù)每扇區(qū)字節(jié)數(shù)。簇，也是一個相當(dāng)重要的概念。它是操作系統(tǒng)進行文件分配的最小單位，由一定數(shù)量的扇區(qū)組成。即使只有一個字節(jié)的文件也要占有整個一簇

4、。操作系統(tǒng)視不同的存儲介質(zhì)、不同容量的硬盤、不同需要來分配給簇不同數(shù)量的扇區(qū)。如我們熟悉的FAT16和FAT32硬盤格式中簇的大小并不相同。由前面的介紹可知，我們用柱面磁頭扇區(qū)來唯一定位磁盤上每一個區(qū)域，即柱面磁頭扇區(qū)與磁盤上每一個扇區(qū)存在一一對應(yīng)關(guān)系，這種表示法稱為“絕對扇區(qū)”。但是操作系統(tǒng)并不能直接調(diào)用絕對扇區(qū)，而是用一個數(shù)字來代表某一扇區(qū)，如柱面140磁頭23扇區(qū)4對應(yīng)的數(shù)字為2757，這種數(shù)字與絕對扇區(qū)形成一一對應(yīng)關(guān)系，這種數(shù)字

5、表示法稱為“相對扇區(qū)”。需要注意的是使用相對扇區(qū)編號時應(yīng)從柱面0磁頭1扇區(qū)1開始，第一個扇區(qū)編號為0，該磁道上剩余的扇區(qū)編號為1到16（假設(shè)每磁道分17個扇區(qū)），然后是磁頭號為2，柱面為0的17個扇區(qū)，編號為17到33，直到該柱面剩余的所有磁頭，接著再移到柱面1，磁頭1，扇區(qū)1繼續(xù)編號，即按扇區(qū)號、磁頭號、柱面號增長的順序進行編號。好了，讓我們理理頭緒，對以上內(nèi)容小結(jié)一下：文件分配表FAT（FileAllocationTable），位于

6、各分區(qū)的系統(tǒng)引導(dǎo)扇區(qū)之后，是系統(tǒng)的文件尋址系統(tǒng)。其大小由本分區(qū)的大小及文件分配單元——簇的大小決定。為了數(shù)據(jù)安全，F(xiàn)AT一般有兩個，第二個FAT在第一個FAT損壞后用以修復(fù)。FAT記錄著本分區(qū)所有簇的使用情況。操作系統(tǒng)在給一個文件分配空間時總是先掃描FAT，找到第一個可用簇，將該空間分配給文件，并把該簇號填到目錄表DIR的相應(yīng)段內(nèi)，接著繼續(xù)記錄該文件占用簇號，直至結(jié)束標(biāo)志。目錄區(qū)DIR（Directy），位于第二個FAT之后。它記錄著所

7、有文件、子目錄名、擴展名屬性、建立或刪除修改日期、文件開始簇號及文件大小等重要的文件信息。只有FAT還不能定位文件在磁盤中的位置，還必須和DIR配合才能準(zhǔn)確定位文件的位置。詳細(xì)過程是，操作系統(tǒng)從目錄表中讀取文件信息（包括文件名、后綴名、大小、修改日期及文件在數(shù)據(jù)區(qū)保存的第一個簇的簇號），從第一個簇讀取數(shù)據(jù)，然后再找到FAT中相應(yīng)的單元，獲取文件占用的下一個簇的簇號并讀取數(shù)據(jù)，直至遇到FAT中的文件結(jié)束標(biāo)志。數(shù)據(jù)區(qū)DATA，位于本分區(qū)的目

8、錄表DIR之后，存放著真正意義上的文件數(shù)據(jù)信息。沒有什么可談的，但有一點要說明的是，在刪除文件時并沒有把DATA區(qū)的文件數(shù)據(jù)清除，而是在目錄區(qū)中標(biāo)記刪除標(biāo)志，直至后來有文件覆蓋。因此我們可以利用這一點在覆蓋前恢復(fù)被刪除的文件，甚至包括回收站里已被清空的文件。讓我們也對以上內(nèi)容進行要點小結(jié)：①主引導(dǎo)扇區(qū)是唯一的，其他部分隨分區(qū)數(shù)增加而增加。②文件分配表有兩個，它必須和目錄表配合，操作系統(tǒng)才能讀寫文件。③刪除的數(shù)據(jù)在被覆蓋前可以恢復(fù)。最后，

9、我還想談?wù)動脖P分區(qū)的主分區(qū)、擴展分區(qū)和邏輯分區(qū)的概念及其相互關(guān)系。主分區(qū)是一個單純的分區(qū)，通常位于硬盤的最前面一塊區(qū)域。在這塊區(qū)域中不允許再創(chuàng)建其他邏輯分區(qū)。由于硬盤僅僅為分區(qū)表保留了64個直接的存儲空間，而每個分區(qū)的參數(shù)占據(jù)16個字節(jié)，故主引導(dǎo)扇區(qū)總計可以存儲4個分區(qū)的數(shù)據(jù)，這樣往往不能滿足實際需求。為了建立更多的分區(qū)供操作系統(tǒng)使用，則引入了擴展分區(qū)的概念。嚴(yán)格意義上講，擴展分區(qū)并不是一個實際意義上的分區(qū)，它僅僅是一個指向下一個邏輯分