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(shí)，如磁道、扇區(qū)、簇；分區(qū)、主分區(qū)、擴(kuò)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(qiáng)，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(shí)。硬盤的簡(jiǎn)易結(jié)構(gòu)如圖1所示，它是由數(shù)量不等的堅(jiān)硬金屬材料制成并涂以磁性介質(zhì)的盤片組成。每個(gè)盤片都可以記錄信息，并分成許多扇形的區(qū)域，這個(gè)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(hào)。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(hào)。另外我們需要知道的是每個(gè)盤片的兩面都可使

3、用，每面皆有一個(gè)磁頭來(lái)讀寫數(shù)據(jù)信息，習(xí)慣上用磁頭號(hào)來(lái)區(qū)分，它從最上面盤片開始從0編號(hào)。扇區(qū)、磁道（或柱面）和磁頭號(hào)構(gòu)成硬盤數(shù)據(jù)位置的基本參數(shù)，一個(gè)硬盤有多少個(gè)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(lái)確定的，但其空間計(jì)算公式不變：存儲(chǔ)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(gè)相當(dāng)重要的概念。它是操作系統(tǒng)進(jìn)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(gè)字節(jié)的文件也要占有整個(gè)一簇

4、。操作系統(tǒng)視不同的存儲(chǔ)介質(zhì)、不同容量的硬盤、不同需要來(lái)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(lái)唯一定位磁盤上每一個(gè)區(qū)域，即柱面磁頭扇區(qū)與磁盤上每一個(gè)扇區(qū)存在一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種表示法稱為“絕對(duì)扇區(qū)”。但是操作系統(tǒng)并不能直接調(diào)用絕對(duì)扇區(qū)，而是用一個(gè)數(shù)字來(lái)代表某一扇區(qū)，如柱面140磁頭23扇區(qū)4對(duì)應(yīng)的數(shù)字為2757，這種數(shù)字與絕對(duì)扇區(qū)形成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，這種數(shù)字

5、表示法稱為“相對(duì)扇區(qū)”。需要注意的是使用相對(duì)扇區(qū)編號(hào)時(shí)應(yīng)從柱面0磁頭1扇區(qū)1開始，第一個(gè)扇區(qū)編號(hào)為0，該磁道上剩余的扇區(qū)編號(hào)為1到16（假設(shè)每磁道分17個(gè)扇區(qū)），然后是磁頭號(hào)為2，柱面為0的17個(gè)扇區(qū)，編號(hào)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(hào)，即按扇區(qū)號(hào)、磁頭號(hào)、柱面號(hào)增長(zhǎng)的順序進(jìn)行編號(hào)。好了，讓我們理理頭緒，對(duì)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(gè)，第二個(gè)FAT在第一個(gè)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(gè)文件分配空間時(shí)總是先掃描FAT，找到第一個(gè)可用簇，將該空間分配給文件，并把該簇號(hào)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(hào)，直至結(jié)束標(biāo)志。目錄區(qū)DIR（Directy），位于第二個(gè)FAT之后。它記錄著所

7、有文件、子目錄名、擴(kuò)展名屬性、建立或刪除修改日期、文件開始簇號(hào)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(guò)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(gè)簇的簇號(hào)），從第一個(gè)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(gè)簇的簇號(hào)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(méi)有什么可談的，但有一點(diǎn)要說(shuō)明的是，在刪除文件時(shí)并沒(méi)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(lái)有文件覆蓋。因此我們可以利用這一點(diǎn)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(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行要點(diǎn)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(gè)，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(dòng)脖P分區(qū)的主分區(qū)、擴(kuò)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(gè)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(gè)直接的存儲(chǔ)空間，而每個(gè)分區(qū)的參數(shù)占據(jù)16個(gè)字節(jié)，故主引導(dǎo)扇區(qū)總計(jì)可以存儲(chǔ)4個(gè)分區(qū)的數(shù)據(jù)，這樣往往不能滿足實(shí)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(kuò)展分區(qū)的概念。嚴(yán)格意義上講，擴(kuò)展分區(qū)并不是一個(gè)實(shí)際意義上的分區(qū)，它僅僅是一個(gè)指向下一個(gè)邏輯分