Windows系統下動態磁盤卷的分析與研究

曹紀磊

摘要：對于大多數用戶來說，已經知道在MBR磁盤分區結構中，系統通過分區表項對分區進項管理，因為分區表項中管理分區大小的參數是有四個字節組成的，所以能夠管理的分區最大為2048GB，也就是2TB。隨著硬盤容量的不斷增大，以及用戶對存儲空間需求的不斷最大，2TB的分區已經不能滿足用戶的需求，特別是無法滿足大型企業用戶的需求。那么如何解決這個矛盾呢，微軟提供的動態磁盤分區就很好地解決了這個問題。該文就動態磁盤卷的種類、創建方法以及動態磁盤的LDM結構進行了分析與研究。

關鍵詞：動態磁盤；分區；卷

中圖分類號：TP311 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2017）14-0198-02

1動態磁盤卷由來

動態磁盤與MBR磁盤相比，在磁盤的管理和使用特性上更加機動靈活，特別是在數據的容錯、高速度的讀寫操作以及卷的大小修改上更加易于實現，這些都是微軟公司針對MBR磁盤不能實現的情況下在Windows2000系統后新增加的特性。

一塊MBR磁盤只能包含4個分區，它們是最多3個主磁盤分區和1個擴展分區，擴展分區可能包含多個邏輯驅動器。而動態磁盤可以在每個磁盤組內創建多個2000個動態卷，盡管微軟推薦值為每磁盤32個或更少。

在MBR磁盤中，分區是不可跨越磁盤的。但是，我們可以通過一定方式將磁盤中空余的磁盤空間鏈接在一塊，從而來擴大卷的空間。

MBR磁盤的讀/寫速度由硬件決定，很難通過硬盤自身提升讀/寫效率。但動態磁盤可以通過創建帶區卷來同時對多塊磁盤進行讀/寫，顯著提升磁盤效率。

MBR磁盤不可容錯，如果沒有及時備份而遭遇磁盤失敗會有極大的損失動態磁盤上可以創建鏡像卷，所有內容自動實時備份到鏡像磁盤中，及時遭到磁盤失敗也不必擔心數據損失。

2動態磁盤卷的種類及創建方法

一般情況下，都把磁盤作為MBR磁盤使用，為了使用動態磁盤卷，首先必須將其轉換為動態磁盤。依照下面步驟打開“磁盤管理”：控制面板一管理工具一計算機管理一磁盤管理，這時就可以通過右鍵菜單將選擇磁盤轉換為動態磁盤。

將MBR磁盤轉換為動態磁盤后面對磁盤就是用“卷”的形式進行管理了，而不是MBR磁盤下的“分區”，在“磁盤2”的區域點擊鼠標右鍵，顯示“新建卷”，而不是“新建分區”。

基于動態磁盤的卷有五種如圖1所示，它們分別是：

1）簡單卷：構成單個物理磁盤空間的卷，它可以由磁盤上的單個區域或同一磁盤上連接在一起的多個區域組成，可以在同一磁盤內擴展簡單卷。

2）跨區卷：簡單卷也可以擴展到其他的物理磁盤，這樣由多個物理磁盤的空間組成的卷就稱為跨區卷。簡單卷和跨區卷都不屬于RAID范疇。

3）帶區卷：以帶區形式在連個后多個物理磁盤上存儲數據的卷帶區卷上的數據被交替、平均（以帶區形式）地分配給這些磁盤。

4）鏡像卷：在兩個物理磁盤上復制數據的容錯卷。它通過使用卷的副本（鏡像）復制該卷中的信息來提供數據冗余，鏡像總位于另一個磁盤上，如果其中一個物理磁盤出現故障，則該故障磁盤上的數據將不可用嗎，但是系統可以使用未受影響的磁盤繼續操作。

5）RAID-5卷：具有數據和奇偶校驗的容錯卷，數據分布于三個或更多的物理磁盤，奇偶校驗用于在陣列失效后重建數據。如果物理磁盤的某一部分失敗，可以用以下的數據和奇偶校驗信息重新創建磁盤上失敗的那一部分上的數據。

3動態磁盤LDM結構原理

3.1動態磁盤的結構布局

動態磁盤的相關設置信息所存放的信息不是存在不方便修改的地方，而是放在了磁盤中，并且同時也備份到了另外一些動態磁盤上，這樣設置的目的也是為了更靈活、快捷的實現不同設備之間的動態磁盤的拷貝。

LDM也實現了一個MS-DOS的分區表，這是為了繼承一些在Windows2000/XP下運行的磁盤管理工具，或是在雙引導環境中讓其他系統不至于認為動態盤還沒有被分區。

另一個LDM創建MS-DOS分區表的原因是為了讓Win-dows2000/XP引導程序能夠找到系統卷和引導卷，即使它們在動態盤上（例如，Ntldr就不知道LDM分區的存在）如果一個盤中包括系統卷和引導卷，MS-DOS風格分區類型。保存在MS-DOS分區中的區域就是LDM創建raunchv分區的地方。一個LDM創建MS-DOS分區表的原因是為了讓Windows2000/XP引導程序能夠找到系統卷和引導卷，即使它們在動態盤上（例如，Ntldr就不知道LDM分區的存在）如果一個盤中包括系統卷和引導卷，MS-DOS風格分區類型。保存在MS-DOS分區中的區域就是LDM創建raunchv分區的地方。

動態磁盤的結構布局如圖2所示。從圖中可以看出，動態盤由三部分結構組成：

1）MBR區。動態磁盤的第一個扇區與MBR磁盤一樣，是一個MBR，MBR的分區表中有一項MS-DOS類型的分區表項。

2）LDM軟分區區域。這一部分用來給動態磁盤劃分軟分區。

3）LDM數據庫區域。LDM數據庫占用動態磁盤最后1MB的空間，其中含有私有頭的兩個備份，并且用特定的數據結構記錄著動態磁盤的結構信息。

3.2動態磁盤的LDM數據庫

首先強調一點，動態磁盤的LDM數據庫中數據存儲的字節序都是Big-Endian。LDM數據庫占用動態磁盤最后IMB空間，也就是2048個扇區的大小。下面以LDM數據庫的起始扇區為0扇區，來描述LDM數據庫的結構。

1）目錄表（TOCBLOCK）的結構

LDM數據庫目錄表共有16個扇區大小，一般只用到前兩個扇區，這兩個目錄表分別在LDM數據庫的2045和2046扇區有一個備份。

2）數據庫配置信息（VMDB）的結構

數據庫配置信息（VNDB）起始于LDM的17號扇區，占用1個扇區，其中存放關于動態磁盤的總體信息。

3）數據庫配置記錄（VBLK）的結構

數據庫配置記錄（VBLK）是128字節定長記錄，每一個VBLK項描述一個磁盤組、磁盤、分區、組件或卷。因為動態磁盤組，所以每一個VBLK項可以是如下四種類型之一：磁盤、分區、組件、卷。

LDM把每一個VBLK項與內部對此昂的標識符聯系到一起。最低的級別，分區項描述軟分區，它是一個盤上的連續項代表一個磁盤組中的動態盤，包括磁盤的GUID。組件項像一條鏈子把一個或多個分區項和與分區相連的卷項聯系起來。卷項存放這個卷的CUID、卷的大小和狀態、驅動器的名字。比一個數據庫記錄大的磁盤項占用多個記錄的空間，分區項、組件項和卷項很少占用多個記錄的空間。最低的級別，分區項描述軟分區，它是一個盤上的連續項代表一個磁盤組中的動態盤，包括磁盤的GUID。組件項像一條鏈子把一個或多個分區項和與分區相連的卷項聯系起來。卷項存放這個卷的CUID、卷的大小和狀態、驅動器的名字。比一個數據庫記錄大的磁盤項占用多個記錄的空間，分區項、組件項和卷項很少占用多個記錄的空間。

在動態磁盤內部，每一磁盤、分區、組件和卷都被賦予一個唯一的名稱。磁盤組是由Dg0和計算機的名字一起組成，例如LiuWeiDg0，意味著計算機的名字是LiuWei。磁盤名稱為DisKl、DisK2等。磁盤1的分區命名為DisKl-01 DisKl-02等。條帶卷命名為Strpel Strpe2等。RAID卷命名為Raid1、Raid2等。簡單卷、跨區卷和鏡像卷命名為Volumel Volume2等。卷的組件命名為Stripel-01 tripe2-02、Strpel-01、Strpe2-02、Volumel-01、Volumel-02等。當對象刪除時，新對象命名時使用第一個可以使用的低數值得名稱。

4總結

對于邏輯類數據恢復技術的學習，最重要的就是對各種系統下的分區結構及文件系統結構的學習。Windows系統它能夠支持的分區結構包括MBR磁盤分區、動態磁盤分區及GPT磁盤分區；它能夠支持的文件系統結構包括FAT12、FAT16、FAT32、NTFS和EXFAT。本文針對動態磁盤分區的結構進行了深入的解析，為我們做好Windows系統下的數據恢復奠定了很好的基礎。