不同WINDOWS平台下磁盘逻辑扇区的直接读写

时间：2021-10-10 07:36:31

不同WINDOWS平台下磁盘逻辑扇区的直接读写
　　关键字：VWIN32、中断、DeviceIoControl
　　一、概述
　　 在DOS操作系统下，通过BIOS的INT13、DOS的INT25（绝对读）、INT26（绝对写）等功能调用实现对磁盘逻辑扇区或物理扇区的读写是很方便的，C语言中还有对应上述功能调用的函数：biosdisk、absread和abswrite等。但在WINDOWS操作系统下编写WIN32应用程序时却再也不能直接使用上述的中断调用或函数了。那么，在WINDOWS操作系统下能不能实现磁盘扇区的直接读写呢？如何实现磁盘扇区的读写呢？为了解决这些问题，笔者查阅了一些相关资料后发现，WINDOWS操作系统也提供了读写磁盘扇区的方法，只是在不同的版本中有着不同的方式和使用限制。最后，笔者编写了一个磁盘扇区直接读写类，不敢独专，特提供出来，希望能对大家有所帮助。
　　 注：这里INT13表示INT 13H，其它类同。
　　二、一个读取软盘扇区的例子
　　 WINDOWS操作系统对所有的存储设备实行了统一管理，而且为了安全起见，操作系统还不允许在WIN32应用程序（工作在Ring3级）中直接调用中断功能，如INT13、INT21、INT25、INT26等。但它同时也提供了一些服务来弥补这种缺憾，在WIN95/98中，VWIN32服务就是其中一种。VWIN32服务是通过一个VXD来实现的，它提供了设备IO功能，通过它，使用API函数DeviceIoControl便可以实现WIN32应用程序和磁盘设备驱动程序间的通信，从而实现对磁盘的存取。VWIN32提供的服务是一系列的控制命令字，它们实现诸如DOS操作系统下的INT13、INT25、INT26和INT21等功能调用。下面是它定义的一些控制命令字：
　　 VWIN32_DIOC_DOS_IOCTL (1) 实现INT21 功能
　　 VWIN32_DIOC_DOS_INT25 (2) 实现INT25 功能
　　 VWIN32_DIOC_DOS_INT26 (3) 实现INT26 功能 
　　 VWIN32_DIOC_DOS_INT13 (4) 实现INT13 功能
　　 VWIN32_DIOC_DOS_DRIVEINFO (6) 实现INT21 730x 功能 
　　如果要对磁盘进行读写，只要使用DeviceIoControl执行相应命令即可，下面的例子用来读取软盘的一个扇区（使用INT13）：
　　 第一步：打开VWIN32服务，HANDLE hDev=CreateFile("\\\\.\\VWIN32",0,0,0,0,FILE_FLAG_DELETE_ON_CLOSE,NULL)；
　　 第二步：填充中断所用到的相关寄存器。这里将寄存器放在一个结构中，结构定义如下（有关INT13使用的寄存器情况，请参阅相关资料）：
　　 typedef struct INT13Regs{
　　 PVOID buffer; // ebx 寄存器
　　 BYTE Drive; // 磁盘号 dl
　　BYTE Head; //磁头号 dh
　　WORD EDX_High; // edx 寄存器 
　　BYTE Sector; //起始扇区 cl
　　BYTE Track; //磁道号 ch
　　WORD ECX_High; //ecx 寄存器
　　BYTE Number; //要读写的扇取数 al
　　BYTE CMD; //命令：2--读,3--写,5--格式化 ah
　　WORD EAX_High; //eax 寄存器
　　DWORD EDI; // edi 寄存器
　　 DWORD ESI; // esi
　　 DWORD EFLAG; // flags
　　 }INT13_REGISTERS;
　　 unsigned char Buffer[512];//定义缓冲区，放置读取扇区数据
　　 INT13_REGISTERS reg={0};//定义寄存器结构变量
　　 
　　 reg.buffer =(void *)Buffer;
　　 reg.Drive =0;//0-软盘A 1-软盘B 0x80-硬盘c
　　 reg.Head =0;
　　 reg.Track=0;
　　 reg.Sector=1;
　　 reg.Number=1;
　　 reg.CMD=2; //读取
　　 第三步：调用设备IO API函数DeviceIoControl执行4号命令（即VWIN32_DIOC_DOS_INT13）， BOOL b_ret=DeviceIoControl(hDev,4,&reg,sizeof(INT13_REGISTERS),&reg,sizeof(INT13_REGISTERS),&lpRet,0);
　　如果其返回值不等于零，调用成功，进一步处理....否则调用失败。
　　 第四步：关闭服务，CloseHandle(hDev);
　　三、限制或局限
　　 上面是使用INT13读取软盘扇区的完整步骤，在WIN95/98下它是可以工作的。那么，是否将上面的寄存器结构中的Drive置为0x80就可以读取逻辑硬盘C盘的扇区了呢？回答是否定的。INT13用来存取硬盘的功能在WINDOWS中被忽略了。另外，INT25、INT26虽然可以存取硬盘，但是它们不能工作在FAT32格式的硬盘上。下面的列表将详细列举与磁盘操作相关的中断调用的限制情况（不特殊说明，指的是在WIN95/98操作系统下）：
　　 中断功能 限制及使用情况
　　 INT13 不可以读写硬盘，仅支持软盘
　　 INT25/INT26 不可以读/写FAT32硬盘，支持FAT12、FAT16
　　 INT21(440DH-41H/61H) 不可用(文档资料中说支持FAT12、FAT16、FAT32，实际上没有实现)
　　 INT21(7305H) 可以读写软盘、硬盘，支持FAT12、FAT16、FAT32，但要求WIN95OSR2及以后版本
　　 值得一提的是上表中的INT21--7305H功能是专门提供用来支持FAT32的，并且用来替换INT25/INT26，对应的控制命令字是6（即VWIN32_DIOC_DOS_DRIVEINFO），它和INT13、INT25、INT26等中断功能的一个显著区别是：它不使用寄存器来传递参数（INT21--440DH-41H/61H类同），而是使用一个称为DISKIO的结构，寄存器EBX用来保存指向该结构的地址。DISKIO的定义如下：
　　 typedef struct _DISKIO {
　　 DWORD dwStartSector; // 要读写的起始扇区号
　　 WORD wSectors; // 要读写的扇区数
　　 DWORD dwBuffer; // 用来保存读/写数据的缓冲区
　　 }DISKIO, * PDISKIO;
　　另外，在使用该功能时还需要特别设置一些寄存器，如ECX必须为-1，用ESI来表示读写。下面的例子是使用该功能来实现上面的例子功能，即读软盘A的一个扇区。首先定义一个新的寄存器结构供本例使用：
　　 typedef struct _DIOC_REGISTERS{ 
　　 DWORD EBX; 
　　 DWORD EDX; 
　　 DWORD ECX; 
　　 DWORD EAX; 
　　 DWORD EDI; 
　　 DWORD ESI; 
　　 DWORD Flags; 
　　 }DIOC_REGISTERS; 
　　其实该结构和上面的INT13_REGISTERS是一样的，只不过INT13_REGISTERS将寄存器细分开了，可读性更强些。本例从步骤上说和上面的例子相同，只有寄存器设置一步在内容上有差异。
　　 第一步：打开VWIN32服务。
　　 第二步：设置寄存器。
　　 DIOC_REGISTERS reg = {0};
　　 DISKIO dio;
　　 unsigned char Buffer[512];
　　 //设置参数结构
　　 dio.dwStartSector = 0;//注意：和上例不同，不是1，从0开始编号
　　 dio.wSectors = 1;
　　 dio.dwBuffer = (DWORD)Buffer;
　　 //设置寄存器
　　 reg.EAX = 0x7305; //功能上类似于INT25，绝对读 
　　 reg.EBX = (DWORD)&dio;//参数结构的地址
　　 reg.ECX = -1;//必须是-1 
　　 reg.EDX = 1; //注意：和上例不同，驱动器编号变了，0--缺省 1--A、2--B、3--C 
　　 reg.ESI = 0; //ESI的bit0表示读写，0--读、1--写
　　 在写状态时SI的bit1--bit12，bit15必须是0，bit13、bit14、bit15共同来表示所写数据的类型，具体见下表：
　　 15 14 13 类型描述
　　 0 0 0 其它或不知道. 
　　 0 0 1 FAT数据 
　　 0 1 0 目录数据 
　　 0 1 1 一般数据 
　　 1 x x 保留。bit15必须是0 
　　 第三步：调用API。BOOL b_ret=DeviceIoControl(hDev,6,&reg, sizeof(DIOC_REGISTERS),&reg,sizeof(DIOC_REGISTERS),&cb,0);
　　 第四步：关闭服务。
　　可以发现，两种方法读到的数据完全一致。
　　四、WIN2000中的磁盘扇区读写
　　 在WINNT和WIN2000中磁盘被看做一种标准设备，可以使用CreateFile象打开文件一样打开并存取。CreateFile支持两种方式的磁盘设备--逻辑磁盘（格式为"\\.\C:"）和物理磁盘（格式为"\\.\PHYSICALDRIVEx"，其中x为数字），例如打开A：盘进行读取操作，只要这样：
　　 HANDLE hDev=CreateFile("\\\\.\\A:",GENERIC_READ,FILE_SHARE_WRITE,0,OPEN_EXISTING,0,0);
　　如果得到的句柄有效，就可以使用ReadFile来读取了，
　　 ReadFile(hDev,Buffer,512,&dwRet,0);
　　读取结束要关闭该句柄，
　　 CloseHandle(hDev)；
　　这比WIN95/98下的磁盘扇区读取方便多了。
　　 另外，上面的例子是操作逻辑磁盘的，它包括软驱、硬盘分区等；物理磁盘指的是实际的硬盘，它不关心该硬盘被分成几个区，硬盘的编号是从0开始的，"\\.\PHYSICALDRIVE0"表示第一块硬盘，其它依此类推。大家可能马上会想起，利用这种机制可以对硬盘的分区表进行存取了。确实如此，此时便可以对硬盘的主引导扇区（独立存在的一个扇区，包含分区表信息，不同于磁盘分区的BOOT区）进行操作了。
　　 unsigned char Buffer[512]={0};
　　 HANDLE hDev=CreateFile("\\\\.\\PHYSICALDRIVE0",GENERIC_WRITE,FILE_SHARE_WRITE,0,OPEN_EXISTING,0,0);
　　 WriteFile(hDev,Buffer,512,&dwRet,0);
　　 CloseHandle(hDev);
　　危险！！！千万别这么做！！！
　　五、一个自适应的磁盘读写类
　　 由上面的例子可以看出，不同的操作系统下对磁盘扇区的读写有不同的方式，为了能够在各类操作系统下能够使用统一的方法读写磁盘扇区，特设计了一个通用类。该类的设计思想如下：首先编写各类操作系统下的磁盘扇区存取函数，然后通过GetVersionEx来判断操作系统，进而选取对应的函数来实现磁盘扇区的读写。由上面的分析可知，WINDOWS操作系统对INT13的支持是最差的，所以在这里只使用INT25、INT26、INT21--7305等中断调用来实现。类的定义如下：
　　class CDiskInfo{
　　public:
　　CDiskInfo();
　　~CDiskInfo();
　　private:
　　HANDLE hDev;
　　 DWORD dwCurrentPlatform;
　　 void GetPlatform(); //取得操作系统，并存入变量dwCurrentPlatform
　　 
　　BOOL Win2000_AccessSectors(WORD CMD,BYTE bDrive,DWORD dwStartSector,WORD wSectors,LPBYTE lpSectBuff);//用于WIN2000、WINNT等操作系统，
　　BOOL Int25_ReadSectors(BYTE bDrive,DWORD dwStartSector,WORD wSectors,LPBYTE lpSectBuff);
　　 BOOL Int26_WriteSectors(BYTE bDrive,DWORD dwStartSector,WORD wSectors,LPBYTE lpSectBuff);//用于WIN95以前的操作系统
　　 BOOL Int21_AccessSectors(WORD CMD,BYTE bDrive,DWORD dwStartSector,WORD wSectors,LPBYTE lpSectBuff);//7305功能实现，用于WIN95OSR2、WIN98等操作系统
　　public:
　　 //对外统一提供Read和Write操作，类内部根据平台选用适合的函数调用
　　BOOL ReadSectors(BYTE bDrive,DWORD dwStartSector,WORD wSectors,LPBYTE lpSectBuff);
　　BOOL WriteSectors(BYTE bDrive,DWORD dwStartSector,WORD wSectors,LPBYTE lpSectBuff);
　　};
　　该类对外提供了两个接口，即ReadSectors和WriteSectors，其参数是一样的，分别是要读写的磁盘编号bDrive，要存取磁盘的开始扇区号dwStartSector，要读取的扇区数wSectors和读写扇区数据的缓冲区lpSectBuff。这里磁盘编号是从1开始的，即1代表A:，2代表B:，3代表C:，依此类推。扇区的编号从0开始。使用时也很简单，只要作如下声明即可：
　　 BYTE Buffer[1024]; 
　　 CDiskInfo A;
　　 BOOL bRet=A.ReadSectors(1,0,2,Buffer);
　　 详细情况见附带的类文件及测试程序。
　　六、补充说明
　　 严格来说，在对磁盘进行读写时，应该遵循以下顺序：打开设备（WIN95/98下为VWIN32服务，WIN2000下为磁盘设备）、锁卷、验证卷的有效性、读/写、开锁卷、关闭设备。这里为了描述上的简洁，忽略了锁卷/开锁卷及验证有效性等操作。有兴趣的朋友可以自行添加。
　　 另外，该类仅实现了逻辑驱动器的读写，要想实现诸如对物理硬盘的主引导扇区的读写，还需要其它技术，如thunk技术，即编写两个动态库，一个是WIN32动态库，一个是WIN16动态库（thunk技术只可以用动态库实现），其中WIN16动态库转到DPMI模式，调用INT13（或者扩展INT13）来实现物理磁盘扇区的读写。有关thunk技术请参阅相关文档资料。
　　 所有的例子在WIN98、WIN2000操作系统、VC6集成环境下调试通过。

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