6.3. Логические диски

Прежде, чем форматировать диск под определенную файловую систему, он может быть разбит на разделы. Раздел – это непрерывная часть физического диска, которую ОС представляет пользователю как логическое устройство (логический диск). Логическое устройство функционирует так, как если бы это был отдельный физический диск. Пользователь работает именно с логическим диском. На каждом логическом устройстве может быть создана только одна файловая система. На разных логических дисках (разделе) одного физического диска могут располагаться файловые системы различного типа. Все разделы одного диска имеют одинаковый размер сектора (блока), определенный низкоуровневым форматированием. Но размеры кластеров, определяемых высокоуровневым форматированием, в разных разделах одного физического диска могут быть разными.

Один из разделов диска помечается как загружаемый или активный. Именно из него считывается загрузчик ОС.

Диск состоит из двух разделов: основного и дополнитель­ного. Основной раздел содержит ровно один логический диск, который может использоваться для загрузки операционной системы при включении компью­тера. Дополнительный раздел может содержать несколько логических дисков, которые, однако, не являются загрузочными.

Жесткий диск Основной раздел Загрузочный логический диск Дополнительный раздел Логический диск 1 Логический диск 2 Логический диск 3 . . .

Рис. 9.7. Логическая структура жесткого диска

Суммарный размер логических дисков в дополнительном разделе может быть меньше, чем общий объем раздела.

6.4.Файловая система fat

Файловая система FAT(FileAllocationTable) поддерживается всеми ОС для ПК. Она проста надежна и занимает мало места на диске. СистемаFATбыла разработана в течение нескольких дней Биллом Гейтсом в феврале 1976 при создании среды программированияBasic.

Основное назначение файловой системы отслеживать распределение пространства диска между файлами. Все пространство диска разбивается на участки фиксированной длины – кластеры. Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве. Файл может занимать не менее одного кластера. Размер кластера зависит от размера виртуального диска. Для каждого файла в FATсоздается цепочка элементов каждый из которых указывает на определенный кластер. В каталоге содержащем имя файла имеется указатель на начало цепочки. ПРИМЕР:

. . .	15	16	17	18	19	20	. . .
	кластеры файла		дефектный	свободный	кл. файла

PR1.txt 15

. . .

16

19

деф.

своб.

посл.

. . .

15

16

17

18

19

Элемент каталога

Каталог – это справочник, который содержит сведения о местонахождении файла, размере, дате создания, времени обновления, атрибутах. Атрибуты файла сообщают системный он или нет, скрытый или нет, должен ли архивироваться при резервном копировании, доступен ли только для чтения.

Для каждого файла на диске имеется один элемент в определенном каталоге, для каждого каталога имеется элемент в его родительском каталоге и т. д. Т.о. структура является иерархической. Корневой каталог отличается от обычного каталога тем, что он размещен в фиксированном месте логического диска и имеет фиксированную длину(512 элементов).

При удалении файла из файловой системы FATв первый байт соответствующей записи каталога заносится специальный признак, который показывает, что эта запись свободна, во все индексные указатели таблицыFATзаносится признак того, что кластер свободен. Данные в записи каталога , в том числе и номер первого кластера файла, остаются нетронутыми, что помогает восстановить файл, если он удален ошибочно. Восстановить надежно можно только файлы, расположенные в последовательных кластерах диска.

Достоинством такой организации является возможность осуществления прямого доступа к данным файла, а недостатком - постоянное фрагментирование диска, т. е. данные одного файла могут располагаться не в смежных кластерах, а иногда в очень удаленных друг от друга, что приводит к образованию сложных цепочек и увеличивает доступ к данным.

Используемый в FATметод хранения информации не отличается высокой надежностью, т. к. при разрыве списка адресных указателей, например, из-за сбоя в работе ОС из-за внешних электромагнитных помех, теряется информация обо всех последующих кластерах файла.

FATиспользуется при доступе к диску очень интенсивно, поэтому она обычно загружается в ОП. Т. к. вFATхранится очень важная информация, тоFATхранится на диске в двух экземпляра, второй экземпляр следует непосредственно за первым. Обновляются копииFATодновременно. Используется же только первый экземпляр. Если он по каким-то причинам окажется разрушенным, то произойдет обращение ко второму экземпляруFAT.

Элемент таблицы FATимеет длину 16 битов, следовательно, можно иметь до 2¹⁶кластеров (с номерами от 0 до 65535). Если дисковый раздел 32МБ, то размер кластера=512б. С увеличением раздела будет увеличиваться и размер кластера

Размер раздела	Размер кластера	Размер раздела	Размер кластера
32Мб	512б	256Мб	4К
64Мб	1К	512Мб	8К
128Мб	2К	1Гб	16К
		>1Гб	32К

Если файл будет иметь размер 33К, размер кластера 32К, то файл будет занимать 2 кластера, причем 31К будет свободен. Следовательно, еще одним недостатком FATявляются большие потери дискового пространства. Для диска 1-1,2Гб потри могут составить около 200Мб. Чтобы исправить этот недостаток большие диски можно разбивать на несколько виртуальных дисков меньшего размера.

Файловая система FATсчитается неэффективной для дисков >500Мб. она также более уязвима для вирусов, т. к. лучшие вирусы были написаны для нее. Но с другой стороны она дольше используется и ее проблемы лучше изучены.

Логический раздел, отформатированный под файловую систему FATсостоит из следующих областей(рис.):

1. Загрузочный сектор – содержит программу начальной загрузки ОС. Вид этой программы зависит от типа ОС, которая будет загружаться из этого раздела.

2. Основная копия FATсодержит информацию о размещении файлов и каталогов на диске.

3. Резервная копия FAT.

4. Корневой каталог занимает фиксированную обласить размером в 32 сектора (16Кбайт), что прозволяет хранить 512 записей о файлах и каталогах, т. к. каждая запись каталога состоит из 32 байт

5. Область данных предназначена для размещения всех файлов и каталогов, кроме корневого.

З Элементы (указатели) FAT 32 бита одна запись каталога Кластеры данных агрузочный сектор 512 байт
0	1	2	3	...
FAT1
FAT2 (копия)
Root directory . . .
0	1	2

Одной из важнейших характеристик FATбыло использование имен файлов формата 8.3. К стандартнойFAT(реализацияFAT16 ) добавились еще 2 разновидности, используемые вWindows95 иWindowsNT:VFAT(виртуальнаяFAT) иFAT32. СейчасFAT32 поддерживается иWindowsMillenniumEditionи всеми ОС семействаWindows2000.

В файловую систему VFATдобавилась поддержка длинных имен файлов, для чего используются блоки каталогов. В исходной версииWindows95 основной файловой системой былаVFAT.Windows95, начиная с версииOSR2 (12 августа 1996г.), поддерживает 32 разряднуюFAT(FAT32), которая было разработана для поддержки больших разделов диска. Принципиальное отличиеFAT32 заключается в том, что она намного эффективнее расходует дисковое пространство, т. к. использует кластеры меньшего размера.

В результате экономится 10-15% дискового пространства. FAT32 также может перемещать корневой каталог и использовать резервную копиюFATвместо стандартной. Корневой каталог представлен в виде обычной цепочки кластеров. Следовательно, корневой каталог может находиться в произвольном месте диска, что снимает ограничение на его размер. Т. к. вFAT32 по сравнению с каталогамиFATиспользуются новые элементы, то для проверки структурыFAT32 требуются специальные служебные утилиты, также требуется специальное антивирусное ПО. Для обеспечения максимальной совместимости с существующими прикладными программами и драйверами устройств,FAT32 была реализована с минимумом возможных изменений по сравнению сFAT16. Все утилитыMicrosoft, предназначенные для работы с дисками (Format,FDISK,DefragиScanDisk) были переработаны для поддержкиFAT32.

Сравнение характеристик FAT16 иFAT32

FAT16	FAT32
Поддерживается MS DOS, Windows9x/Me/NT/2000/XP,Unix,OS/2	Поддерживается Windows95OSR2/98/Me/NT/2000/XP
Эффективна, если размер диска не превышает 256Мб	Не поддерживает диски, размер которых менее 512Мб
Поддерживает сжатые диски	Не поддерживает сжатые диски
Ограничена по размеру до 65525 кластеров, каждый кластер имеет фиксированный размер (не более32К), следовательно объем диска не может быть более 2Гб	Максимальный размер диска 2Тб

Таким образом, FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению сFAT16:

1. Поддержка дисков размером до 2 Тб;

2. Более эффективное расходование дискового пространства, т. к. использует более мелкие кластеры;

3. Нет ограничения на количество элементов в корневом каталоге;

4. Более быстрая загрузка программ.