通过$Bitmap元文件计算NTFS分区的使用空间大小

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作者：清林，博客名：飞空静渡

在我之前的一篇文章《如何获取NTFS卷的使用空间大小
》里说明了两张方式来获取NTFS文件系统下的分区的使用空间的大小的原理，这里，我将通过第一种方法即通过NTFS中的Bitmap元文件来计算整个分区使用空间的大小。

在《如何获取
NTFS卷的使用空间大小
》里说，在通过NTFS中的Bitmap元文件来计算整个分区使用空间的大小时，由于Bitmap不能完全表示到整个分区大小，因此有必要截取Bitmap文件，但我们可以通过Bitmap来计算自由空间大小就不需要截取Bitmap文件了，因为Bitmap中表示的超出分区的比特位都设置成1，这样分区就不会使用超出分区部分的空间，这样我们计算自由空间的大小就只计算0的部分就可以了。

下面，我通过一个程序来获取NTFS分区的自由空间大小，并把这个大小和XP系统下看到的分区的自由空间大小进行对比。
首先，我们读取分区的DBR，DBR位于分区的第一个扇区，这样我们就可以得到这个分区的信息，包括整个分区的大小。这个DBR结构是这样的（DBR结构来源于NTFS-3g代码并有修改）：

typedef struct
{
WORD 	bytes_per_sector;		/* Size of a sector in bytes. */
BYTE  	sectors_per_cluster;	/* Size of a cluster in sectors. */
WORD 	reserved_sectors;		/* zero */
BYTE  	fats;			/* zero */
WORD 	root_entries;		/* zero */
WORD 	sectors;			/* zero */
BYTE  	media_type;			/* 0xf8 = hard disk */
WORD 	sectors_per_fat;		/* zero */
/*0x0d*/WORD 	sectors_per_track;		/* Required to boot Windows. */
/*0x0f*/WORD 	heads;			/* Required to boot Windows. */
/*0x11*/DWORD 	hidden_sectors;		/* Offset to the start of the partition
relative to the disk in sectors.
Required to boot Windows. */
/*0x15*/DWORD 	large_sectors;		/* zero */
/* sizeof() = 25 (0x19) bytes */
}BIOS_PARAMETER_BLOCK;
typedef struct
{
BYTE  		jump[3];			/* Irrelevant (jump to boot up code).*/
DWORDLONG 	oem_id;			/* Magic "NTFS    ". */
/*0x0b*/BIOS_PARAMETER_BLOCK bpb;	/* See BIOS_PARAMETER_BLOCK. */
BYTE 		physical_drive;		/* 0x00 floppy, 0x80 hard disk */
BYTE 		current_head;		/* zero */
BYTE 		extended_boot_signature; 	/* 0x80 */
BYTE 		reserved2;			/* zero */
/*0x28*/DWORDLONG 	number_of_sectors;	/* Number of sectors in volume. Gives
maximum volume size of 2^63 sectors.
Assuming standard sector size of 512
bytes, the maximum byte size is
approx. 4.7x10^21 bytes. (-; */
DWORDLONG 	mft_lcn;			/* Cluster location of mft data. */
DWORDLONG 	mftmirr_lcn;		/* Cluster location of copy of mft. */
CHAR	  	clusters_per_mft_record;	/* Mft record size in clusters. */
BYTE  		reserved0[3];		/* zero */
CHAR  		clusters_per_index_record;	/* Index block size in clusters. */
BYTE  		reserved1[3];		/* zero */
DWORDLONG 	volume_serial_number;	/* Irrelevant (serial number). */
DWORD 		checksum;			/* Boot sector checksum. */
/*0x54*/BYTE  		bootstrap[426];		/* Irrelevant (boot up code). */
WORD 		end_of_sector_marker;	/* End of boot sector magic. Always is
0xaa55 in little endian. */
/* sizeof() = 512 (0x200) bytes */
}NTFS_BOOT_SECTOR;

这样我们就可以知道MFT的偏移位置了（mft_lcn变量）。
这样我们就可以读取第6个元文件（索引从0开始）也就是$Bitmap文件。我们获取$Bitmap文件的数据属性并获得其大小.

if (read_mft_file($Bitmap, pMftFile))
{
log_error("get mft file failed");
goto error;
}
if (look_up_attr(AT_DATA, &pMftFile, &attr))
{
log_error("can't get the bitmap data attribute!");
goto error;
}
l = ntfs_get_attribute_value_length(attr);

通过它的大小，我们可以读取整个$Bitmap文件的内容。
我们先初始化整个分区的自由空间大小为整个磁盘的大小，整个磁盘空间大小可以通过DRB来获得。
long long nr_free = m_dwlTotalClusters;

然后我们检测我们的$Bitmap内容，如果为1，我们的nr_free就相应的减1，直到我们检测完$Bitmap的所有内容。

if (ntfs_get_attribute_value(attr, buf) == 0)
{
log_error("get partition free space failed!");
goto error_buf;
}
{
int i, j;
for (i = 0; i < l; i++)
for (j = 0; j < 8; j++)
if ((buf[i] >> j) & 1)
nr_free--;
}
free_size = nr_free * m_dwClusterSize;

我通过ntfs_get_attribute_value(attr, buf)函数把$Bitmap的数据的非常驻属性的内容读取到buf中，然后通过一个for循环来计算整个分区的自由空间的大小。
下面是获取一个20G左右的NTFS分区的大小的情况，并和在XP下获得的大小进行对比。如下：

程序获得大小：
the partition total size is: 20974463488

the partition free size is: 20906041344
XP下：



下面是一个200M左右的NTFS分区大小的对比情况：
程序获得大小情况：
the partition total size is: 205599232

the partition free size is: 202801152

XP下获得大小情况：



我们看到，通过$Bitmap元文件获得的分区的自由空间大小和XP下获得的自由空间的大小是非常接近的，因此，我们在没有通过windows下的API的情况，通过计算NTFS文件系统中的$Bitmap就可以获得整个分区的自由空间的大小的了，这在Linux下，在不加载分区的情况下也可以通过这样的方式来获得分区的大小。
下次说明一下如何计算FAT32和FAT16分区的自由空间大小，这个的计算要比NTFS麻烦一些了。