4.6.Физическая организация файловой системы
4.6.1.Информационная структура магнитных дисков
Разметку диска под конкретный тип файловой системы |
||||
выполняют процедуры высокоуровнего, или логического |
||||
форматирования. При высокоуровневом форматировании |
||||
определяется размер кластера, записывается информация, |
||||
необходимая для работы файловой системы и загрузчик ОС - |
||||
небольшая |
программа, |
которая |
начинает |
процесс |
инициализации операционной системы после включения |
||||
питания. |
|
|
|
|
Прежде чем форматировать диск под определенную |
||||
файловую систему, он может быть разбит на разделы. Раздел - |
||||
это непрерывная часть физического диска, которую |
||||
операционная система предоставляет пользователю как |
||||
логическое устройство (логический диск или логический |
||||
раздел). На каждом разделе может создаваться только одна |
||||
файловая система. |
|
|
|
|
|
Операционные системы |
|
202 |
|
4.6.Физическая организация файловой системы
4.6.1.Информационная структура магнитных дисков
ВIBM-совместных ПК сектор 1 диска называется
главной загрузочной записью (MBR - Master Boot Record) и используется для загрузки компьютера.
Вконце MBR содержится таблица разделов. В ней хранятся начальные и конечные адреса (номера блоков) каждого раздела.
Один из разделов помечен в таблице как активный. При загрузке компьютера BIOS считывает и исполняет MBR- запись, после чего загрузчик в MBR-записи определяет активный раздел диска, считывает его первый блок (загрузчик) и исполняет его.
Программа, находящаяся в загрузочном блоке, загружает операционную систему, содержащуюся в этом разделе.
Операционные системы |
203 |
4.6.Физическая организация файловой системы
4.6.1.Информационная структура магнитных дисков
Для единообразия каждый дисковый раздел начинается с загрузочного блока, даже если в нем не содержится операционной системы. К тому же в этом разделе может быть в дальнейшем установлена операционная система, поэтому зарезервированный загрузочный блок оказывается полезным.
Таблица разделов располагается в MBR по смещению Ox1BE и содержит четыре элемента. Структура записи элемента таблицы разделов приведена ниже.
Операционные системы |
204 |
Адресация блоков данных диска
1 способ: c – h - s
с – номер цилиндра, h – номер головки,
s – номер сектора
2 способ: LBA (Logical Block Addressing)
A = (c * H + h) * S + s – 1
H – число рабочих поверхностей в цилиндре,
S – количество секторов на Системныедорожке идентификаторы: 06h
– FAT16, 07h – NTFS, 0Bh – FAT32
Структура элемента таблицы разделов
N Назначение
п/п
1. 
Флаг активности раздела (Boot Indicator)
2. Номер головки начала раздела
3. Номер сектора и цилиндра загрузочного сектора
раздела
4.Системный идентификатор, показывающий на принадлежность к ОС и ФС
5. 
НомерFreecell.exeголовки конца раздела
6.Номер сектора и цилиндра последнего сектора раздела
7.Младшее и старшее двухбайтовые слова относительного номера начального сектора
8.Младшее и старшее двухбайтовые слова размера раздела в секторах
9.Сигнатура-признак MBR и загрузочных секторов – 55AA h (только в конце MBR)
Размер
в
байтах
1
1
2
1
1
2 4
4
2
Операционные системы |
205 |
4.6.Физическая организация файловой системы
4.6.1.Информационная структура магнитных дисков
Каждый элемент таблицы описывает один раздел, причем двумя способами: через координаты C-H-S начального и конечного секторов, а также через номер первого сектора в спецификации LBA (Logical Block Addressing) и общее число секторов в разделе. Последние два байта MBR имеют значение 55AAh, т. е. чередующиеся значения 0 и 1. Эта сигнатура выбрана для того, чтобы проверить работоспособность всех линий передачи данных. Значение 55AAh, присвоенное последним двум байтам, имеется во всех загрузочных секторах.
Разделы дисков могут быть двух типов: первичные (primary) и расширенные (extended). Максимальное число разделов равно четырем. Из них только один может быть активным.
Операционные системы |
206 |
4.6.Физическая организация файловой системы
4.6.1.Информационная структура магнитных дисков
Загрузчику, расположенному в активном разделе, передается управление при включении компьютера с помощью внесистемного загрузчика. Согласно принятым спецификациям, на одном жестком диске может быть только один расширенный раздел, который может быть разделен на логические диски.
Расширенный раздел содержит вторичную запись MBR, в состав которой вместо таблицы разделов входит аналогичная ей таблица логических дисков (logical Disks Table, LDT). Эта таблица описывает размещение и характеристики раздела, содержащего единственный логический диск, а также может специфицировать следующую запись SMBR (Secondary MBR).
Операционные системы |
207 |
Первичный раздел |
Master Boot Record |
|
|
|
Расширенный раздел |
Загрузочный сектор диска C: |
|
|
Первичный |
Не использован |
Карта дискового пространства |
|
раздел (диск C:) |
|
Не использован |
Данные |
|
|
|
Главная таблица разделов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 – конец цепочки |
Secondary Master Boot Record |
ЛогическийЛогический |
E:диск диск D: |
Расширенныйраздел |
Данные |
||||
Логический диск D: |
Загрузочный сектор диска D: |
|
|
|
Адрес таблицы для диска E: |
Карта дискового пространства |
|
|
|
Не использован |
Данные |
|
|
|
Не использован |
|
|
|
|
Первая таблица |
Secondary Master Boot Record |
|
|
|
логического диска |
Загрузочный сектор диска D: |
|
|
|
Логический диск E: |
Карта дискового пространства |
|
|
|
|
|
|
|
|
Не использован |
|
|
|
|
Не использован |
|
|
|
|
Вторая таблица |
|
|
|
|
логического диска |
Разбиение диска на разделы |
|||
Операционные системы |
208 |
4.6.Физическая организация файловой системы
4.6.1.Информационная структура магнитных дисков
Во всем остальном строение раздела диска меняется от системы к системе. Часто файловая система содержит некоторые элементы, как показано на рисунке ниже.
Один из таких элементов называется суперблоком и содержит ключевые параметры файловой системы и считывается в память при загрузке компьютера.
Следом располагается информация о свободных блоках файловой системы.
За этими данными может следовать информация об i- узлах, содержащих информацию о файлах.
Следом может размещаться корневой каталог, а затем остальные файлы и каталоги.
На разных логических устройствах одного и того же физического диска могут располагаться файловые системы разного типа.
Операционные системы |
209 |
4.6.Физическая организация файловой системы
4.6.1.Информационная структура магнитных дисков
Таблица |
|
разделов |
Р А З Д Е Л Ы (первичные и расширенные) |
|
NSB |
|
|
|
С: |
|
D: |
|
E: |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
MBR
З |
С |
Карта дискового |
i-узлы |
Корневой |
пространства |
каталог |
Каталоги и файлы
|
|
Системная область |
Область |
|
|
Суперблок – |
|
||
Загрузочный |
|
данных |
||
блок |
таблица |
NSB (Non –System Bootstrap) – внесистемный загрузчик |
||
параметров |
||||
|
||||
|
|
Операционные системы |
210 |
|
4.6.2. Физическая организация и адресация файла
Физическая организация определяет способ размещения файлов на диске и учет соответствия блоков диска файлам.
Критерии эффективности физической организации файла:
скорость доступа к данным;
объем адресной информации файла;
степень фрагментированности дискового пространства;
максимально возможный размер файла.
Возможные схемы размещения файлов:
- непрерывное размещение (непрерывные файлы);
- связный список блоков (кластеров) файла;
- связный список индексов блоков (кластеров) файла;
- перечень номеров блоков (кластеров) файлов;
- структуры, называемые I-узлами (index-node – индекс-узел).
Операционные системы |
211 |
|
Непрерывное размещение в |
|
|
Связный список кластеров |
|
|||
1 |
наборе соседних кластеров |
|
|
1 |
|
3 |
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
||
2 |
Файл А |
|
3 |
|
6 |
|
||
3 |
|
|
|
4 |
|
|
|
|
4 |
|
А) |
|
5 |
|
|
Б) |
|
5 |
|
|
|
8 |
||||
|
|
|
6 |
|
|
|||
6 |
|
|
|
7 |
|
|
|
|
7 |
Файл B |
|
8 |
|
|
|
||
8 |
|
|
|
9 |
|
|
|
|
9 |
|
Первое слово каждого кластера указывает |
||||||
Достоинства: высокая скорость доступа, |
||||||||
на |
следующий |
кластер. |
Расположение |
|||||
минимальный объем адресной |
файла |
задается |
номером |
его |
первого |
|||
информации, нет ограничений на размер |
||||||||
файла. |
кластера. |
|
|
|
||||
Недостатки: нет возможностей для изменения размера файла, высокая степень возможной внешней фрагментации
Область применения – компакт-дики
Достоинства: минимальная адресная информация, отсутствие внешней фрагментации, возможность изменения размеров файла.
Недостатки: медленный доступ, сложность доступа к произвольному блоку файла, некратность блока файла степени двойки.
Операционные системы |
212 |