Редактор диска своими руками

2006 г.

Редактор диска своими руками

Многие помнят легендарный Norton DiskEditor - утилиту, дающую огромный простор для исследовательской и прочей деятельности. И сейчас есть множество аналогов. WinHex, например.

В этой статье я расскажу как написать свой простой редактор диска. Нужную функциональность каждый сможет добавить сам, я покажу основы.

Для начала разберемся как происходит само чтение диска. Проще всего это делать в Windows 2000/XP (с правами администратора, конечно). Работа с жестким диском в этих операционных системах производится путем открытия диска как файла с помощью функции CreateFile и указания диска или раздела по схеме Device Namespace (открывается физический диск - '\\.\PHYSICALDRIVE<n>'), полученный хэндл в дальнейшем используется для работы с диском с помощью функций ReadFile, WriteFile и DeviceIoControl.

  // Drive - номер диска (нумерация с нуля).
   
  hFile := CreateFile(PChar('\\.\PhysicalDrive'+IntToStr(Drive)),
    GENERIC_READ, FILE_SHARE_READ or FILE_SHARE_WRITE,nil,OPEN_EXISTING,0,0);
  if hFile = INVALID_HANDLE_VALUE then Exit;

Таким образом, мы можем воспринимать физический диск как единый файл. Второе важное, что стоит сделать - это получить информацию о геометрии диска.

  const
    IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY = $70000;
   
  type
    TDiskGeometry = packed record
      Cylinders: Int64;           // количество цилиндров

      MediaType: DWORD;           // тип носителя
      TracksPerCylinder: DWORD;   // дорожек на цилиндре
      SectorsPerTrack: DWORD;     // секторов на дорожке
      BytesPerSector: DWORD;      // байт в секторе
    end;
   
  Result := DeviceIoControl(hFile,IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY,nil,0,
    @DiskGeometry,SizeOf(TDiskGeometry),junk,nil) and (junk = SizeOf(TDiskGeometry));

Функция возвращает True, если операция прошла успешно, и False в противном случае.

Теперь уже можно приступить к определению местоположения логических дисков на винчестере. Начать это нужно с чтения нулевого сектора физического диска. Он содержит MBR (Master Boot Record), а также Partition Table. Кстати, думаю, будет интересно сохранить содержимое MBR в файл и посмотреть программу загрузки каким-нибудь дизасмом. Но в данный момент нас интересует только Partition Table.

Эта таблица располагается в секторе по смещению $1be и состоит из четырех одинаковых элементов, каждый из которых описывает один раздел:

  
  TPartitionTableEntry = packed record
    BootIndicator: Byte;          // $80, если активный (загрузочный) раздел
    StartingHead: Byte;
    StartingCylAndSect: Word;
    SystemIndicator: Byte;
    EndingHead: Byte;
    EndingCylAndSect: Word;
    StartingSector: DWORD;        // начальный сектор

    NumberOfSects: DWORD;         // количество секторов
  end;

Соответственно, саму Partition Table можно представить как массив:

  
  TPartitionTable = packed array [0..3] of TPartitionTableEntry;

Подробнее остановлюсь на этой структуре. Как видно из описания структур, Partition Table может содержать только четыре раздела. А так как, возможно, пользователю необходимо большее количество, было введено понятие "Extended Partition" (таким образом, разделы бывают Primary и Extended). Extended Partition - это раздел, который имеет свою собственную Partition Table (и, соответственно может содержать в себе еще четыре раздела). Extended Partition содержит логические диски. Тип раздела определяется полем SystemIndicator. Оно содержит информацию о файловой системе логического диска, либо 5 (или $f), если это Extended Partition.

Примеры значений поля SystemIndicator:

  01 - FAT12
  04 - FAT16
  05 - EXTENDED    
  06 - FAT16    
  07 - NTFS
  0B - FAT32
  0F - EXTENDED

Теперь можно приступить к разбору структуры логических дисков. Сейчас уже нам пригодится функция ReadSectors.

  // так как диск для нас - это единый файл, то для перемещения по нему
  // с помощью SetFilePointer понадобится 64хразрядная арифметика
  
  function __Mul(a,b: DWORD; var HiDWORD: DWORD): DWORD; // Result = LoDWORD
  asm

    mul edx
    mov [ecx],edx
  end;
  
  function ReadSectors(DriveNumber: Byte; StartingSector, SectorCount: DWORD;
    Buffer: Pointer; BytesPerSector: DWORD = 512): DWORD;
  var
    hFile: THandle;
    br,TmpLo,TmpHi: DWORD;
  begin
    Result := 0;
    hFile := CreateFile(PChar('\\.\PhysicalDrive'+IntToStr(DriveNumber)),
      GENERIC_READ,FILE_SHARE_READ,nil,OPEN_EXISTING,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);
    if hFile = INVALID_HANDLE_VALUE then Exit;
    TmpLo := __Mul(StartingSector,BytesPerSector,TmpHi);
    if SetFilePointer(hFile,TmpLo,@TmpHi,FILE_BEGIN) = TmpLo then

    begin
      SectorCount := SectorCount*BytesPerSector;
      if ReadFile(hFile,Buffer^,SectorCount,br,nil) then Result := br;
    end;
    CloseHandle(hFile);
  end;

И, заодно, функция для записи:

  function WriteSectors(DriveNumber: Byte; StartingSector, SectorCount: DWORD;
    Buffer: Pointer; BytesPerSector: DWORD = 512): DWORD;
  var
    hFile: THandle;
    bw,TmpLo,TmpHi: DWORD;
  begin
    Result := 0;
    hFile := CreateFile(PChar('\\.\PhysicalDrive'+IntToStr(DriveNumber)),
      GENERIC_WRITE,FILE_SHARE_READ,nil,OPEN_EXISTING,FILE_ATTRIBUTE_NORMAL,0);
    if hFile = INVALID_HANDLE_VALUE then Exit;
    TmpLo := __Mul(StartingSector,BytesPerSector,TmpHi);
    if SetFilePointer(hFile,TmpLo,@TmpHi,FILE_BEGIN) = TmpLo then

    begin
      SectorCount := SectorCount*BytesPerSector;
      if WriteFile(hFile,Buffer^,SectorCount,bw,nil) then Result := bw;
    end;
    CloseHandle(hFile);
  end;

Функции возвращает количество прочитаных (или записаных) байт. Для хранения информации о разделах объявим дополнительную структуру:

  PDriveInfo = ^TDriveInfo;
  TDriveInfo = record
    PartitionTable: TPartitionTable;
    LogicalDrives: array [0..3] of PDriveInfo;
  end;

Ну а теперь сам код разбора структуры диска:

  const

    PartitionTableOffset = $1be;
    ExtendedPartitions = [5,$f];
  
  var
    MainExPartOffset: DWORD = 0;

  function GetDriveInfo(DriveNumber: Byte; DriveInfo: PDriveInfo;
    StartingSector: DWORD; BytesPerSector: DWORD = 512): Boolean;
  var
    buf: array of Byte;
    CurExPartOffset: DWORD;
    i: Integer;
  begin

    SetLength(buf,BytesPerSector);
    // читаем сектор в буфер
    if ReadSectors(DriveNumber,MainExPartOffset+StartingSector,1,@buf[0]) = 0 then
    begin
      Result := False;
      Exit;
    end;
    // заполняем структуру DriveInfo.PartitionTable

    Move(buf[PartitionTableOffset],DriveInfo.PartitionTable,SizeOf(TPartitionTable));
    Finalize(buf); // буфер больше не нужен

    Result := True;
    for i := 0 to 3 do // для каждой записи в Partition Table

      if DriveInfo.PartitionTable[i].SystemIndicator in ExtendedPartitions then
      begin
        New(DriveInfo.LogicalDrives[I]);
        if MainExPartOffset = 0 then

        begin
          MainExPartOffset := DriveInfo.PartitionTable[I].StartingSector;
          CurExPartOffset := 0;
        end else CurExPartOffset := DriveInfo.PartitionTable[I].StartingSector;
        Result := Result and GetDriveInfo(DriveNumber,DriveInfo.LogicalDrives[I],
          CurExPartOffset);
      end else DriveInfo.LogicalDrives[I] := nil;
  end;

Функция заполняет структуру DriveInfo и возвращает True, если операция прошла успешно, или False в противном случае.

Теперь у нас есть такая полезная информация о разделах как начальный сектор, общее количество секторов, а также файловая система.

В нулевом секторе каждого основного раздела находится BIOS Parameter Block, содержаший такую информацию как название файловой системы, количество секторов в кластере и т.д. А также программа-загрузчик (сохраняем сектор в файл и смотрим дизасмом).

Теперь, когда мы закончили с теоретической частью, можно приступить к реализации редактора.

С чтением и записью информации мы уже разобрались. Теперь займемся ее отображением. Отображать содержимое выбранного сектора удобнее всего в компоненте TStringGrid.

Так как TStringGrid отображает в своих ячейках текст, а мы имеем в буфере двоичные данные, нам понадобятся функции для преобразования.

К счастью, в Delphi они уже есть (IntToHex и StrToInt) и остается их только правильно использовать. StrToInt можно использовать для преобразования строки, содержащей шестнадцатиричное число в Integer, если дописать впереди символ $.

Например, StrToInt('$FF');

Полный код программы, демонстирующей описанное в статье прилагается. Программа умеет показывать структуру логических дисков, выводить на экран содержимое указанного сектора, а также позволяет сохранять дамп выделенного сектора в файл. Реализация возможности редактирования диска в программе особого труда не составит.

P.S.

Для получения доступа к физическому диску мы открывали устройство \\.\PHYSICALDRIVE<n>, далее разбирали его структуру. Можно было поступить проще - открывать сразу логические диски (\\.\C:,\\.\D: и т.д.), но при таком варианте мы бы упустили из виду некоторые области диска, такие как, MBR и неразмеченные области. Какой вариант предпочтительнее, зависит от задачи.

Также Вы можете скачать исходники более мощного редактора