存儲數據就是將信息以各種不同的形式存儲起來
基本介紹
- 中文名：存儲數據
- 存儲載體：硬碟
- 硬碟分區：主分區、擴展分區和邏輯分區
- 存儲原理：檔案的讀取，寫入，刪除
硬碟存儲原理
硬碟是一種採用磁介質的數據存儲設備，數據存儲在密封於潔淨的硬碟驅動器內腔的若干個磁碟片上。這些碟片一般是在以鋁為主要成分的片基表面塗上磁性介質所形成，在磁碟片的每一面上，以轉動軸為軸心、以一定的磁密度為間隔的若干個同心圓就被劃分成磁軌（track），每個磁軌又被劃分為若干個扇區（sector），數據就按扇區存放在硬碟上。在每一面上都相應地有一個讀寫磁頭（head），所以不同磁頭的所有相同位置的磁軌就構成了所謂的柱面（cylinder）。傳統的硬碟讀寫都是以柱面、磁頭、扇區為定址方式的（CHS定址）。硬碟在上電後保持高速旋轉（5400轉/min以上），位於磁頭臂上的磁頭懸浮在磁碟表面，可以通過步進電機在不同柱面之間移動，對不同的柱面進行讀寫。所以在上電期間如果硬碟受到劇烈振盪，磁碟表面就容易被劃傷，磁頭也容易損壞，這都將給盤上存儲的數據帶來災難性的後果。
硬碟的第一個扇區（0道0頭1扇區）被保留為主引導扇區。在主引導區內主要有兩項內容：主引導記錄和硬碟分區表。主引導記錄是一段程式代碼，其作用主要是對硬碟上安裝的作業系統進行引導；硬碟分區表則存儲了硬碟的分區信息。計算機啟動時將讀取該扇區的數據，並對其合法性進行判斷（扇區最後兩個位元組是否為0x55AA或0xAA55 ），如合法則跳轉執行該扇區的第一條指令。所以硬碟的主引導區常常成為病毒攻擊的對象，從而被篡改甚至被破壞。可引導標誌：0x80為可引導分區類型標誌；0表示未知；1為FAT12；4為FAT16；5為擴展分區等等。
硬碟數據結構
初買來一塊硬碟，我們是沒有辦法使用的，你需要將它分區、格式化，然後再安裝上作業系統才可以使用。就拿我們一直沿用到現在的Win9x/Me系列來說，我們一般要將硬碟分成主引導扇區、作業系統引導扇區、FAT、DIR和Data等五部分（其中只有主引導扇區是唯一的，其它的隨你的分區數的增加而增加）。
主引導扇區
主引導扇區位於整個硬碟的0磁軌0柱面1扇區，包括硬碟主引導記錄MBR（Main Boot Record）和分區表DPT（Disk Partition Table）。其中主引導記錄的作用就是檢查分區表是否正確以及確定哪個分區為引導分區，並在程式結束時把該分區的啟動程式（也就是作業系統引導扇區）調入記憶體加以執行。至於分區表，很多人都知道，以80H或00H為開始標誌，以55AAH為結束標誌，共64位元組，位於本扇區的最末端。值得一提的是，MBR是由分區程式（例如DOS 的Fdisk.exe）產生的，不同的作業系統可能這個扇區是不盡相同。如果你有這個意向也可以自己去編寫一個，只要它能完成前述的任務即可，這也是為什麼能實現多系統啟動的原因（說句題外話:正因為這個主引導記錄容易編寫，所以才出現了很多的引導區病毒）。
作業系統引導扇區
OBR（OS Boot Record）即作業系統引導扇區，通常位於硬碟的0磁軌1柱面1扇區（這是對於DOS來說的，對於那些以多重引導方式啟動的系統則位於相應的主分區/擴展分區的第一個扇區），是作業系統可直接訪問的第一個扇區，它也包括一個引導程式和一個被稱為BPB（BIOS Parameter Block）的本分區參數記錄表。其實每個邏輯分區都有一個OBR，其參數視分區的大小、作業系統的類別而有所不同。引導程式的主要任務是判斷本分區根目錄前兩個檔案是否為作業系統的引導檔案（例如MSDOS或者起源於MSDOS的Win9x/Me的IO.SYS和MSDOS.SYS）。如是，就把第一個檔案讀入記憶體，並把控制權交予該檔案。BPB參數塊記錄著本分區的起始扇區、結束扇區、檔案存儲格式、硬碟介質描述符、根目錄大小、FAT個數、分配單元（Allocation Unit，以前也稱之為簇）的大小等重要參數。OBR由高級格式化程式產生（例如DOS 的Format.com）。
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檔案分配表
FAT
FAT(File Allocation Table)即檔案分配表，是DOS/Win9x系統的檔案定址系統，為了數據安全起見，FAT一般做兩個，第二FAT為第一FAT的備份, FAT區緊接在OBR之後，其大小由本分區的大小及檔案分配單元的大小決定。關於FAT的格式歷來有很多選擇，Microsoft 的DOS及Windows採用我們所熟悉的FAT12、FAT16和FAT32格式，但除此以外並非沒有其它格式的FAT，像Windows NT、OS/2、UNIX/Linux、Novell等都有自己的檔案管理方式。
目錄區
DIR是Directory即根目錄區的簡寫，DIR緊接在第二FAT表之後,只有FAT還不能定位檔案在磁碟中的位置，FAT還必須和DIR配合才能準確定位檔案的位置。DIR記錄著每個檔案（目錄）的起始單元（這是最重要的）、檔案的屬性等。定位檔案位置時，作業系統根據DIR中的起始單元，結合FAT表就可以知道檔案在磁碟的具體位置及大小了。在DIR區之後，才是真正意義上的數據存儲區，即DATA區。
數據區
DATA雖然占據了硬碟的絕大部分空間，但沒有了前面的各部分，它對於我們來說，也只能是一些枯燥的二進制代碼，沒有任何意義。在這裡有一點要說明的是，我們通常所說的格式化程式（指高級格式化，例如DOS下的Format程式），並沒有把DATA區的數據清除，只是重寫了FAT表而已，至於分區硬碟，也只是修改了MBR和OBR，絕大部分的DATA區的數據並沒有被改變，這也是許多硬碟數據能夠得以修復的原因。但即便如此，如MBR/OBR/FAT/DIR之一被破壞的話，也足夠咱們那些所謂的DIY老鳥們忙乎半天了……需要提醒大家的是，如果你經常整理磁碟，那么你的數據區的數據可能是連續的，這樣即使MBR/FAT/DIR全部壞了，我們也可以使用磁碟編輯軟體（比如DOS下的DiskEdit），只要找到一個檔案的起始保存位置，那么這個檔案就有可能被恢復（當然了，這需要一個前提，那就是你沒有覆蓋這個檔案……）。
硬碟分區方式
我們平時說到的分區概念，不外乎三種:主分區、擴展分區和邏輯分區。
主分區是一個比較單純的分區，通常位於硬碟的最前面一塊區域中，構成邏輯C磁碟。在主分區中，不允許再建立其它邏輯磁碟。
擴展分區的概念則比較複雜，也是造成分區和邏輯磁碟混淆的主要原因。由於硬碟僅僅為分區表保留了64個位元組的存儲空間，而每個分區的參數占據16個位元組，故主引導扇區中總計可以存儲4個分區的數據。作業系統只允許存儲4個分區的數據，如果說邏輯磁碟就是分區，則系統最多只允許4個邏輯磁碟。對於具體的套用，4個邏輯磁碟往往不能滿足實際需求。為了建立更多的邏輯磁碟供作業系統使用，系統引入了擴展分區的概念。
所謂擴展分區，嚴格地講它不是一個實際意義的分區，它僅僅是一個指向下一個分區的指針，這種指針結構將形成一個單向鍊表。這樣在主引導扇區中除了主分區外，僅需要存儲一個被稱為擴展分區的分區數據，通過這個擴展分區的數據可以找到下一個分區（實際上也就是下一個邏輯磁碟）的起始位置，以此起始位置類推可以找到所有的分區。無論系統中建立多少個邏輯磁碟，在主引導扇區中通過一個擴展分區的參數就可以逐個找到每一個邏輯磁碟。
需要特別注意的是，由於主分區之後的各個分區是通過一種單向鍊表的結構來實現連結的，因此，若單向鍊表發生問題，將導致邏輯磁碟的丟失。
數據存儲原理
既然要進行數據的恢復，當然數據的存儲原理我們不能不提，在這之中，我們還要介紹一下數據的刪除和硬碟的格式化相關問題……
檔案的讀取
作業系統從目錄區中讀取檔案信息（包括檔案名稱、後綴名、檔案大小、修改日期和檔案在數據區保存的第一個簇的簇號），我們這裡假設第一個簇號是0023。
作業系統從0023簇讀取相應的數據，然後再找到FAT的0023單元，如果內容是檔案結束標誌（FF），則表示檔案結束，否則內容保存數據的下一個簇的簇號，這樣重複下去直到遇到檔案結束標誌。
檔案的寫入
當我們要保存檔案時，作業系統首先在DIR區中找到空區寫入檔案名稱、大小和創建時間等相應信息，然後在Data區找到閒置空間將檔案保存，並將Data區的第一個簇寫入DIR區，其餘的動作和上邊的讀取動作差不多。
檔案的刪除
看了前面的檔案的讀取和寫入，你可能沒有往下邊繼續看的信心了，不過放心，Win9x的檔案刪除工作卻是很簡單的，簡單到只在目錄區做了一點小改動――將目錄區的檔案的第一個字元改成了E5就表示將改檔案刪除了。
Fdisk和Format的一點小說明
和檔案的刪除類似，利用Fdisk刪除再建立分區和利用Format格式化邏輯磁碟（假設你格式化的時候並沒有使用/U這個無條件格式化參數）都沒有將數據從DATA區直接刪除，前者只是改變了分區表，後者只是修改了FAT表，因此被誤刪除的分區和誤格式化的硬碟完全有可能恢復……
硬碟是一種採用磁介質的數據存儲設備，數據存儲在密封於潔淨的硬碟驅動器內腔的若干個磁碟片上。這些碟片一般是在以鋁為主要成分的片基表面塗上磁性介質所形成，在磁碟片的每一面上，以轉動軸為軸心、以一定的磁密度為間隔的若干個同心圓就被劃分成磁軌（track），每個磁軌又被劃分為若干個扇區（sector），數據就按扇區存放在硬碟上。在每一面上都相應地有一個讀寫磁頭（head），所以不同磁頭的所有相同位置的磁軌就構成了所謂的柱面（cylinder）。傳統的硬碟讀寫都是以柱面、磁頭、扇區為定址方式的（CHS定址）。硬碟在上電後保持高速旋轉（5400轉/min以上），位於磁頭臂上的磁頭懸浮在磁碟表面，可以通過步進電機在不同柱面之間移動，對不同的柱面進行讀寫。所以在上電期間如果硬碟受到劇烈振盪，磁碟表面就容易被劃傷，磁頭也容易損壞，這都將給盤上存儲的數據帶來災難性的後果。
硬碟的第一個扇區（0道0頭1扇區）被保留為主引導扇區。在主引導區內主要有兩項內容：主引導記錄和硬碟分區表。主引導記錄是一段程式代碼，其作用主要是對硬碟上安裝的作業系統進行引導；硬碟分區表則存儲了硬碟的分區信息。計算機啟動時將讀取該扇區的數據，並對其合法性進行判斷（扇區最後兩個位元組是否為0x55AA或0xAA55 ），如合法則跳轉執行該扇區的第一條指令。所以硬碟的主引導區常常成為病毒攻擊的對象，從而被篡改甚至被破壞。可引導標誌：0x80為可引導分區類型標誌；0表示未知；1為FAT12；4為FAT16；5為擴展分區等等。
硬碟數據結構
初買來一塊硬碟，我們是沒有辦法使用的，你需要將它分區、格式化，然後再安裝上作業系統才可以使用。就拿我們一直沿用到現在的Win9x/Me系列來說，我們一般要將硬碟分成主引導扇區、作業系統引導扇區、FAT、DIR和Data等五部分（其中只有主引導扇區是唯一的，其它的隨你的分區數的增加而增加）。
主引導扇區
主引導扇區位於整個硬碟的0磁軌0柱面1扇區，包括硬碟主引導記錄MBR（Main Boot Record）和分區表DPT（Disk Partition Table）。其中主引導記錄的作用就是檢查分區表是否正確以及確定哪個分區為引導分區，並在程式結束時把該分區的啟動程式（也就是作業系統引導扇區）調入記憶體加以執行。至於分區表，很多人都知道，以80H或00H為開始標誌，以55AAH為結束標誌，共64位元組，位於本扇區的最末端。值得一提的是，MBR是由分區程式（例如DOS 的Fdisk.exe）產生的，不同的作業系統可能這個扇區是不盡相同。如果你有這個意向也可以自己去編寫一個，只要它能完成前述的任務即可，這也是為什麼能實現多系統啟動的原因（說句題外話:正因為這個主引導記錄容易編寫，所以才出現了很多的引導區病毒）。
作業系統引導扇區
OBR（OS Boot Record）即作業系統引導扇區，通常位於硬碟的0磁軌1柱面1扇區（這是對於DOS來說的，對於那些以多重引導方式啟動的系統則位於相應的主分區/擴展分區的第一個扇區），是作業系統可直接訪問的第一個扇區，它也包括一個引導程式和一個被稱為BPB（BIOS Parameter Block）的本分區參數記錄表。其實每個邏輯分區都有一個OBR，其參數視分區的大小、作業系統的類別而有所不同。引導程式的主要任務是判斷本分區根目錄前兩個檔案是否為作業系統的引導檔案（例如MSDOS或者起源於MSDOS的Win9x/Me的IO.SYS和MSDOS.SYS）。如是，就把第一個檔案讀入記憶體，並把控制權交予該檔案。BPB參數塊記錄著本分區的起始扇區、結束扇區、檔案存儲格式、硬碟介質描述符、根目錄大小、FAT個數、分配單元（Allocation Unit，以前也稱之為簇）的大小等重要參數。OBR由高級格式化程式產生（例如DOS 的Format.com）。
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檔案分配表
FAT
FAT(File Allocation Table)即檔案分配表，是DOS/Win9x系統的檔案定址系統，為了數據安全起見，FAT一般做兩個，第二FAT為第一FAT的備份, FAT區緊接在OBR之後，其大小由本分區的大小及檔案分配單元的大小決定。關於FAT的格式歷來有很多選擇，Microsoft 的DOS及Windows採用我們所熟悉的FAT12、FAT16和FAT32格式，但除此以外並非沒有其它格式的FAT，像Windows NT、OS/2、UNIX/Linux、Novell等都有自己的檔案管理方式。
目錄區
DIR是Directory即根目錄區的簡寫，DIR緊接在第二FAT表之後,只有FAT還不能定位檔案在磁碟中的位置，FAT還必須和DIR配合才能準確定位檔案的位置。DIR記錄著每個檔案（目錄）的起始單元（這是最重要的）、檔案的屬性等。定位檔案位置時，作業系統根據DIR中的起始單元，結合FAT表就可以知道檔案在磁碟的具體位置及大小了。在DIR區之後，才是真正意義上的數據存儲區，即DATA區。
數據區
DATA雖然占據了硬碟的絕大部分空間，但沒有了前面的各部分，它對於我們來說，也只能是一些枯燥的二進制代碼，沒有任何意義。在這裡有一點要說明的是，我們通常所說的格式化程式（指高級格式化，例如DOS下的Format程式），並沒有把DATA區的數據清除，只是重寫了FAT表而已，至於分區硬碟，也只是修改了MBR和OBR，絕大部分的DATA區的數據並沒有被改變，這也是許多硬碟數據能夠得以修復的原因。但即便如此，如MBR/OBR/FAT/DIR之一被破壞的話，也足夠咱們那些所謂的DIY老鳥們忙乎半天了……需要提醒大家的是，如果你經常整理磁碟，那么你的數據區的數據可能是連續的，這樣即使MBR/FAT/DIR全部壞了，我們也可以使用磁碟編輯軟體（比如DOS下的DiskEdit），只要找到一個檔案的起始保存位置，那么這個檔案就有可能被恢復（當然了，這需要一個前提，那就是你沒有覆蓋這個檔案……）。
硬碟分區方式
我們平時說到的分區概念，不外乎三種:主分區、擴展分區和邏輯分區。
主分區是一個比較單純的分區，通常位於硬碟的最前面一塊區域中，構成邏輯C磁碟。在主分區中，不允許再建立其它邏輯磁碟。
擴展分區的概念則比較複雜，也是造成分區和邏輯磁碟混淆的主要原因。由於硬碟僅僅為分區表保留了64個位元組的存儲空間，而每個分區的參數占據16個位元組，故主引導扇區中總計可以存儲4個分區的數據。作業系統只允許存儲4個分區的數據，如果說邏輯磁碟就是分區，則系統最多只允許4個邏輯磁碟。對於具體的套用，4個邏輯磁碟往往不能滿足實際需求。為了建立更多的邏輯磁碟供作業系統使用，系統引入了擴展分區的概念。
所謂擴展分區，嚴格地講它不是一個實際意義的分區，它僅僅是一個指向下一個分區的指針，這種指針結構將形成一個單向鍊表。這樣在主引導扇區中除了主分區外，僅需要存儲一個被稱為擴展分區的分區數據，通過這個擴展分區的數據可以找到下一個分區（實際上也就是下一個邏輯磁碟）的起始位置，以此起始位置類推可以找到所有的分區。無論系統中建立多少個邏輯磁碟，在主引導扇區中通過一個擴展分區的參數就可以逐個找到每一個邏輯磁碟。
需要特別注意的是，由於主分區之後的各個分區是通過一種單向鍊表的結構來實現連結的，因此，若單向鍊表發生問題，將導致邏輯磁碟的丟失。
數據存儲原理
既然要進行數據的恢復，當然數據的存儲原理我們不能不提，在這之中，我們還要介紹一下數據的刪除和硬碟的格式化相關問題……
檔案的讀取
作業系統從目錄區中讀取檔案信息（包括檔案名稱、後綴名、檔案大小、修改日期和檔案在數據區保存的第一個簇的簇號），我們這裡假設第一個簇號是0023。
作業系統從0023簇讀取相應的數據，然後再找到FAT的0023單元，如果內容是檔案結束標誌（FF），則表示檔案結束，否則內容保存數據的下一個簇的簇號，這樣重複下去直到遇到檔案結束標誌。
檔案的寫入
當我們要保存檔案時，作業系統首先在DIR區中找到空區寫入檔案名稱、大小和創建時間等相應信息，然後在Data區找到閒置空間將檔案保存，並將Data區的第一個簇寫入DIR區，其餘的動作和上邊的讀取動作差不多。
檔案的刪除
看了前面的檔案的讀取和寫入，你可能沒有往下邊繼續看的信心了，不過放心，Win9x的檔案刪除工作卻是很簡單的，簡單到只在目錄區做了一點小改動――將目錄區的檔案的第一個字元改成了E5就表示將改檔案刪除了。
Fdisk和Format的一點小說明
和檔案的刪除類似，利用Fdisk刪除再建立分區和利用Format格式化邏輯磁碟（假設你格式化的時候並沒有使用/U這個無條件格式化參數）都沒有將數據從DATA區直接刪除，前者只是改變了分區表，後者只是修改了FAT表，因此被誤刪除的分區和誤格式化的硬碟完全有可能恢復……
