13. Логическая структура жесткого диска

Запись данных на жесткие диски осуществляется не хаотически, а по определенным правилам и стандартам. На магнитную поверхность наносятся специальная разметка и другая служебная информация, например, создаются закрытые сектора, отвечающие за загрузку операционной системы и т.п. Т.е. создается так называемая логическая структура жесткого диска. Благодаря стандартизации логической структуры операционные системы могут работать с жесткими дисками разной емкости от различных производителей. Любая операционная система предлагает пользователем функцию форматирования жесткого диска (на профессиональном языке - высокоуровневое форматирование). Это самый простой и общедоступный вариант влияния на логическую структуру жесткого диска, который затрагивает только малую часть из необходимой служебной информации.

Логическое дисковое пространство любого логического диска делится на две области:

системную область и область данных.

MBR

BR

FAT1

FAT2

Корневой каталог

Данные

Системная область Область данных

Системная область логического диска создается и инициализируется при форматировании, а в последующем обновляется при манипулировании файловой структурой. Область данных логического диска содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому. Она в отличие от системной области доступна через пользовательский интерфейс DOS.

Системная область состоит из следующих, расположенных в логическом адресном пространстве подряд, компонентов:

1) главная загрузочная запись(MBR ---Master Boot Record)

2) загрузочной записи (BR — Boot Record);

3) таблицы размещения файлов (FAT1 — File Allocation Table);

3.1) копия таблицы размещения файлов (FAT 2)

4) корневого каталога (RDir — Root Directory).

MBR На жестком диске имеется односекторная главная загрузочная запись (MBR — Master Boot Record), содержащая внесистемный загрузчик (NSB — Non-System Bootstrap), а также таблицу разделов (РТ — Partition Table) и имеющая физический адрес [0-0-1]. Таким образом, в стартовом секторе физического жесткого диска находится не BR, a MBR.

BR находится в секторе с физическим адресом [0-0-1] (для дискеты) и содержит блок параметров диска (DPB — Disk Parameter Block), а также системный загрузчик (SB — System Bootstrap). Сектор, содержащий BR, называется стартовым.

FAT является очень важной информационной структурой. Она представляет собой карту (образ) области данных, в которой описывается состояние каждого кластера и связываются в цепочку принадлежащие одному файлу (некорневому каталогу) кластеры. Кластер — это мини­мальная единица дисковой памяти, выделяемая файлу (или некорневому каталогу). Каждый из них занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью. Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (точнее — только в области данных). На дискетах кластер занимает один или два сектора, а на жестких дисках — обычно четыре или восемь секторов. Логическое разбиение области данных на кластеры как совокупности секторов взамен исполь­зования одиночных секторов имеет следующий смысл:

— уменьшается возможная фрагментация файлов;

— уменьшается размер FAT, а следовательно, и объем системной области логического диска;

— ускоряется доступ к файлу, так как в несколько раз сокращается длина цепочек фрагментов дискового пространства, выделенных для него.

Однако слишком большой размер кластера ведет к неэффективному использованию области данных, особенно в случае большого количества маленьких файлов.

В связи с тем, что FAT используется при доступе к диску очень интенсивно, она обычно загружается в ОЗУ (в буфера ввода-вывода или кэш) и остается там настолько долго, насколько это возможно.

В связи с чрезвычайной важностью FAT она обычно хранится в двух идентичных экземплярах (за исключением FAT виртуального диска), второй из которых непосредственно следует за первым. Обновляются копии FAT одновременно. Используется же только первый экземпляр. Если он по каким-либо причинам окажется разрушенным, то произойдет обращение ко второму экземпляру.

Корневой каталог (Root directory). RDir является корнем древовидной файловой структуры логического диска и не может быть удален никакими средствами. Так как размеры таблицы FAT не постоянны, то Корневой каталог не имеет четко закрепленного места, но следует сразу за второй таблицей FAT. Размеры этого каталога четко фиксированы, поэтому существует ограничение на количество папок и файлов в корне диска. Под корневой каталог обычно отводится 32 сектора, именно поэтому корневой каталог ограничен 512 записями. Подкаталог может хранить произвольное количество записей.

Каждая запись в том каталоге имеет размер 32 байта. В записи содержится информация практически вся информация о файле, которой располагает DOS: имя, атрибуты, время и дата создания и размер на диске. Эта информация связана с FAT посредством одного из полей записи – номера первого занимаемого файлом кластера на диске.

Чтобы отследить расположение файла, надо обратиться к каталогу и выяснить номер его первого сектора и длину файла, затем найти в FAT этот кластер и проследить цепочку кластеров до конца файла.

В области данных последовательно сектор за сектором находятся данные (файлы и папки).