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磁盘与文件系统详解（FAT32+NTFS+安全删除文件流程及C代码实现）.docx

发布时间：2022-06-23 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：3.36M 资料格式：docx 举报 版权申诉
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    零、MBR DPT EBR
    1、MBR主引导记录/扇区
    2、EBR分区表
    一、FAT32文件系统
    1、基本介绍
    2、FAT表
    （1）FAT12 16 32区别
    （2）FAT表结构及作用
    2、数据区
    （1）根据簇号得到在FAT中的扇区号和偏移：
    （2）目录项FDT
    二、NTFS文件系统
    1、基本介绍
    （1）DBR Dos Boot Record
    （2）$boot文件
    （3）$MFT文件
    2、具体讲文件记录
    【文件记录头】
    【属性】
    三、查找一个文件过程
    1、思路
    2、手动查找的过程
    四、彻底删除文件
    1、系统删除文件的过程
    2、我们安全删除需要做的事情
    3、我们安全删除的思路
    五、代码实现
    1、模块及关键代码
    （1）交互模块
    （2）安全删除总控模块
    （3）覆盖文件内容模块
    （4）改写文件名模块
    2、涉及函数和数据结构
    磁盘&文件系统 目录 一、 零、MBR DPT EBR.............................................................................................................................. 2 1、MBR 主引导记录/扇区 .........................................................................................................2 2、EBR 分区表........................................................................................................................... 3 FAT32 文件系统.................................................................................................................3 1、 基本介绍 ........................................................................................................................ 3 2、 FAT 表 ............................................................................................................................. 4 （1）FAT12 16 32 区别...................................................................................................4 （2）FAT 表结构及作用...................................................................................................4 3、 数据区 ............................................................................................................................ 6 （1）根据簇号得到在 FAT 中的扇区号和偏移： ..........................................................6 （2）目录项 FDT............................................................................................................... 6 二、NTFS 文件系统........................................................................................................................... 9 1、基本介绍.............................................................................................................................. 9 （1）DBR Dos Boot Record............................................................................................9 （2）$boot 文件 .............................................................................................................10 （3）$MFT 文件 ............................................................................................................... 11 2、具体讲文件记录 ................................................................................................................11 【文件记录头】..............................................................................................................11 【属性】 .......................................................................................................................... 12 三、查找一个文件过程 .................................................................................................................. 21 1、思路.................................................................................................................................... 21 2、手动查找的过程 ................................................................................................................21 四、彻底删除文件 .......................................................................................................................... 26 1、系统删除文件的过程 ........................................................................................................26 2、我们安全删除需要做的事情............................................................................................26 3、我们安全删除的思路 ........................................................................................................27 五、代码实现 .................................................................................................................................. 28 1、模块及关键代码 ................................................................................................................28 （1）交互模块 ................................................................................................................28 （2）安全删除总控模块 ................................................................................................28 （3）覆盖文件内容模块 ................................................................................................28 （4）改写文件名模块 ....................................................................................................28 2、涉及函数和数据结构 ........................................................................................................28
    零、MBR DPT EBR 1、MBR 主引导记录/扇区 【磁盘第一个的扇区】，开机后第一个访问，0 柱面 0 磁道 1 扇区，512 字 节，包括【446 字节的引导程序】和【64 字节的 DPT 磁盘分区表】和【2 字节的 55AA 结束标志】。 （1）引导程序：检查 DPT 是否正确->系统硬件自检完成后将控制权交给硬 盘上的引导程序（如 GRUB），不依赖 OS，可修改，可实现多系统引导。 （2）DPT 作用：对四个分区（可小于 4）的信息进行描述，其中每个分区的 信息占据 16 个字节，16 个字节的定义如下： 由于其对分区数的限制，所以引出拓展分区，理论上可划分为无数个逻辑分 区，其中逻辑驱动器的引导记录是链式的，每个逻辑分区都有一个类似 MBR 的 EBR
    2、EBR 分区表 其第一项指向该逻辑分区本身的引导扇区，第二项指向下一个逻辑驱动器的 EBR，第三、第四项未用到。 MBR 分区表中最多一个扩展分区，但可再细分为逻辑分区 Linux 中硬盘命名为 sda1-sda4 或者 has1-has4，在 MBR 硬盘中逻辑分区号 只能从 5 开始 MBR 分区表中一个分区最大容量为 2T，因为用 2 字节表示起始结束扇区，且 每个分区的起始柱面必需在这个 disk 的前 2T 内 为了配合这个，引入了新的 INT13，不再使用寄存器传递硬盘的寻址，而是 内存里的地址包（存了 LBA 地址），再分情况处理。 3、虽然 MBR 只占了一个扇区，但是其后的 62 个扇区，即 0 柱面 0 磁道的 63 个 扇区都被占用。且分区是从 0 磁道之后的，操作系统也无法读取到。 一、 FAT32 文件系统 1、基本介绍 FAT32 文件系统中【逻辑盘】由 DBR 及其保留扇区（又称引导区，与 NTFS 相 似）、FAT1、FAT2 和 DATA 四个部分组成
     DBR 及其保留扇区（与 NTFS 类似，但其中 BPB 有 53 字节，扩展 BPB 有 26 字节，含义有区别；从第一个扇区开始，详见下面的区别对比）  FAT1：FAT 的含义是文件分配表，这个是主 FAT  FAT2：是 FAT1 的备份  DATA：数据区，包含目录区域 2、FAT 表 （1）FAT12 16 32 区别 因 FAT 中记录任意一簇的二进制位数，如 FAT16 最大可以表示的簇号为 0xFFFF, 以 32K（最多只支持 64 个扇区）为簇的大小的话，FAT16 可以管理的最 大磁盘空间为：32KB×65535=2048MB,这就是为什么 FAT16 不支持超过 2GB 分区 的原因（DOS 下）。 此外，FAT32 的引导区使用了 3 个扇区，其后还留有若干个【保留扇区】， 而 FAT16 无保留扇区。 此外，FAT32 的 root 区（根目录区）不再是固定区域大小，而 FAT16 是，详 见书本 P18. （2）FAT 表结构及作用 FAT 表有 2 份，FAT1 紧跟 DBR，具体位置由 DBR 的 BPB 参数指定，FAT2 紧跟 FAT1。FAT 表由 FAT 表项构成，把 FAT 表项简称为 FAT 项。  FAT 项（对于 FAT32，是 32 位为一个 FAT 项，即 4 字节表示一个簇） 每一项都有固定编号，从 0 开始，前两个 FAT 项（0 号、1 号）为文件系统 保留使用。用户的数据存放在分区的数据区，以簇为单位，每个簇都会映射到 FAT 表中的唯一一个 FAT 项，从 2 号 FAT 项开始。 用户文件至少占用 1 个簇，若一个文件占用很多个簇，则第一个 FAT 项纪录 下一个 FAT 项的编号（簇号），若文件结束了，则用 0F FF FF FF 表示。 FAT 的主要作用是标明分区存储的介质及簇的使用情况。  定位 FAT 绝对位置的方法
    S1.从 MBR 中得到此分区的起始扇区，定位到此扇区 S2.从该扇区的 DBR 中的 BPB 中得知 DBR 的保留扇区、FAT 表的个数、FAT 表的 大小 S3.则 FAT1 起始地址=分区起始扇区+DBR 保留扇区，FAT2=FAT1 起始地址+FAT1 大小 举例： 上面是从第 0 项开始的，第 0 项和第 1 项暂时就不用看了，从第 2 项开始， 为 0F FF FF FF，表示这是一个小文件，只占用一个簇就结束了，然后第 3、4 项也是的。 第 5 簇中存放的数据是 6，这又是一个文件或文件夹的首簇。其内容为第 6 簇，就是说接下来的簇位于第 6 簇——〉FAT 表指引我们到达 FAT 表的第 6 簇指 向，上面写的数据是 7，就是说接下来的簇位于第 7 簇——〉FAT 表指引我们到 达 FAT 表的第 7 簇指向……直到根据 FAT 链读取到扇区相对偏移 0×20~0×24，
    也就是第 8 簇，上面写的数据是 9，也就是指向第 9 簇——〉第 9 簇的内容为” 0F FF FF FF”，意即此文件已至尾簇。 2、数据区 数据区在 FAT2 后面，包含 3 部分：【根目录】、【子目录】和【文件内容】， 数据区以簇为单位进行存储，2 号簇被分配给根目录。 （1）根据簇号得到在 FAT 中的扇区号和偏移： 扇区号 = 簇号*4/每个扇区的字节数 + 隐藏扇区数 + 保留扇区数 扇区偏移 = 簇号*4%每个扇区的字节数 根据簇号得到起始扇区号： 簇号起始扇区 = （簇号-2）* 每个簇的扇区数 + 隐藏扇区数 + 保留扇区 数 + FAT 数*每个 FAT 占扇区数 （2）目录项 FDT 分区根目录下的文件和目录都放在根目录区中，子目录中的文件和目录都放 在子目录区中，且每 32 个字节为 1 个【目录项 FDT】，每个目录项记录着一个 目录或者文件（或多对一）。 目录项分为四类：【卷标目录项（分区名）】、【.和..目录项】、【短文 件名目录项】、【长文件名目录项】。FAT 第 0xB 个字节可以判别是长文件目录 项还是短文件目录项。  短文件名目录项（32 个字节） 文件名的“8.3”格式，此格式支持主文件名不能超过 8 字节，扩展名不能 超过 3 字节。短文件名目录始终存放在一个目录项中。 32 个字节的表示如下：
     FAT32 长文件目录项 32 个字节的表示：
    FDT 第 1 字节又表明了该文件的状态，它有如下四种取值方式： a. b. c. 00H–目录项的空目录。 E5H–表示该目录项曾经使用过，但文件已被删除。 2EH–表示子目录下的两个特殊文件 “. “或 “.. “目录项 d. 其它任何字符–表示一个文件名(或目录名)的第一个字符的 ASCII 码值.
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