第5章

Windows的设备管理






5.1实验一： 获取磁盘基本信息
5.1.1实验目的

(1) 了解磁盘的物理组织。

(2) 熟悉Windows系统如何查看磁盘相关参数。

(3) 掌握Windows系统提供的有关对磁盘操作API函数。

5.1.2实验准备知识： 相关数据结构及API函数介绍

1. 相关系统数据结构说明

磁盘基本物理结构原型： 

typedef struct_DISK_GEOMETRY { 

LARGE_INTEGERCylinders；  

MEDIA_TYPEMediaType；  

DWORDTracksPerCylinder；  

DWORDSectorsPerTrack；  

DWORDBytesPerSector；  

} DISK_GEOMETRY； 

成员说明：

(1) Cylinders： 磁盘的柱面数。

(2) MediaType： 介质类型，如3.5英寸（1英寸=2.54厘米）、1.44MB软盘。

(3) TracksPerCylinder： 每个柱面的磁道数。 

(4) SectorsPerTrack： 每个磁道的扇区数。 

(5) BytesPerSector： 每个扇区的字节数。 

2. 相关API函数介绍

（1） 文件创建。
函数CreateFile()用于打开磁盘驱动器并返回一个文件句柄，这里驱动器被当作文件来处理。有关文件操作函数的详细说明参见4.1.2节。

原型： 

HANDLE CreateFile(

LPCTSTR lpFileName,//指向文件名的指针

DWORD dwDesiredAccess, //读/写访问模式

DWORD dwShareMode, //共享模式

LPSECURITY_ATTRIBUTES lpSecurityAttributes, //指向安全属性的指针

DWORD dwCreationDisposition,//文件存在标志

DWORD dwFlagsAndAttributes,//文件属性

HANDLE hTemplateFile //指向访问模板文件的句柄

)； 

（2） 获取磁盘的基本信息。
函数DeviceIoControl()用于获取磁盘的基本信息。

原型： 

BOOL DeviceIoControl(

HANDLE hDevice, //设备句柄

DWORD dwIoControlCode, //操作控制代码

LPVOID lpInBuffer,//输入数据缓冲区

DWORD nInBufferSize,//输入数据缓冲区大小

LPVOID lpOutBuffer, //输出数据缓冲区

DWORD nOutBufferSize,//输出数据缓冲区大小

LPDWORD lpBytesReturned,//可获取的字节计数

LPOVERLAPPED lpOverlapped//指向OVERLAPPED结构的指针

)；  





参数说明如下。

① hDevice： 目标设备的句柄，由CreateFile()函数获得。

② dwIoControlCode： 指定操作的控制信息，用该值可以辨别将要执行的操作，以及对哪类设备进行操作。该参数取值如表51所示。

表51dwIoControlCode的值



值描述

IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY 
得到磁盘物理结构信息
IOCTL_DISK_GET_PARTITION_INFO 得到磁盘分区信息
FSCTL_QUERY_FAT_BPB返回FAT16或FAT12卷的前36字节
FSCTL_GET_COMPRESSION获取文件或目录的压缩信息


③ lpInBuffer： 指向一个缓冲区，该缓冲区存放指定操作所输入的数据。

④ nInBufferSize： 由lpInBuffer所指缓冲区的大小。

⑤ lpOutBuffer： 指向一个缓冲区，该缓冲区存放指定操作所输出的数据。

⑥ nOutBufferSize： 由lpOutBuffer所指缓冲区的大小。

⑦ lpBytesReturned： 实际输出结果所占字节数。

⑧ lpOverlapped： 指向OVERLAPPED结构的指针。

返回值：

如果函数调用成功，则返回值为非0值。如果函数调用失败，则返回值为0。若要得到更多的错误信息，可调用函数GetLastError()。

5.1.3实验内容

编写一个函数，根据给出的驱动器号读取磁盘基本信息，包括磁盘的大小、该磁盘包括多少个扇区、该磁盘有多少个柱面，以及每个柱面的磁道数、每个磁道的扇区数、每个扇区包含的字节数。

5.1.4实验要求

了解MSDN Library Visual Studio 6.0中提供的磁盘主要数据结构DISK_GEOMETRY中每个成员的含义，深入理解操作系统将设备当作文件处理的特性，理解函数CreateFile()及DeviceloControl()中每个参数的实际意义并能在本实验中正确使用。

5.1.5实验指导

在Microsoft Visual C++6.0环境下选择Win32 Console Application选项建立一个控制台工程文件，由于有关设备及文件操作的函数均是Microsoft Windows操作系统的系统调用，因此在图51中选中An application that supports MFC单选按钮。



图51建立一个MFC支持的应用程序


本实验使用的主要数据结构DISK_GEOMETRY是由系统提供的，其声明在“#include "winioctl.h"”中，因此要将其加入到实验程序的头文件说明中，否则程序编译时系统将无法识别DISK_GEOMETRY结构。

5.1.6实验总结

本实验程序的运行结果如图52所示。



图52软盘的基本物理组成信息


从实验结果可以看出，对给定的磁盘驱动器中的软盘A，本实验能正确识别出它每个扇区有512字节，每个磁道有18个扇区，每个柱面有2个磁道，共有80个柱面，该磁盘共有2880个磁道，磁盘的大小为1.41MB。应当注意，磁盘上有一部分空间是存储磁盘的物理信息的，这部分空间系统是不能够直接存取的，因此没有编入逻辑扇区，也就是说逻辑扇区比磁盘的实际扇区数要小，因此计算出的磁盘大小是磁盘可用空间的大小，比磁盘的物理大小要小。

5.1.7源程序



//Disk_Inforamtion_Get.cpp：  Defines the entry point for the console application



#include "stdafx.h"

#include "Disk_Inforamtion_Get.h"

#include "winioctl.h"



#ifdef_DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE［］=__FILE__； 

#endif



DISK_GEOMETRY disk_info； 



HANDLE GetDiskInformation(char drivername)； 



/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//The one and only application object

CWinApp theApp； 

using namespace std； 



int_tmain(int argc, TCHAR* argv［］, TCHAR* envp［］)

{

int nRetCode=0； 

HANDLE Handle； 

Handle=GetDiskInformation('A')； 

return nRetCode； 

}



HANDLE GetDiskInformation(char drivername)

{

char device［］="＼＼＼＼.＼＼： "； 

device［4］=drivername； 

HANDLE FloopyDisk； 

DWORD ReturnSize； 

DWORD Sector； 

double DiskSize； 

FloopyDisk=CreateFile(device,

GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,

FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,

NULL,

OPEN_EXISTING,

FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS|FILE_FLAG_NO_BUFFERING,

NULL)； 

if (FloopyDisk==INVALID_HANDLE_VALUE)

printf("INVALID_HANDLE_VALUE!＼n")； 

if (GetLastError()==ERROR_ALREADY_EXISTS)

printf("Can not Open Disk! %d＼n",GetLastError())； 

if (!DeviceIoControl(FloopyDisk,

IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY,

NULL,

0,

&disk_info,

50,

&ReturnSize,

(LPOVERLAPPED)NULL))

printf("Open Disk Error! %d＼n",GetLastError())； 

printf("Disk Information： ＼n")； 

printf("＼t BytesPerSector：  %d＼n",disk_info.BytesPerSector)； 

printf("＼t SectorPerTrack：  %d＼n",disk_info.SectorsPerTrack)； 

printf("＼t TracksPerCylinder：  %d＼n",disk_info.TracksPerCylinder)； 

printf("＼t Cylinder：  %d＼n",disk_info.Cylinders)； 

Sector=disk_info.Cylinders.QuadPart*

disk_info.TracksPerCylinder*

disk_info.SectorsPerTrack； 

printf("＼t There is %d Sectors!＼n",Sector)； 

DiskSize=Sector*disk_info.BytesPerSector； 

printf("＼t Size of Disk：  %4.2f MB＼n",(DiskSize)/(1024*1024))； 

return FloopyDisk； 

}

5.2实验二： 读/写磁盘指定位置信息
5.2.1实验目的

(1) 了解磁盘的物理组织。

(2) 掌握Windows系统提供的有关对磁盘操作API函数。

(3) 根据输入的扇区号读/写指定扇区。

5.2.2实验准备知识： 相关API函数介绍

1. 设置读/写操作的位置

函数SetFilePointer()用于移动一个打开文件中的读/写指针，这里磁盘设备被当作文件处理，因此用于移动文件读/写指针在磁盘上的位置。

原型： 

DWORD SetFilePointer(

HANDLE hFile,//文件句柄

LONG lpDistanceToMove,//文件指针要移动的偏移量的低32位

PLONG lpDistanceToMoveHigh,//文件指针要移动的偏移量的高32位


DWORD dwMoveMethod //移动起点

)； 

参数说明如下。

(1) hFile： 打开的文件句柄，创建的文件必须具有GENERIC_ READ或GENERIC_ WRITE的存取权限。

(2) lpDistanceToMove： 指针要移动的偏移量的低32位，用于指定移动文件指针的字节大小。如果参数lpDistanceToMoveHigh不为空，那么lpDistanceToMoveHigh 和lpDistanceToMove两个参数形成一个64位的值来指定移动的位置。如果参数lpDistanceToMoveHigh为空，且lpDistanceToMove是一个32位带符号值，那么当lpDistanceToMove为正值时，文件指针向前移动，否则向后移动。

(3) lpDistanceToMoveHigh： 指针要移动的偏移量的高32位。如果不需要该参数，可将其设置为空。当该参数不为空时，该参数为文件指针的高32位的DWORD类型值。

(4) dwMoveMethod： 文件指针移动的初始位置，其值如表52所示。

表52dwMoveMethod的值



值描述

FILE_BEGIN 开始点为0或为文件的开始位置
FILE_CURRENT 开始点为文件指针的当前位置
FILE_END开始点为文件的结尾位置


返回值：

如果函数调用成功，而且参数lpDistanceToMoveHigh为空，那么返回值为文件指针的低32位DWORD类型值。如果参数lpDistanceToMoveHigh不为空，那么返回值为文件指针的低32位DWORD类型值，并且高32位DWORD类型值输出到一个long类型的参数中。

如果函数调用失败，而且参数lpDistanceToMoveHigh为空，那么返回值为0xFFFFFFFF，若要得到错误信息，请调用函数GetLastError()。如果函数调用失败，而且参数lpDistanceToMoveHigh不为空，那么返回值为0xFFFFFFFF，但由于0xFFFFFFFF不是一个有效的低32位DWORD类型值，必须通过调用函数GetLastError()才能判断是否有错误发生。若发生错误，则函数GetLastError()返回错误值，否则返回NO_ERROR。

如果新的文件指针位置是一个负值，则表明函数调用失败，文件指针将不移动，通过调用函数GetLastError()返回的值是ERROR_NEGATIVE_SEEK。

2. 读文件

读取磁盘指定区域的内容，函数详细说明参见4.1.2节。

原型： 

 BOOL ReadFile(

HANDLE hFile,//要读的文件的句柄

LPVOID lpBuffer, //指向文件缓冲区的指针

DWORD nNumberOfBytesToRead,//从文件中要读取的字节数

LPDWORD lpNumberOfBytesRead, //指向从文件中要读取的字节数的指针

LPOVERLAPPED lpOverlapped//指向OVERLAPPED结构的指针

)； 

3. 写文件

该函数将数据写入磁盘指定区域，函数详细说明参见4.1.2节。

原型： 

BOOL WriteFile(

HANDLE hFile,  //要读的文件的句柄

LPVOID lpBuffer, //指向文件缓冲区的指针

DWORD nNumberOfBytesToWrite,//从文件中要读取的字节数

LPDWORD lpNumberOfBytesWritten, //指向从文件中要读取的字节数的指针

LPOVERLAPPED lpOverlapped//指向OVERLAPPED结构的指针

)； 

5.2.3实验内容

在本章实验一的基础上，继续完成该实验。编写两个函数，分别完成如下功能。

(1) 对给定的扇区号读取该扇区的内容。

(2) 将用户输入的数据写入指定的扇区。

5.2.4实验要求

深入理解操作系统将设备当作文件处理的特性，理解函数SetFilePointer()、ReadFile()及WriteFile()中每个参数的实际意义并能在本实验中正确使用。

5.2.5实验指导

在主程序中让用户选择： R、W或Q，若用户选择R选项，则调用函数BOOL SectorRead(HANDLE Handle)，完成读给定扇区信息的功能； 若用户选择W选项，则调用函数BOOL SectorWrite(HANDLE Handle)完成对给定扇区号写入信息的功能； 若用户选择Q选项，则程序退出。

5.2.6实验总结

用户读/写扇区的情况如图53所示。



图53用户读/写扇区的情况


在上面的实验中，应用程序首先显示软盘的信息。

Disk Information： 

BytesPerSector：  512

SectorPerTrack：  18

TracksPerCylinder：  2

Cylinder：  80

There is 2880 Sectors!

Size of Disk：  1.41 KB

然后提示用户进行选择“Please Select Read or Write!Input 'R' to read, 'W' to Write,'Q' to quit!”当用户输入W表示要写软盘后，应用程序提示用户“Please Input the Sector Number to Write to： ”输入要写的磁道号，当用户输入4表示要写第4道后，应用程序提示用户“Please Input the Content to Write to Disk A：： ”输入要写入第4道的内容，当用户输入要写的内容后，应用程序提示“Write Complete!”表示写操作完成。

接着，应用程序继续提示用户进行选择“Please Select Read or Write!Input 'R' to read, 'W' to Write,'Q' to quit!”当用户输入R表示要读软盘后，应用程序提示用户“Please Input the Sector Number to Read From： ”输入要读的磁道号，当用户输入4表示要读第4道的内容后，应用程序显示“Content： ”并分别以字符形式和十六进制形式显示软盘上第4道的内容。

5.2.7源程序


//Disk_Inforamtion_Read and Write.cpp：  Defines the entry point for the console application




#include "stdafx.h"

#include "Disk_Inforamtion_Get.h"

#include "winioctl.h"



#ifdef_DEBUG

#define new DEBUG_NEW

#undef THIS_FILE

static char THIS_FILE［］=__FILE__； 

#endif



DISK_GEOMETRY disk_info； 



HANDLE GetDiskInformation(char drivername)； 

BOOL SectorRead(HANDLE Handle)； 

BOOL SectorWrite(HANDLE Handle)； 



/////////////////////////////////////////////////////////////////////////////

//The one and only application object

CWinApp theApp； 

using namespace std； 



int_tmain(int argc, TCHAR* argv［］, TCHAR* envp［］)

{

int nRetCode=0； 

HANDLE Handle； 

char Choice； 

Handle=GetDiskInformation('A')； 



while(TRUE)

{

printf("Please Select Read or Write!Input 'R' to read, 'W' to Write,'Q' to quit!＼n")； 

Choice=getchar()； 

printf("＼n")； 

switch (Choice)

{

case 'W'： 

{

if (!SectorWrite(Handle))printf("Write Sector Fail!＼n")； 

getchar()； 

break； 

}

case 'R'： 

{

if (!SectorRead(Handle))printf("Read Sector Fail!＼n")； 

getchar()； 

break； 

}

case 'Q'：  

{

exit(0)； 

break； 

}

default： 

{

printf("Input Error!,Try again please!＼n")； 

getchar()； 

}

}



}

return nRetCode； 

}



HANDLE GetDiskInformation(char drivername)

{

char device［］="＼＼＼＼.＼＼： "； 

device［4］=drivername； 

HANDLE FloopyDisk； 

DWORD ReturnSize； 

DWORD Sector； 

double DiskSize； 

FloopyDisk=CreateFile(device,

GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,

FILE_SHARE_READ|FILE_SHARE_WRITE,

NULL,

OPEN_EXISTING,

FILE_FLAG_RANDOM_ACCESS|FILE_FLAG_NO_BUFFERING,

NULL)； 

if (FloopyDisk==INVALID_HANDLE_VALUE)

printf("INVALID_HANDLE_VALUE!＼n")； 

if (GetLastError()==ERROR_ALREADY_EXISTS)

printf("Can not Open Disk! %d＼n",GetLastError())； 

if (!DeviceIoControl(FloopyDisk,

IOCTL_DISK_GET_DRIVE_GEOMETRY,

NULL,

0,

&disk_info,

50,

&ReturnSize,

(LPOVERLAPPED)NULL))

printf("Open Disk Error! %d＼n",GetLastError())； 

printf("Disk Information： ＼n")； 

printf("＼t BytesPerSector：  %d＼n",disk_info.BytesPerSector)； 

printf("＼t SectorPerTrack：  %d＼n",disk_info.SectorsPerTrack)； 

printf("＼t TracksPerCylinder：  %d＼n",disk_info.TracksPerCylinder)； 

printf("＼t Cylinder：  %d＼n",disk_info.Cylinders)； 

Sector=disk_info.Cylinders.QuadPart*

disk_info.TracksPerCylinder*

disk_info.SectorsPerTrack； 

printf("＼t There is %d Sectors!＼n",Sector)； 

DiskSize=Sector*disk_info.BytesPerSector； 

printf("＼t Size of Disk：  %4.2f KB＼n",(DiskSize)/(1024*1024))； 

return FloopyDisk； 

}



BOOL SectorRead(HANDLE Handle)

{

char ReadBuffer［1024*16］； 

DWORD SectorNumber； 

DWORD BytestoRead； 

DWORD Sector； 

DWORD rc； 

int i； 

if (Handle==NULL)

{

printf("There is No disk!＼n")； 

return FALSE； 

}

printf("Please Input the Sector Number to Read From： ＼n")； 

scanf("%d",&SectorNumber)； 

printf("＼n")； 

Sector=disk_info.Cylinders.QuadPart*

disk_info.TracksPerCylinder*

disk_info.SectorsPerTrack； 

if (SectorNumber>Sector) printf("There is not this Sector!＼n")； 

printf("Content： ＼n")； 

BytestoRead=SectorNumber*(disk_info.BytesPerSector)； 

rc=SetFilePointer(Handle,BytestoRead,NULL,FILE_BEGIN)； 

if (!ReadFile(Handle,ReadBuffer,BytestoRead,&BytestoRead,NULL))

{

printf("Read File Error： %d＼n", GetLastError())； 

return FALSE； 

}

printf("＼t Text Content： ＼n")； 

for (i=0；  i<512；  i++)

{

printf("%c",ReadBuffer［i］)； 

}

printf("＼n")； 

printf("＼t Hex Text Content： ＼n")； 

for (i=0；  i<512；  i++)

{

printf("%x",ReadBuffer［i］)； 

printf("")； 

}

printf("＼n")； 

return TRUE； 

}



BOOL SectorWrite(HANDLE Handle)

{

char WriteBuffer［1024］； 

DWORD SectorNumber,SecterMove； 

DWORD BytestoWrite； 

DWORD Sector； 

DWORD rc； 



if (Handle==NULL)

{

printf("There is No disk!＼n")； 

return FALSE； 

}

printf("Please Input the Sector Number to Write to： ＼n")； 

scanf("%d",&SectorNumber)； 

printf("＼n")； 

Sector=disk_info.Cylinders.QuadPart*

disk_info.TracksPerCylinder*

disk_info.SectorsPerTrack； 

if (SectorNumber>Sector) printf("There is not this Sector!＼n")； 

printf("Please Input the Content to Write to Disk A： ＼n")； 

scanf("%s",&WriteBuffer)； 

SecterMove=SectorNumber*(disk_info.BytesPerSector)； 

rc=SetFilePointer(Handle,SecterMove,NULL,FILE_BEGIN)； 

if (!WriteFile(Handle,WriteBuffer,512,&BytestoWrite,NULL))

{

printf("Read File Error： %d＼n", GetLastError())； 

return FALSE； 

}

printf("Write Complete!＼n")； 

return TRUE； 

}

5.2.8实验展望

在上述实验的基础上，读者可以尝试实现下述功能： 读取软盘上的文件目录，并查看指定文件信息。