Сектор, кластер

Логическая структура диска

Физически жесткий диск представляет из себя «слоеный пирог»: несколько дисков-пластин собраны в пакет.

Минимальная адресуемая единица диска – сектор. Его размер определяется физическими характеристиками: шаг перемещения читающей головки, качеством диска (дискеты) и системными ограничениями. MS DOS предполагает, что размер сектора равен 512 байтам. На дискете каждый сектор имеет заголовок, на жестком диске возможны два варианта: заголовок вместе с сектором или заголовки вынесены на отдельный цилиндр (определяется аппаратно).

Кластер равен 2ⁿ (степень двойки) секторов. n - константа для логического диска. Значение n может выбираться автоматически и задаваться вручную при форматировании диска.

Рассмотрим логическую структуру диска для файловой системы FAT. Мы установили, что таблица FAT должна располагаться в определенном месте диска. Логично предположить, что она занимает начало диска. Каталог тоже должен легко находиться, поэтому поместим его вслед за FAT. Если ограничить размер основного каталога (точнее задать для него фиксированный размер), то достаточно легко посчитать, сколько занимает места таблица FAT, где начинается корневой каталог, а где начинается «область данных», т.е. свободное дисковое пространство, отдаваемое под файлы.

Структура раздела (тома)

FAT – содержит информацию, без которой доступ к диску становится невозможным. Для того, чтобы надежнее хранить эту информацию, было решено хранить на диске и копию FAT, расположенную следом за оригиналом.

Кроме того, нужно еще где-то записать данные о самой FAT (например, о ее разрядности!). С этой целью выделили в начале диска один сектор, в который поместили так называемую boot record (загрузочную запись). Таким образом, получаем следующую структуру:

BR

FAT1

FAT2

Корн. каталог

02 – n

n –2n

2n – m-1

m

m+1

m+2

m+3

m+4

m+5

m+6

m+7

m+8

m+9

m+10

m+11

1кластер

2 кластер

3 кластер …

Это еще не все!

Разделы, MBR, IPL, BR, PL

Мы видим, что адресное пространство FAT16 по современным меркам невелико. Так каким же образом обходились таким количеством? Оказывается, есть два решения данной проблемы. Первое – увеличить размер кластера, тогда их общее количество останется прежним (и нам хватит 16 разрядов для адресации). Этот способ приводит к большим потерям дисковой памяти в «хвостах» файлов. Так как файлу место выделяется целыми кластерами, то всегда часть последнего кластера будет оставаться свободной от данных. В среднем потери на «хвост» составляют половину размера кластера. Отсюда очевидно, что при большем размере кластера и средние потери большие.

Второй способ – разбить физический диск на несколько логических дисков, так чтобы в каждом размер кластера был относительно небольшим. Тогда в начале каждого раздела (по другому, тома, логического диска) должна находиться специальная запись, хранящая сведения о данном логическом диске, затем следуют FAT, корневой каталог, область данных, то есть BR.

Рассмотрим подробнее содержимое BR. Для этого вернемся к вопросу о последовательности загрузки компьютера. Итак, при включении электричества начинает работать BIOS – программа на микросхеме. Эта программа выбирает из специальной памяти CMOS некоторые характеристики компьютера. Если в CMOS задано, что загрузочным является диск «С:», то BIOS должна найти ОС на диске «С:». Следовательно, она должна знать, в какую часть диска обратиться и как прочесть то, что там написано. Очевидно, что простейшим решением является следующее: в самом начале диске всегда храним специальную запись - MBR (master boot record). Эта запись состоит из двух частей: таблицы разделов (Partition table) и начального загрузчика (IPL Initial Program Loader). BIOS передает управление IPL.

Таблица разделов представляет собой таблицу из четырех строк (!), в каждой из которых написан адрес начала раздела и адрес конца раздела, а также некоторые характеристики раздела, например разрядность FAT. Важнейшая характеристика раздела - является ли он загружаемым. Обычно загружаемым является один раздел диска, но могут быть и несколько.

Загрузчик IPL начинает работу по загрузке ОС. Для этого он отыскивает в таблице разделов загружаемый раздел и передает управление загрузчику из BR – записи загружаемого раздела.

Структура BR похожа на структуру MBR. Только в ней вместо таблицы разделов хранится таблица характеристик текущего раздела, а вместо начального загрузчика – просто загрузчик. Загрузчик в BR - операционно-зависимый загрузчик, он «знает», какая ОС установлена в текущем разделе, то есть он «знает», какие файлы представляют собой ядро ОС, кому передавать управление. Он может найти эти файлы, так как в характеристиках раздела записан вид FAT, и, следовательно, он может найти каталог, в котором находится ядро ОС.

Повторим в заключение последовательность программ, работающих при загрузке компьютера, и отметим данные, с которыми эти программы работают:

BIOS – CMOS

IPL – Partition Table

PL – BR

ОС

Дата добавления: 2014-12-07