Методички(Зайков) / FDISK

1

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ НАКОПИТЕЛЯ НА ЖЕСТКИХ МАГНИТНЫХ ДИСКАХ

1. ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Изучение принципов организации логических накопителей на "винчестерском" накопителе с целью приобретения навыков грамотной эксплуатации дисковой памяти персональных вычислительных систем.

2. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Дисковая подсистема внешней памяти для большинства компьютеров является одной из важнейших. Именно на магнитных дисках чаще всего располагаются программные модули операционной системы и файлы пользователей. Практически все IBM-совместимые ПК и микроЭВМ имеют, как правило, один или два накопителя, а компьютеры специального назначения (сетевые серверы, графические станции и др.) могут содержать до восьми и более накопителей на жестких магнитных дисках (НЖМД). Для того чтобы можно было загрузить с дискового накопителя операционную систему, а уже с ее помощью организовать работу с программами и файлами, должны быть приняты специальные системные соглашения о логической структуре накопителя. Хранение данных на магнитном диске можно организовать различными способами. В IBM PC-совместимых компьютерах принят подход, при котором все пространство памяти физического накопителя делится, как правило, на несколько логических частей – разделов (partitions) (хотя накопитель можно и не делить на разделы). Деление НЖМД на разделы позволяет организовать на одном физическом устройстве несколько логических; в этом случае говорят о логических дисках. Отметим также, что не во всех операционных системах используется понятие логического диска. Так, UNIX-системы не используют понятия логических дисков.

Разделение всего дискового пространства на разделы полезно по нескольким соображениям. Во-первых, это структурирует хранение данных. Например, выделение отдельного раздела под операционную систему и программное обеспечение и другого раздела под данные пользователей позволяет отделить последние от системных файлов и не только повысить надежность системы, но и сделать более удобным ее обслуживание. Во-вторых, на каждом разделе может быть организована своя файловая система, что иногда бывает необходимо. Например, при установке операционной системы Linux нужно иметь не менее двух разделов, поскольку файл подкачки виртуальной памяти (страничный файл) должен располагаться в отдельном разделе. Наконец, в ряде случаев на компьютере может потребоваться установка более одной операционной системы.

2

Для того чтобы системное программное обеспечение получило информацию о том, как организовано хранение данных на каждом конкретном накопителе, нужно разместить в одном из секторов соответствующие данные. Даже если НЖМД используется как единственный логический диск, все равно нужно указать, что имеется всего один диск, и его размер. Структура данных, несущая информацию о логической организации диска, вместе с небольшой программой, с помощью которой можно ее проанализировать, а также найти и загрузить в оперативную память программу загрузки операционной системы,

получила название главной загрузочной записи (Master Boot Record, MBR)

или главного загрузочного сектора. MBR располагается в самом первом секторе НЖМД, то есть в секторе с координатами 0-0-1 (нулевой цилиндр – нулевая головка – первый сектор). Программа, расположенная в MBR, носит название

внесистемного загрузчика (Non-System Bootstrap, NSB). Вследствие того,

что сектор состоит только из 512 байт и помимо программы в нем должна располагаться информация об организации диска, внесистемный загрузчик очень прост по содержанию, а структура данных, называемая таблицей разделов (Partition Table, РТ), занимает всего 64 байт.

Таблица разделов содержит четыре элемента. Структура записи элемента таблицы разделов приведена в табл. 1. Каждый элемент этой таблицы описывает один раздел, причем двумя способами: через координаты C-H-S (цилиндр-головка-сектор) начального и конечного секторов, а также через номер первого сектора в спецификации LBA (Logical Block Addressing) и общее число секторов в разделе. Спецификация LBA предусматривает сквозную одномерную нумерацию секторов, начиная с нуля. Каждый раздел начинается с первого сектора на заданных цилиндре и поверхности и имеет размер не менее одного цилиндра. Поскольку координаты MBR равны 0-0-1, то первый сектор первого раздела в большинстве случаев получается равным 0-1-1 (в координатах LBA это будет сектор 64).

3

Первым байтом в элементе таблицы разделов идет флаг активности раздела Boot Indicator (значение 0 – не активен, 128 (80h) – активен). Он позволяет определить, является ли данный раздел системным загрузочным. В результате процесс загрузки операционной системы осуществляется путем загрузки первого сектора с такого активного раздела и передачи управления на расположенную в нем программу, которая и продолжает загрузку. Активным может быть только один раздел, и это обычно проверяется программой NSB, расположенной в MBR.

За флагом активности раздела следует байт номера головки, с которой начинается раздел. За ним следуют два байта, означающие соответственно номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора, где располагается первый сектор загрузчика операционной системы. Затем следует кодовый идентификатор System ID (длиной в один байт), указывающий на принадлежность данного раздела к той или иной операционной системе и на установку в этом разделе соответствующей файловой системы. Все известные кодовые идентификаторы, которыми помечаются разделы дисков, приведены в учебнике [3].

Необходимо отметить, что таблица разделов – одна из наиболее важных структур данных жестком диске. Если эта таблица повреждена, то не только не будет загружена ни одна из установленных на компьютере операционных систем, но не станут доступными данные, расположенные в НЖМД, особенно если жесткий диск был поделен на несколько разделов.

Последние два байта MBR имеют значение 55AAh. Такая повторяющаяся последовательность двоичных 0 и 1 выбрана для того, чтобы проверить работоспособность аппаратуры передачи данных. Значение 55AAh, присвоенное последним двум байтам, присутствует во всех вариантах загрузочных секторах.

Термин "первичный раздел" является переводом выражения "primary partition". Максимальное число первичных разделов равно четырем. Если первичных разделов несколько, то только один из них может быть активным. Именно загрузчику, расположенному в активном разделе, передается управление при включении компьютера с помощью внесистемного загрузчика. Для DOS-систем и иных операционных систем, использующих спецификации DOS, остальные первичные разделы в этом случае считаются невидимыми (hidden). Так ведут себя и операционные системы семейства Windows 9x/Me.

Согласно принятым спецификациям на одном жестком диске может быть только один расширенный раздел – Extended Partition, который, в свою очередь, может быть разделен на большое количество подразделов – логических дисков (logical disk). Расширенный раздел содержит вторичную запись MBR (Secondary MBR, SMBR), в состав которой вместо таблицы разделов входит аналогичная ей таблица логических дисков (Logical Disks Table, LDT).

Таблица LDT описывает размещение и характеристики раздела, содержащего единственный логический диск, а также может специфицировать следующую

4

запись SMBR. Следовательно, если в расширенном разделе создано N логических дисков, то он содержит N экземпляров SMBR, связанных в список. Каждый элемент этого списка описывает соответствующий логический диск и ссылается (кроме последнего) на следующий элемент списка.

Как уже ранее было сказано, загрузчик NSB служит для поиска с помощью таблицы разделов активного раздела, копирования в оперативную память компьютера системного загрузчика (System Bootstrap, SB) из выбранного раздела и передачи на него управления, что позволяет осуществить загрузку операционной.

Вслед за сектором MBR размещаются собственно сами разделы (рис. 1). В процессе начальной загрузки сектора MBR, содержащего таблицу разделов, работают программные модули BIOS. Начальная загрузка считается выполненной корректно только в том случае, если таблица разделов содержит допустимую информацию.

5

Адрес таблицы для диска Е:

Не использован

Не использован

Первая таблица

Расширенный раздел

логических дисков (Extended Partition)

с логическими дисками D: и E:

Secondary Master Boot Record

Логический диск Е:

Загрузочный сектор диска E:

0 - конец цепочки

Не использован

Не использован

Вторая таблица логических дисков

Нераспределенное дисковое пространство

Рис. 1. Пример разбиения НЖМД на разделы

Рассмотрим процесс загрузки операционной системы. Программа начальной загрузки (Bootstrap Loader) активируется как программное прерывание BIOS (прерывание INT 19h). Эта процедура определяет первое готовое устройство из списка разрешенных и доступных (чаще всего это гибкий или жесткий магнитный диск, а в современных компьютерах это могут быть еще и привод CD или DVD, приводы ZIP-drive или Flash-drive, сетевой адаптер либо еще какое-нибудь устройство) и пытается загрузить с него в оперативную память короткую главную программу – загрузчик. Для накопителей на жестких магнитных дисках – это уже известный нам главный, или внесистемный, загрузчик NSB из главной загрузочной записи, и ему передается управление.

6

Главный загрузчик определяет на диске активный раздел, загружает его собственный системный загрузчик и передает управление ему. И наконец, этот загрузчик находит и загружает необходимые файлы операционной системы и передает ей управление. Далее операционная система выполняет инициализацию подведомственных ей программных и аппаратных средств.

Согласно рассмотренному процессу, каждый раз при запуске компьютера будет загружаться одна и та же операционная система. Это не всегда нас может устраивать. Так называемые менеджеры загрузки (Boot managers) предназначены для того, чтобы пользователь мог выбрать среди нескольких установленных на компьютере операционных систем желаемую и передать управление на загрузчик выбранной ОС. Имеется большое количество таких менеджеров. Самыми известными менеджерами загрузки фирменной разработки являются следующие программы:

–BootMagic фирмы PowerQuest;

–OS Selector фирмы Acronis;

–Partition Commander и System Commander фирмы VCOM.

Последние версии этих программ имеют следующие основные особенности:

–поддержка большого количества вариантов загрузки операционных систем, включая различные версии и клоны DOS (MS-DOS, DR-DOS и др.),

различные версии Windows (9x/Me, NT/2000/XP/2003/x64/Vista), OS/2, UNIX, Linux, FreeBSD, SCO Unix, BeOS и др.;

–возможность установки программы загрузки в раздел с любой файловой системой (FAT-12/16/32, NTFS, HPFS и др.), в том числе и в отдельный раздел, недоступный другим операционным системам;

–возможность оперативного выбора активируемой операционной системы с помощью меню загрузки;

–автоматическая идентификация операционных систем как на первичных разделах, так и на логических дисках расширенного раздела всех НЖМД;

–возможность дополнительной настройки конфигураций операционных систем и легкого их добавления и удаления;

–встроенная защита от загрузочных вирусов;

–восстановление системы в случае повреждения MBR;

–поддержка НЖМД большой емкости (более 128 Гбайт);

–возможность установки паролей отдельно на меню загрузки и на выбранные конфигурации старта операционной системы.

Формирование таблицы разделов осуществляется с помощью

специальных утилит. Обычно их называют FDisk (от выражения "Form Disk" – формирование диска). Существуют и иные программы, которые могут манипулировать с разделами намного больше, чем простейшие утилиты FDisk от фирмы Microsoft. В последнее время появилось большое количество утилит (в том числе и бесплатных), которые предоставляют возможность более наглядно представить разбиение диска на разделы за счет использования графического интерфейса. Эти программы успешно и корректно работают с

7

наиболее распространенными типами разделов (первичные и расширенные разделы под FAT-16, FA-T32, NTFS, HPFS, UFS). Однако созданы они в основном для работы в среде Windows, что часто ограничивает возможность их применения. Одной из самых известных и мощных программ для работы с разделами жесткого диска является Partition Magic фирмы Power Quest. Мощными программными средствами такого рода являются также:

–"Администратор дисков", входящий в состав уже упоминавшегося менеджера загрузки OS Selector фирмы Acronis;

–Norton Partition Magic Portable и Norton Ghost фирмы

Symantec;

–Paragon Partition Manager фирмы Paragon Software Group (Россия).

Эти утилиты позволяют:

–создавать разделы любых типов и форматировать их под файловые системы FAT16, FAT32, NTFS, HPFS, Ext2FS, Linux ReiserFS, Linux Swap, при этом можно выбирать точное или произвольное расположение раздела и указывать его параметры;

–получать подробную информацию о структуре разделов и о параметрах самих жестких дисков;

–удалять любые разделы;

–преобразовывать файловые системы логических дисков (например, из

FAT-16 в FAT-32 и обратно);

–копировать и перемещать (клонировать) разделы с места на место;

–изменять размеры разделов и логических дисков;

–выбирать размер кластера вручную во время любой операции создания, копирования, перемещения или изменения размера раздела;

–редактировать содержимое секторов жестких дисков и разделов с помощью встроенного многооконного редактора дисков.

В популярных операционных системах фирмы Microsoft тоже имеются средства для просмотра и изменения структуры разделов жесткого диска. Так, в Windows NT 4.0 для управления дисками имеется программа Администратор дисков (Disk Manager), а в Windows 2000 и Windows XP – консоль управления

соснасткой под названием Управление дисками (Disk Management). Эти средства имеют графический интерфейс и позволяют создавать новые разделы, удалять разделы, переопределять идентификатор (букву) логического диска и создавать наборы дисков, выступающие как один логический том.

Кроме фирменных утилит формирования разделов НЖМД существует ряд других программ (бесплатных и условно-бесплатных), осуществляющих разделение дисковой памяти на логические разделы:

–Super Disk фирмы CHENGDU YIWO Tech Development Co., Ltd. (Китай);

–Partition Logic, программист Эндрю Мак'Лолин (Великобрита-

ния);

–Cute Partition Manager, фирма OSL Corp. (Индия);

8

–AEFDISK и AEFDISK32, программист Даниэль Надь (Венгрия);

–Ranish Partition Manager, программист Михаил Раниш

(Германия);

–Partition Resizer, программист Джон Лагоникас (Греция). Утилиты формирования дисков, входящие в состав операционных систем

MS-DOS и Windows 95/98/Me, а также утилита, встроенная в программу установки систем Windows NT/2000/XP, первым элементом таблицы разделов всегда делают первичный раздел. Вторым элементом становится расширенный раздел, в котором, в свою очередь, организуется один или несколько логических дисков. При этом создаваемые логические диски помимо буквенного идентификатора (диски С:, D:, Е: и т. д.) получают еще и так называемые номера разделов. Диск С: получает в этом случае порядковый номер 1, диск D: – 2, диск Е: – 3, и т. д. Именно номера разделов используются в файле boot.ini, который указывает системному загрузчику операционных систем Windows NT/2000/XP, где находятся файлы выбранной операционной системы. Файл boot.ini располагается в корневом каталоге диска С:. Структура файла boot.ini рассмотрена, например, в [5].

Отметим, что в среде многопользовательских операционных систем Windows NT/2000/XP/2003 рядовому пользователю (не администратору системы) конфигурирование "винчестерских" накопителей недоступно из-за его непривилегированного статуса. При этом администратору системы процедуру формирования и переформирования разделов и логических накопителей приходится выполнять, как правило, в исключительных случаях.

3. ОБОРУДОВАНИЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

IBM PC-совместимый компьютер, оснащенный приводами НГМД и CD/DVD, контейнером для дискового накопителя (mobile rack), операционная система типа MS-DOS или Windows, лабораторные накопители на жестких магнитных дисках, загрузочная дискета, загрузочный компакт-диск, сервисная программа формирования разделов, программа форматирования магнитных дисков, операционная оболочка типа Norton Commander.

4. ЗАДАНИЕ НА РАБОТУ

Задание на лабораторную работу выдается каждому студенту в индивидуальном порядке. Далее приведены индивидуальные задания на формирование разделов НЖМД в рамках данной лабораторной работы:

9

Примечания.

1. Объем логических дисков указывается в процентах от объема расширенного раздела. 2. Объем разделов не-DOS указывается в процентах от оставшегося объема накопителя. 3. Тип файловой системы логических дисков, создаваемых в расширенном разделе, если он не указан, совпадает с типом файловой системы первичного раздела.

4. Разделы не-DOS форматированию не подвергаются.

5.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1.Ознакомиться с теоретическими положениями лабораторной работы, изучить правила структурирования пространства внешней памяти и формирования разделов на НЖМД, ответить на контрольные вопросы.

10

2.Уяснить содержание индивидуального задания. Составить графическую схему разделов НЖМД.

3.Выключить лабораторный компьютер (если он был включен). Открыть специальным ключом замок контейнера и вынуть контейнер для НЖМД из компьютера.

4.Установить в контейнер лабораторный НЖМД. Проверить, в каком положении установлен переключатель Master/Slave для НЖМД с интерфейсом

Parallel ATA.

5.Установить контейнер с лабораторным НЖМД в компьютер. Закрыть замок контейнера.

6.Установить в компьютер загрузочную дискету и загрузочный компакт-диск (если это необходимо). Включить компьютер. В процессе процедуры POST BIOS и после старта операционной системы убедится, что в системе присутствует лабораторный НЖМД.

7.Запустить программу формирования разделов НЖМД. Выбрать в меню программы режим работы с лабораторным НЖМД (если в компьютере присутствует НЖМД, с которого производится старт ОС).

8.Просмотреть карту разделов НЖМД и удалить уже существующие

разделы.

9.Выполнить формирование разделов НЖМД в соответствии с индивидуальным заданием.

10.Завершить работу с программой формирования разделов НЖМД. Выполнить рестарт операционной системы (перезагрузку компьютера).

11.С помощью командного языка ОС или соответствующих команд операционной оболочки убедится, что на лабораторном НЖМД созданы разделы и логические диски в соответствии с индивидуальным заданием.

12.Выполнить форматирование логических дисков с помощью программы FORMAT или аналогичной с целью формирования файловых систем дисков.

13.Предъявить результаты работы преподавателю. Оформить отчет о проделанной работе и защитить отчет перед преподавателем.

Отчет по лабораторной работе выполняется на листах писчей бумаги формата А4. По согласованию с преподавателем отчет может быть оформлен в ученической тетради. Страницы отчета должны быть пронумерованы. Отчет

должен содержать:

1)титульный лист, выполненный по общепринятому образцу;

2)текст индивидуального задания;

3)графическая схема разбиения НЖМД на разделы

4)пояснения к графической схеме

5)выводы по работе;

6)библиографический список, выполненный по ГОСТ 7.1-84.