Windows系统下动态磁盘卷的分析与研究

曹纪磊

摘要：对于大多数用户来说，已经知道在MBR磁盘分区结构中，系统通过分区表项对分区进项管理，因为分区表项中管理分区大小的参数是有四个字节组成的，所以能够管理的分区最大为2048GB，也就是2TB。随着硬盘容量的不断增大，以及用户对存储空间需求的不断最大，2TB的分区已经不能满足用户的需求，特别是无法满足大型企业用户的需求。那么如何解决这个矛盾呢，微软提供的动态磁盘分区就很好地解决了这个问题。该文就动态磁盘卷的种类、创建方法以及动态磁盘的LDM结构进行了分析与研究。

关键词：动态磁盘；分区；卷

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2017）14-0198-02

1动态磁盘卷由来

动态磁盘与MBR磁盘相比，在磁盘的管理和使用特性上更加机动灵活，特别是在数据的容错、高速度的读写操作以及卷的大小修改上更加易于实现，这些都是微软公司针对MBR磁盘不能实现的情况下在Windows2000系统后新增加的特性。

一块MBR磁盘只能包含4个分区，它们是最多3个主磁盘分区和1个扩展分区，扩展分区可能包含多个逻辑驱动器。而动态磁盘可以在每个磁盘组内创建多个2000个动态卷，尽管微软推荐值为每磁盘32个或更少。

在MBR磁盘中，分区是不可跨越磁盘的。但是，我们可以通过一定方式将磁盘中空余的磁盘空间链接在一块，从而来扩大卷的空间。

MBR磁盘的读/写速度由硬件决定，很难通过硬盘自身提升读/写效率。但动态磁盘可以通过创建带区卷来同时对多块磁盘进行读/写，显著提升磁盘效率。

MBR磁盘不可容错，如果没有及时备份而遭遇磁盘失败会有极大的损失动态磁盘上可以创建镜像卷，所有内容自动实时备份到镜像磁盘中，及时遭到磁盘失败也不必担心数据损失。

2动态磁盘卷的种类及创建方法

一般情况下，都把磁盘作为MBR磁盘使用，为了使用动态磁盘卷，首先必须将其转换为动态磁盘。依照下面步骤打开“磁盘管理”：控制面板一管理工具一计算机管理一磁盘管理，这时就可以通过右键菜单将选择磁盘转换为动态磁盘。

将MBR磁盘转换为动态磁盘后面对磁盘就是用“卷”的形式进行管理了，而不是MBR磁盘下的“分区”，在“磁盘2”的区域点击鼠标右键，显示“新建卷”，而不是“新建分区”。

基于动态磁盘的卷有五种如图1所示，它们分别是：

1）简单卷：构成单个物理磁盘空间的卷，它可以由磁盘上的单个区域或同一磁盘上连接在一起的多个区域组成，可以在同一磁盘内扩展简单卷。

2）跨区卷：简单卷也可以扩展到其他的物理磁盘，这样由多个物理磁盘的空间组成的卷就称为跨区卷。简单卷和跨区卷都不属于RAID范畴。

3）带区卷：以带区形式在连个后多个物理磁盘上存储数据的卷带区卷上的数据被交替、平均（以带区形式）地分配给这些磁盘。

4）镜像卷：在两个物理磁盘上复制数据的容错卷。它通过使用卷的副本（镜像）复制该卷中的信息来提供數据冗余，镜像总位于另一个磁盘上，如果其中一个物理磁盘出现故障，则该故障磁盘上的数据将不可用吗，但是系统可以使用未受影响的磁盘继续操作。

5）RAID-5卷：具有数据和奇偶校验的容错卷，数据分布于三个或更多的物理磁盘，奇偶校验用于在阵列失效后重建数据。如果物理磁盘的某一部分失败，可以用以下的数据和奇偶校验信息重新创建磁盘上失败的那一部分上的数据。

3动态磁盘LDM结构原理

3.1动态磁盘的结构布局

动态磁盘的相关设置信息所存放的信息不是存在不方便修改的地方，而是放在了磁盘中，并且同时也备份到了另外一些动态磁盘上，这样设置的目的也是为了更灵活、快捷的实现不同设备之间的动态磁盘的拷贝。

LDM也实现了一个MS-DOS的分区表，这是为了继承一些在Windows2000/XP下运行的磁盘管理工具，或是在双引导环境中让其他系统不至于认为动态盘还没有被分区。

另一个LDM创建MS-DOS分区表的原因是为了让Win-dows2000/XP引导程序能够找到系统卷和引导卷，即使它们在动态盘上（例如，Ntldr就不知道LDM分区的存在）如果一个盘中包括系统卷和引导卷，MS-DOS风格分区类型。保存在MS-DOS分区中的区域就是LDM创建raunchv分区的地方。一个LDM创建MS-DOS分区表的原因是为了让Windows2000/XP引导程序能够找到系统卷和引导卷，即使它们在动态盘上（例如，Ntldr就不知道LDM分区的存在）如果一个盘中包括系统卷和引导卷，MS-DOS风格分区类型。保存在MS-DOS分区中的区域就是LDM创建raunchv分区的地方。

动态磁盘的结构布局如图2所示。从图中可以看出，动态盘由三部分结构组成：

1）MBR区。动态磁盘的第一个扇区与MBR磁盘一样，是一个MBR，MBR的分区表中有一项MS-DOS类型的分区表项。

2）LDM软分区区域。这一部分用来给动态磁盘划分软分区。

3）LDM数据库区域。LDM数据库占用动态磁盘最后1MB的空间，其中含有私有头的两个备份，并且用特定的数据结构记录着动态磁盘的结构信息。

3.2动态磁盘的LDM数据库

首先强调一点，动态磁盘的LDM数据库中数据存储的字节序都是Big-Endian。LDM数据库占用动态磁盘最后IMB空间，也就是2048个扇区的大小。下面以LDM数据库的起始扇区为0扇区，来描述LDM数据库的结构。

1）目录表（TOCBLOCK）的结构

LDM数据库目录表共有16个扇区大小，一般只用到前两个扇区，这两个目录表分别在LDM数据库的2045和2046扇区有一个备份。

2）数据库配置信息（VMDB）的结构

数据库配置信息（VNDB）起始于LDM的17号扇区，占用1个扇区，其中存放关于动态磁盘的总体信息。

3）数据库配置记录（VBLK）的结构

数据库配置记录（VBLK）是128字节定长记录，每一个VBLK项描述一个磁盘组、磁盘、分区、组件或卷。因为动态磁盘组，所以每一个VBLK项可以是如下四种类型之一：磁盘、分区、组件、卷。

LDM把每一个VBLK项与内部对此昂的标识符联系到一起。最低的级别，分区项描述软分区，它是一个盘上的连续项代表一个磁盘组中的动态盘，包括磁盘的GUID。组件项像一条链子把一个或多个分区项和与分区相连的卷项联系起来。卷项存放这个卷的CUID、卷的大小和状态、驱动器的名字。比一个数据库记录大的磁盘项占用多个记录的空间，分区项、组件项和卷项很少占用多個记录的空间。最低的级别，分区项描述软分区，它是一个盘上的连续项代表一个磁盘组中的动态盘，包括磁盘的GUID。组件项像一条链子把一个或多个分区项和与分区相连的卷项联系起来。卷项存放这个卷的CUID、卷的大小和状态、驱动器的名字。比一个数据库记录大的磁盘项占用多个记录的空间，分区项、组件项和卷项很少占用多个记录的空间。

在动态磁盘内部，每一磁盘、分区、组件和卷都被赋予一个唯一的名称。磁盘组是由Dg0和计算机的名字一起组成，例如LiuWeiDg0，意味着计算机的名字是LiuWei。磁盘名称为DisKl、DisK2等。磁盘1的分区命名为DisKl-01 DisKl-02等。条带卷命名为Strpel Strpe2等。RAID卷命名为Raid1、Raid2等。简单卷、跨区卷和镜像卷命名为Volumel Volume2等。卷的组件命名为Stripel-01 tripe2-02、Strpel-01、Strpe2-02、Volumel-01、Volumel-02等。当对象删除时，新对象命名时使用第一个可以使用的低数值得名称。

4总结

对于逻辑类数据恢复技术的学习，最重要的就是对各种系统下的分区结构及文件系统结构的学习。Windows系统它能够支持的分区结构包括MBR磁盘分区、动态磁盘分区及GPT磁盘分区；它能够支持的文件系统结构包括FAT12、FAT16、FAT32、NTFS和EXFAT。本文针对动态磁盘分区的结构进行了深入的解析，为我们做好Windows系统下的数据恢复奠定了很好的基础。