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不同WINDOWS平台下磁盘逻辑扇区的直接读写

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不同WINDOWS平台下磁盘逻辑扇区的直接读写    wx_zzm（原作）

 

关键字     VWIN32、中断、DeviceIoControl

 

            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。