使用 Java NIO 直接访问 Windows 磁盘

Question

我正在使用一个使用 Java NIO 的库来直接将文件映射到内存，但是我无法直接读取磁盘。

我可以直接使用FileInputStream和UNC读取磁盘，比如

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");
}

但是，我不能将此扩展到 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）是：

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)

虽然我在How to access specific raw data on disk from java 上看到了一些接近的东西，但我一直无法找到解决方案。 Daniel Alder 建议使用 GLOBALROOT 的答案似乎是相关的，因为答案在答案中使用了 FileChannel，但我似乎无法找到使用这种模式的驱动器。有没有办法列出 GLOBALROOT 下的所有设备或类似的东西？

目前我正在考虑用直接的InputStreams 替换 NIO 的使用，但如果可以的话，我想避免这种情况。首先，使用 NIO 是有原因的，其次，它要运行大量代码，需要大量工作。最后，我想知道如何实现类似 Daniel 的解决方案，以便将来可以写入设备或使用 NIO。

总而言之：如何使用 Java NIO（而不是 InputStreams）直接访问驱动器，和/或有没有办法列出通过 GLOBALROOT 访问的所有设备，以便我可以使用 Daniel Alser 的解决方案？

答案摘要： 我保留了过去的编辑（如下）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。类似的东西

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 参数是扇区大小的倍数（在本例中设置为 512），这将起作用。请注意，这也适用于 Channels.newChannel(FileInputStream)，在这种情况下，它似乎总是返回一个 SeekableByteStream，并且它似乎将其转换为一个是安全的。

从快速而肮脏的测试来看，似乎这些方法确实在寻找，而不仅仅是跳过。我在驱动器开始时搜索了一千个位置，它读取了它们。我做了同样的事情，但添加了一半磁盘大小的偏移量（搜索磁盘背面）。我发现：

• 这两种方法花费的时间几乎相同。
• 搜索磁盘的开头或结尾不影响时间。
• 缩小地址范围确实缩短了时间。
• 对地址进行排序确实减少了时间，但幅度不大。

这向我表明，这是真正的寻找，而不仅仅是阅读和跳过（就像流所趋向的那样）。在这个阶段速度仍然很糟糕，它让我的硬盘听起来像一台洗衣机，但代码是为快速测试而设计的，还没有变得漂亮。它可能仍然可以正常工作。

感谢 EJP 和 Apangin 的帮助。阅读他们各自的答案。

编辑： 从那以后，我在一台 Windows 7 机器上运行我的代码（我最初没有），我得到了一个稍微不同的异常（见下文）。这是以管理员权限运行的，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，我尝试过：

    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);
    }

当我尝试这个时，我得到以下输出：

频道已创建
哦，麻烦：java.io.IOException：参数不正确

看来我可以创建 FileChannel 或 ReadableByteChannel，但我不能使用它；也就是说，错误只是被延迟了。

Answer 1

当访问没有缓冲的物理驱动器时，您只能读取完整的扇区。这意味着，如果扇区大小为 512 字节，则只能读取 512 字节的倍数。将缓冲区长度更改为 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();
}

见Alignment and File Access Requirements。

您原来的 FileInputStream 代码显然可以正常工作，因为 BufferedInputStream 的默认缓冲区大小为 8192。把它拿走 - 代码将失败并出现同样的异常。

Answer 2

使用 NIO，您的原始代码只需稍作改动即可。

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();
}

代码很好，可行，但我的版本和你的版本都出现拒绝访问错误。

Answer 3

以管理员身份运行。它确实有效，因为它只是java.io: 的一个薄包装

    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();
    }

编辑如果您需要随机访问，则只能使用RandomAccessFile。通过Channels 没有映射。但是上面的解决方案无论如何都不是 NIO，只是FileInput/OutputStream 之上的一个 Java NIO 层。