Linux如何进行读写扇区操作？

Linux 读写扇区详解

在Linux操作系统中，直接读写硬盘扇区是一项高级任务，通常用于底层硬件操作、数据恢复或系统调试，本文将详细介绍如何在Linux下按扇区读写块设备，包括所需步骤、命令和示例代码。

一、基本概念

在深入技术细节之前，先了解一些基本概念：

扇区：硬盘上的存储单位，通常每个扇区大小为512字节。

块设备：如硬盘、固态硬盘等，以扇区为单位进行数据存储的设备。

文件系统：管理磁盘存储的系统，如ext4、NTFS等。

二、准备工作

找到设备节点

首先需要找到要操作的块设备的文件系统挂载点，对于Android系统的TF卡，挂载点可能是/dev/block/mmcblk0p1或/dev/block/mmcblk0。

修改权限

默认情况下，普通用户没有权限直接访问块设备，需要通过以下命令修改权限（以root用户执行）：

chmod 777 -R /dev/block/mmcblk0p1

注意：实际操作中应谨慎使用chmod 777命令，以避免安全风险。

三、编写读写程序

以下是一个简单的C程序示例，用于读写指定扇区。

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
// 打开块设备
int open_block_device(const char *device) {
    return open(device, O_RDWR | O_DIRECT, 0600);
}
// 写入扇区
int write_sectors(int fd, off_t offset, const void *buffer, size_t count) {
    if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) == -1) {
        perror("lseek");
        return -1;
    }
    return write(fd, buffer, count);
}
// 读取扇区
int read_sectors(int fd, off_t offset, void *buffer, size_t count) {
    if (lseek(fd, offset, SEEK_SET) == -1) {
        perror("lseek");
        return -1;
    }
    return read(fd, buffer, count);
}
int main() {
    const char *device = "/dev/block/mmcblk0"; // 根据实际情况修改设备路径
    int fd = open_block_device(device);
    if (fd == -1) {
        perror("open_block_device");
        return 1;
    }
    char data[512] = "Hello, this is a test data block!";
    if (write_sectors(fd, 1024, data, sizeof(data)) == -1) {
        perror("write_sectors");
        close(fd);
        return 1;
    }
    char read_buf[512];
    if (read_sectors(fd, 1024, read_buf, sizeof(read_buf)) == -1) {
        perror("read_sectors");
        close(fd);
        return 1;
    }
    printf("Read data: %s
", read_buf);
    close(fd);
    return 0;
}

编译并运行上述程序：

gcc -o rw_sectors rw_sectors.c
sudo ./rw_sectors

请确保以root用户或具有适当权限的用户身份运行程序。

四、使用dd命令读写扇区

除了编写程序，还可以使用dd命令直接在命令行中读写扇区，以下是一些常用的例子：

读指定物理扇区

dd if=/dev/sda of=output.bin bs=512 count=1 seek=1024

这条命令从/dev/sda设备的第1024个扇区开始，读取一个扇区（512字节）到output.bin文件中。

写指定物理扇区

dd if=input.bin of=/dev/sda bs=512 count=1 seek=1024

这条命令将input.bin文件中的数据写入/dev/sda设备的第1024个扇区。

五、FAQs

Q: 如何确定文件所在的物理扇区？

A: 可以使用debugfs工具查看文件系统中文件对应的块号，然后根据块大小计算扇区号。

sudo debugfs /dev/sda1
cd /root/linux-2.6.32.36-0.5/REPORTING-BUGS
bmap REPORTING-BUGS

假设输出为584933，表示文件占用的第584933个块，如果块大小为4096字节，则起始扇区号为584933 * (4096 / 512) + 分区起始扇区。

Q: 为什么需要使用内存对齐的缓冲区？

A: 为了提高I/O操作的效率，缓冲区需要与内存页对齐，在Linux中，可以使用memalign函数分配对齐的内存。

void *iobuf = memalign(getpagesize(), getpagesize());

这将分配一个与页面大小对齐的缓冲区。

直接在Linux下读写扇区需要具备一定的系统权限和编程知识，通过修改设备权限、编写C程序或使用dd命令，可以实现对块设备的低级操作，这些操作具有较高的风险，可能导致数据丢失或系统不稳定，因此在生产环境中应谨慎使用，并确保有足够的备份和恢复机制。

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