一张图了解磁盘里的数据结构_数据分析师

有了文件系统，使我们对文件的访问变得很容易，不用考虑文件到底存在哪里，怎么存的，不过适当了解一下底层文件存储还是有帮助的。我们知道文件不仅仅能够存储在磁盘上，还可以存储在光盘等设备上，对于存储在硬盘上的，对于不同的硬盘内部存储介质，如磁性盘面、闪存（SSD固态硬盘存储介质）存储结构也是不同的；对于同样的存储介质的磁盘，不同的文件系统，如NTFS、FAT、ext等，底层存储也是有所区别的，下面仅仅对整体逻辑上的结构做一简单介绍。

先来看下图，我花了一下午时间画的，后面就要围绕这张图来展开的。

 

不要被上面的图吓到，我来一点点的解释。

先来整体上看一下，上面图是我电脑的磁盘，按照LBA寻址，把所有的扇区按照从左到右，依次排开，最左边为第一块扇区，最右边是最后一块扇区，所有数据信息就存储在里面。从左到右分为了几部分：Start Sections–>Partition1（系统保留分区）–>Partition2（C盘）—>Partition3（D盘）–>Partition4（E盘）–>Partition5（F盘），其中Partition1~3是主分区，Partion4~5是扩展分区上的两个逻辑分区，里面绿色的部分是分区与分区之间的Partition gap，大小为1MB，最后黄色的表示Unpartitional space，没有利用的，也是1MB。下面开始分开逐个来解释一下。

一、Start Sections：

这个开始扇区部分有1MB大小，其中第一个扇区，也是整个磁盘的第一个扇区，位于0柱面0磁头1扇区，也叫做主引导扇区，一共512个字节，分为了三部分：

（1）MBR（446字节）：Main Boot Record，主引导记录

如果直接说MBR可能不知道它从何而来，我们从开机来看看，它到底在什么时候起作用的。我们按下电脑的开机按键，就给主板通上了电，上面的bios程序开始运行，对电脑硬件进行检测，然后就需要我们去选择First boot device，我们可以从U盘启动、从光盘启动，当然也可以从硬盘启动，而且很多时候默认的是从硬盘启动。如果我们选择了从硬盘启动，那么bios程序就会读取该设备的第一个扇区的数据，也就是前面512个字节，如果最后两个字节不是以0x55AA结束，那么表示这个设备不可以用来启动；如果是0x55AA，那么表示该设备可以用来启动，bios程序就会有一个jump的操作，跳转到硬盘这一个扇区的代码，把操作交给硬盘，那么跳转的是哪儿呢？就是我们要说的MBR，主引导记录。

MBR中包含了整个硬盘的一些参数和一段引导程序，引导程序就会去DPT磁盘分区表里面去找到底从硬盘的哪个分区去启动（具有激活标志的分区），找到后就把控制权交出去，不过这之前会先检查DPT磁盘分区表是否正确。

（2）DPT（64字节）：Disk Partition Table，磁盘分区表

DPT用来记录磁盘到底分了几个分区以及分区的一些信息，磁盘分区有许多好处，比如不同的分区放不同的数据，又或者可以安装多操作系统等等。DPT只有64个字节，分成了四项，分别为第一~四分区表项，图中红色虚线箭头指向的。每个分区表项占16个字节，因此一个磁盘只能分为四个分区，即四个主分区。当然如果想增加更多的分区，其中一个主分区可以当成扩展分区，在扩展分区里面新建逻辑分区。

磁盘分区表的四个分区表项内容格式一致，我们拿出一个分区表项（16字节）看看都包含了什么。

第1个字节：如果为0x80，表示是激活分区，那么前面的MBR引导程序就把控制权给这个分区。四个分区只能有一个是激活的。0x00表示非激活的分区。

第2-4个字节：主分区的第一个扇区的CHS地址，里面有程序代码的。

第5个字节：主分区的类型。例如01表示FAT32,05表示extended（如果一个分区的主分区id号为05，那么它就是一个扩展分区了）等，具体可参看分区类型标志。

第6-8个字节：主分区的最后一个扇区的CHS地址，所以我们改改分区表，也可以修改磁盘分区的大小。

第9-12个字节：该主分区的第一个扇区的逻辑地址LBA。

第13-16个字节：主分区的扇区总数。

我们看到我们上图中，四个分区表项分别对应了三个主分区和一个扩展分区。

（3）其他几个扇区：除了第一个扇区外，1MB空间里面的其他几个扇区就空着了，可能没用，也可能与后面要讲的partition gap功能一致。

二、主分区

我的磁盘分了三个主分区，分别为系统保留、C盘、D盘，我们以C盘为例，看看主分区所占用的扇区，可以分为几部分。

（1）引导扇区：OS Boot Record，主分区的引导记录，有时也叫卷引导记录（Volume boot record）含有一段操作系统的引导程序，如果该分区是激活的，可以通过它来启动本主分区的操作系统。

（2）DATA数据区：存储数据，不同的文件系统，如fat、ntfs还会细分。

三、Partition gap

用Winhex查看磁盘情况，往往会看到分区和分区之间会有Partition gap，so上面的一个解释，可以参看一下，Windows disk partion gap。

四、扩展分区

我的最后一个主分区当做扩展分区，里面有两个逻辑分区E盘和F盘，每一个逻辑分区由几部分组成。

（1）扩展分区表

扩展分区的第一个逻辑分区的第一个扇区，叫做EBR，extended boot record，扩展分区记录，类似于整个磁盘的第一个扇区，但是它没有引导程序，只有一个扩展分区表和0x55AA结束标志，其中扩展分区表由四部分组成。里面的第二项可以找到下一个逻辑分区的位置。

（2）引导扇区：同前。

（3）数据区：同前。

五、Unpartitional space

只有1MB空间，我也不想知道它是干什么了。

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