使用Java NIO直接访问Windows磁盘

Question

我正在使用一个库，它使用Java NIO直接将文件映射到内存中，但我在尝试直接读取磁盘时遇到了问题。

我可以使用UNC（网络文件路径）和FileInputStream直接读取磁盘，例如：

File disk = new File("\\\\.\\PhysicalDrive0\\");
try (FileInputStream fis = new FileInputStream(disk);
    BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(fis)) {
    byte[] somebytes = new byte[10];
    bis.read(somebytes);
} catch (Exception ex) {
    System.out.println("Oh bother");
}

然而，我无法将这个方法扩展到 NIO：

File disk = new File("\\\\.\\PhysicalDrive0\\");
Path path = disk.toPath();
try (FileChannel fc = FileChannel.open(path, StandardOpenOption.READ)){
    System.out.println("No exceptions! Yay!");
} catch (Exception ex) {
    System.out.println("Oh bother");
}

堆栈跟踪（直到原因）为：

java.nio.file.FileSystemException: \\.\PhysicalDrive0\: The parameter is incorrect.

at sun.nio.fs.WindowsException.translateToIOException(WindowsException.java:86)
at sun.nio.fs.WindowsException.rethrowAsIOException(WindowsException.java:97)
at sun.nio.fs.WindowsException.rethrowAsIOException(WindowsException.java:102)
at sun.nio.fs.WindowsFileSystemProvider.newFileChannel(WindowsFileSystemProvider.java:115)
at java.nio.channels.FileChannel.open(FileChannel.java:287)
at java.nio.channels.FileChannel.open(FileChannel.java:334)
at hdreader.HDReader.testcode(HDReader.java:147)

我虽然在如何从Java访问磁盘上特定的原始数据看到了类似的内容，但还是没能找到解决方案。 Daniel Alder的答案建议使用GLOBALROOT，因为该答案在答案中使用了FileChannel，但我似乎无法使用此模式找到驱动器。是否有一种方法可以列出GLOBALROOT下的所有设备或类似于此的东西？

目前，我正在查看使用普通InputStream替换NIO的用法，但如果可能的话，我想避免这样做。首先，NIO有其使用原因，其次，它运行了大量代码并需要大量工作。最后，我想知道如何实现类似于Daniel解决方案的操作，以便将来可以写入设备或使用NIO。

因此，总结一下：如何使用Java NIO直接访问驱动器（而不是InputStream），或者是否有一种方法可以列出通过GLOBALROOT可访问的所有设备，以便我可以使用Daniel Alser的解决方案？ 回答总结： 我保留了过去的编辑（下面）以避免混淆。在EJP和Apangin的帮助下，我认为我有一个可行的解决方案。类似于以下内容：

private void rafMethod(long posn) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(512);
    buffer.rewind();
    try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile(disk.getPath(), "r");
            SeekableByteChannel sbc = raf.getChannel()) {
        sbc.read(buffer);
    } catch (Exception ex) {
        System.out.println("Oh bother: " + ex);
        ex.printStackTrace();
    }

    return buffer;
}

只要posn参数是扇区大小（在这种情况下设置为512）的倍数，这将起作用。请注意，这也适用于Channels.newChannel（FileInputStream），在这种情况下似乎总是返回一个SeekableByteStream，并且将其转换为一个似乎是安全的操作。

从快速而粗略的测试中，这些方法似乎确实进行了查找，而不仅仅是跳过。我在驱动器开头搜索了一千个位置并读取了它们。我做了同样的事情，但增加了磁盘大小的一半的偏移量（以搜索磁盘的后半部分）。我发现：

- 两种方法几乎花费相同的时间。 - 搜索磁盘的开头或结尾并不影响时间。 - 减少地址范围会减少时间。 - 对地址进行排序会减少时间，但不会减少多少。

这向我表明，这确实是寻址而不仅仅是读取和跳过（因为流倾向于那样做）。在这个阶段速度仍然很慢，它使我的硬盘听起来像一台洗衣机，但代码被设计为快速测试，尚未美化。它可能仍然正常工作。

感谢EJP和Apangin的帮助。请在他们各自的答案中阅读更多内容。

编辑： 我后来在Windows 7机器上运行了我的代码（起初我没有），并获得了稍微不同的异常（请参见下文）。这是在管理员权限下运行的，第一段代码在相同的条件下仍然有效。

java.nio.file.FileSystemException: \\.\PhysicalDrive0\: A device attached to the system is not functioning.

    at sun.nio.fs.WindowsException.translateToIOException(WindowsException.java:86)
    at sun.nio.fs.WindowsException.rethrowAsIOException(WindowsException.java:97)
    at sun.nio.fs.WindowsException.rethrowAsIOException(WindowsException.java:102)
    at sun.nio.fs.WindowsFileSystemProvider.newFileChannel(WindowsFileSystemProvider.java:115)
    at java.nio.channels.FileChannel.open(FileChannel.java:287)
    at java.nio.channels.FileChannel.open(FileChannel.java:335)
    at testapp.TestApp.doStuff(TestApp.java:30)
    at testapp.TestApp.main(TestApp.java:24)

编辑2: 针对EJP的回复，我已经尝试过:

    byte[] bytes = new byte[20];
    ByteBuffer bb = ByteBuffer.wrap(bytes);
    bb.rewind();

    File disk = new File("\\\\.\\PhysicalDrive0\\");
    try (FileInputStream fis = new FileInputStream(disk);
            ReadableByteChannel rbc = Channels.newChannel(new FileInputStream(disk))) {

        System.out.println("Channel created");
        int read = rbc.read(bb);
        System.out.println("Read " + read + " bytes");
        System.out.println("No exceptions! Yay!");
    } catch (Exception ex) {
        System.out.println("Oh bother: " + ex);
    }

当我尝试这样做时，我得到了以下输出：

通道已创建
哎呀：java.io.IOException: 参数不正确

因此，似乎我可以创建FileChannel或ReadableByteChannel，但无法使用它们；也就是说，错误只是被推迟了。

- timbo

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你没有尝试我的实际代码。像我一样使用4096的缓冲区大小来尝试它。你可能需要读取精确的磁盘块倍数。 - user207421

我敢打赌，原始磁盘驱动程序不支持部分块读取。如果这是您的需求，最好使用FileInput/OutputStreams并在它们周围使用BufferedInput/OutputStreams。 - user207421

FileInput流不幸不能胜任这项工作。对于从头到尾的读取，它还可以，但是随机访问存在问题。它要么不允许，要么需要很长时间。如果有其他跨平台的Java解决方案，请考虑。我并不局限于NIO。 - timbo

重新编译不会加速您的代码，但使用更新的JDK可能会有所帮助。 - user207421

是的，抱歉，那就是我想说的。使用更新的JDK重新编译。我之所以说重新编译是因为（虽然我可能错了），我认为仅仅更改JRE是不够的。实际上，必须使用更新的JDK重新编译才能产生影响。 - timbo

Answer 1

当直接访问物理驱动器而不进行缓冲时，只能读取完整的扇区。这意味着，如果一个扇区大小为512字节，则只能读取512字节的倍数。将您的缓冲区长度更改为512或4096（无论您的扇区大小是多少），FileChannel就可以正常工作：

ByteBuffer buf = ByteBuffer.allocate(512);

try (RandomAccessFile raf = new RandomAccessFile("\\\\.\\PhysicalDrive0", "r");
     FileChannel fc = raf.getChannel()) {
    fc.read(buf);
    System.out.println("It worked! Read bytes: " + buf.position());
} catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
}

请查看对齐和文件访问要求。

您的原始FileInputStream代码显然有效，因为其中包含了默认缓冲区大小为8192的BufferedInputStream。如果去掉这部分内容，代码将出现相同的异常。

- apangin

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有没有直接访问磁盘扇区大小的方法？还是必须使用本地方法？ - LppEdd

@LppEdd 请参考这个问题。或者通过尝试读取并捕获异常来探测常见的大小。 - apangin

Answer 2

请以管理员身份运行此程序。它确实有效，因为它只是 java.io 的薄包装器：

    try (FileInputStream fis = new FileInputStream(disk);
        ReadableByteChannel fc = Channels.newChannel(fis))
    {
        System.out.println("No exceptions! Yay!");
        ByteBuffer  bb = ByteBuffer.allocate(4096);
        int count = fc.read(bb);
        System.out.println("read count="+count);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        System.out.println("Oh bother: "+ex);
        ex.printStackTrace();
    }

编辑 如果你需要随机访问，就必须使用RandomAccessFile。通过Channels无法实现这种映射。但是上面的解决方案本身并不是NIO，只是在FileInput/OutputStream上加了一层Java NIO。

- user207421

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谢谢EJP，我已经做到了。当我第一次提出问题时，我使用的是XP（没有Windows 7）。当我在Windows 7上运行它时，我得到了你提到的错误。然后我以管理员身份运行，并得到了一个新的错误：“系统连接的设备无法正常工作。”（请参见我的帖子底部）。显然，设备正在工作，因为FileStream可以工作，而且它也是我的操作系统磁盘。顺便说一下，磁盘1、2和3上发生的情况都是一样的。 - timbo

好的，我会尝试剪切和粘贴。 - timbo

“从那里没有通过通道的映射” - RandomAccessFile.getChannel() 呢？ - apangin

@EJP，你还没有回答我的问题。你也没有回答OP的问题。 - apangin

如果您无法准确阅读原始问题或我的评论，那么重申所有内容可能毫无意义。但是，为了进一步帮助您，当通过任何方式创建原始磁盘的FileChannel时，OP会收到“系统中连接的设备未能正常运行”的错误消息，并且一旦他解决您提到的琐碎访问问题，他也将通过您的答案得到该错误消息。我同意，我的回答也没有回答问题，因为它不让他执行随机访问。显然，这没有答案。 - user207421

Answer 3

使用NIO，您的原始代码只需要稍作修改即可。

Path disk = Paths.get("d:\\.");
try (ByteChannel bc = Files.newByteChannel(disk, StandardOpenOption.READ)) {
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(10);
    bc.read(buffer);
} catch (Exception e){
    e.printStackTrace();
}

代码是可以工作的，但是我在你的版本和我的版本中都遇到了访问被拒绝的错误。

- Steve K

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谢谢你的回答，史蒂夫。我不认为问题出在引用（\.\PhysicalDrive0\）上，但我会尝试任何方法。我使用你的代码时也遇到了同样的错误。第一段使用FileInputStream的代码确实可以使用该引用，但不幸的是，FileInputStream无法满足我的需求。如果问题出在引用上，我就不会期望它能正常工作。此外，当我使用无效的引用时，我会得到不同的错误提示。 - timbo