Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
SysSoft.doc
Скачиваний:
515
Добавлен:
16.03.2016
Размер:
4.36 Mб
Скачать

Структура магнитного диска (разбиение дисков на разделы)

Для того чтобы можно было загрузить с магнитного диска собственно саму ОС, а уже с её помощью и организовать работу той или иной системы управления файлами, были приняты специальные системные соглашения о структуре диска. Расположение структуры данных, несущее информацию о логической организа­ции диска и простейшую программу, с помощью которой можно находить и за­гружать программы загрузки той или иной ОС, очевидно – это самый первый сектор магнитного диска.

Как известно, информация на магнитных дисках размещается и передаётся бло­ками. Каждый такой блок называется сектором(sector), сектора расположены на концентрических дорожках поверхности диска. Каждая дорожка (track) обра­зуется при вращении магнитного диска под зафиксированной в некотором пред­определенном положении головкой чтения/записи. Накопитель на жестких магнитных дисках (НЖМД)1содержит один или более дисков (в современных распространенных НЖМД часто – два или три). Однако обычно под термином «жесткий диск» понимают весь пакет магнитных дисков [24].

Группы дорожек (треков) одного радиуса, расположенных на поверхностях маг­нитных дисков, образуют так называемые цилиндры(cylinder). Современные же­сткие диски могут иметь по несколько десятков тысяч цилиндров, в то время как на поверхности дискеты число дорожек (число цилиндров) ныне, как правило, составляет всего восемьдесят2.

Каждый сектор состоит из поля данныхиполя служебной информации,ограни­чивающей и идентифицирующей его. Размер сектора (точнее – ёмкость поля данных) устанавливается контроллером или драйвером. Пользовательский ин­терфейсDOSподдерживает единственный размер сектора – 512 байт.BIOSже непосредственно предоставляет возможности работы с секторами размером 128, 256, 512 или 1024 байт. Если управлять контроллером непосредственно, а не че­рез программный интерфейс более высокого уровня (например, уровеньDOS), то можно обрабатывать секторы и с другими размерами. Однако в большинстве современных ОС размер сектора выбирается равным 512 байт.

Физический адрес сектора на диске определяется с помощью трех «координат», то есть представляется триадой [c-h-s], где с – номер цилиндра (дорожки на по­верхности диска,cylinder),h– номер рабочей поверхности диска (магнитной го­ловки,head),as– номер сектора на дорожке. Номер цилиндра с лежит в диапа­зоне 0...С-1, где С – количество цилиндров. Номер рабочей поверхности диска h принадлежит диапазону 0...Н-1, где Н – число магнитных головок в накопителе. Номер сектора на дорожке s указывается в диапазоне 1...S, где S – количество секторов на дорожке. Например, триада [1-0-2] адресует сектор 2 на дорожке 0 (обычно верхняя рабочая поверхность) цилиндра 1. В дальнейшем мы тоже бу­дем пользоваться именно этими обозначениями.

Напомним, что обмен информацией между ОЗУ и дисками физически осуществ­ляется только секторами. Вся совокупность физических секторов на винчестере представляет его неформатированную ёмкость.

Жесткий диск может быть разбит на несколько разделов(partition) которые в принципе затем могут использоваться либо одной ОС, либо различными ОС. Причем самым главным является то, что на каждом разделе может быть органи­зована своя файловая система. Однако для организации даже одной-единственной файловой системы необходимо определить, по крайней мере, один раздел.

Разделы диска могут быть двух типов – primary(обычно этот термин переводят какпервичный)иextended (расширенный).Максимальное число primary-разде­лов равно четырем. При этом на диске обязательно должен быть, по крайней мере, один primary-раздел. Если primary-разделов несколько, то только один из них может быть активным. Именно загрузчику, расположенному в активном разделе, передаётся управление при включении компьютера и загрузке операционной сис­темы. Остальные primary-разделы в этом случае считаются1«невидимыми, скры­тыми» (hidden).

Согласно спецификациям на одном жестком диске может быть только один extended-раздел, который, в свою очередь, может быть разделен на большое коли­чество подразделов –логических дисков (logical).В этом смысле термин «первич­ный» следует признать не совсем удачным переводом словаprimary; можно это слово перевести и как «простейший, примитивный». В этом случае становится понятным и логичным терминextended.

Один из primary-разделов должен быть активным,именно с него должна загру­жаться программа загрузки операционной системы, или так называемыйменед­жер загрузки,назначение которого – загрузить программу загрузки ОС из како­го-нибудь другого раздела, и уже с её помощью загружать операционную систему. Поскольку до загрузки ОС система управления файлами работать не может, то следует использовать для указания упомянутых загрузчиков исключительно абсолютные адреса в формате [с-h-s].

По физическому адресу [0-0-1] на винчестере располагается главная загрузочная запись(masterbootrecord,MBR), содержащаявнесистемный загрузчик(non–sys­tembootstrap–NSB), а такжетаблицу разделов(partitiontable,PT). Эта запись занимает ровно один сектор, она размещается в памяти, начиная с адреса 0:7C00h, после чего управление передаётся коду, содержащемуся в этом самом первом сек­торе магнитного диска. Таким образом, в самом первом (стартовом) секторе физического жесткого диска находится не обычная записьbootrecord, как на дис­кете,amasterbootrecord.

MBR является основным средством загрузки с жесткого диска, поддерживаемым BIOS. В MBR находятся три важных элемента:

 программа начальной загрузки (non-systembootstrap). Именно она запуска­етсяBIOSпосле успешной загрузки в память первого сектора с MBR. Она, очевидно, не превышает 512 байт и её хватает только на то, чтобы загрузить следующую, чуть более сложную программу, обычно – стартовый сектор опе­рационной системы – и передать ему управление;

 таблица описания разделов диска (partitiontable). Располагается в MBRпо смещению 0x1BEи занимает 64 байта;

 сигнатура MBR. Последние два байта MBR должны содержать число AA55h. По наличию этой сигнатурыBIOSпроверяет, что первый блок был загружен успешно. Сигнатура эта выбрана не случайно. Её успешная проверка позволяет установить, что все линии передачи данных могут передавать и нули, и единицы.

Таблица partition tableописывает размещение и характеристики имеющихся на винчестере разделов. Можно сказать, что эта таблица разделов – одна из наиболее важных структур данных на жестком диске. Если эта таблица повреждена, то не только не будет загружаться операционная система (или одна из операцион­ных систем, установленных на винчестере), но перестанут быть доступными и данные, расположенные на винчестере, особенно если жёсткий диск был разбит на несколько разделов.

Смещение (Offset)

Размер (Size)

(байт)

Содержимое (Contents)

0

446

Программа анализа Partition Table и загрузки System Bootstrap с активного раздела жесткого диска

+1BEh

16

Partition 1 entry (Описатель раздела)

-1CEh

16

Partition 2 entry

+1DEh

16

Partition 3 entry

+1EEh

16

Partition 3 entry

+1FEh

16

Сигнатура (AA55h)

Рис.4.4.Структура MBR

Упрощенно структура MBR представлена на рис. 4.4. Из неё видно, что в начале этого сектора располагается программа анализа таблицы разделов и чтения пер­вого сектора из активного раздела диска. Сама таблица partitiontableрасполагается в конце MBR, и для описания каждого раздела в этой таблице отводится по 16 байтов. Первым байтом в элементе раздела идет флаг активности разделаbootindicator(0 – не активен, 128 (80Н) – активен). Он служит для определения, является ли раздел системным загрузочным и есть ли необходимость произво­дить загрузку операционной системы с него при старте компьютера. Активным может быть только один раздел. За флагом активности раздела следует байт но­мера головки, с которой начинается раздел. За ним следует два байта, означаю­щие соответственно номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора, где располагается первый сектор загрузчика операционной системы. Затем следует кодовый идентификаторSystemID(длиной в один байт), указывающий на при­надлежность данного раздела к той или иной операционной системе и установке на нём соответствующей файловой системы. В табл. 4.1 приведены некоторые (наиболее известные) идентификаторы.

Таблица 4.1.Сигнатуры (типы) разделов

System ID

Тип раздела

System ID

Тип раздела

00

Empty («пустой» раздел)

41

PPC PreP Boot

01

FAT12

42

SFS

02

XENIX root

4D

QNX 4.x

03

XENIX usr

4E

QNX 4.x 2nd part

04

FAT16 (<32 Мбайт)

4F

QNX 4.x 3nd part

05

Extended

50

OnTrack DM

06

FAT16

51

OnTrack DM6 Aux

07

HPFS/NTFS

52

CP/M

08

AIX

53

OnTrack DM6

09

AIX bootable

54

OnTrack DM6

0A

OS/2 Boot Manager

55

EZ Drive

0B

Win95 FAT32

56

Golden Bou

Win95 FAT32 LBA

5C

Priam Edisk

Win95 FAT16 LBA

61

Speed Stor

0F

Win95 Extended

64

Novell Netware

10

OPUS

65

Novell Netware

11

Hidden FAT12

75

PC/IX

12

Compaq diagnost

80

Old Minix

14

Hidden FAT16 (<32 Мбайт)

82

Linux swap

16

Hidden FAT16

83

Linux native

17

Hidden HPFS/NTFS

84

OS/2 hidden C:

18

AST Windows swap

85

Linux Extended

1B

Hidden Win95 Fat

86

NTFS volume set

1C

Hidden Win95 Fat

A5

BSD/386

1E

Hidden Win95 Fat

A6

Open BSD

24

NEC DOS

A7

Next Step

3C

Partition Magic

ЕВ

Be OS

40

Venix 80286

За байтом кода операционной системы расположен байт номера головки конца раздела, за которым идут два байта – номер сектора и номер цилиндра послед­него сектора данного раздела. Ниже представлен формат элемента таблицы раз­делов.

Таблица 4.2.Формат элемента таблицы разделов

Название записи элемента Partition Table

Длина, байт

Флаг активности раздела

1

Номер головки начала раздела

1

Номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора раздела

2

Кодовый идентификатор операционной системы

1

Номер головки конца раздела

1

Номер сектора и цилиндра последнего сектора раздела

2

Младшее и старшее двухбайтовое слово относительного номера начального

сектора

4

Младшее и старшее двухбайтовое слово размера раздела в секторах

4

Номера сектора и номер цилиндра секторов в разделах занимают по 6 и 10 бит соответственно. Ниже представлен формат записи, содержащей номера сектора и цилиндра.

Биты номера цилиндра

Биты номера сектора

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

0

Как мы уже сказали, загрузчик non-systembootstrapслужит для поиска с помощьюpartitiontableактивного раздела, копирования в оперативную память компьютера загрузчикаsystembootstrapиз выбранного раздела и передачи ему управления, что позволяет осуществить загрузку ОС.

Вслед за сектором MBRразмещаются собственно сами разделы (рис. 4.5). В про­цессе начальной загрузки сектора MBR, содержащего таблицуpartitiontable, работают программные модулиBIOS. Начальная загрузка считается выполнен­ной корректно только в том случае, когда таблица разделов содержит допусти­мую информацию.

В MS-DOSв первичном разделе может быть сформирован только один логиче­ский диск, а в расширенном – любое их количество. Каждый логический диск «управляется» своим логическим приводом. Каждому логическому диску на винчестере соответствует своя (относительная)логическаянумерация. Физиче­ская же адресация жесткого диска сквозная.

Первичный раздел DOSвключает толькосистемный логический дискбез каких-либо дополнительных информационных структур.

Рис.4.5.Разбиение диска на разделы

Расширенный раздел DOSсодержит вторичную записьMBR(secondaryMBR,SMBR), в состав которой вместоpartitiontableвходит таблица логического дис­ка (LDT,logicaldisktable), ей аналогичная. Таблица LDT описывает размещение и характеристики раздела, содержащего единственный логический диск, а также может специфицировать следующую запись SMBR. Следовательно, если в рас­ширенном разделеDOSсоздано К логических дисков, то он содержит К экземп­ляров SMBR, связанных в список. Каждый элемент этого списка описывает со­ответствующий логический диск и ссылается (кроме последнего) на следующий элемент списка.

Утилиты, позволяющие разбить диск на разделы и тем самым сформировать как partitiontable, так и, возможно, списковую структуру из LDT (подобно тому, как это изображено на рис. 4.6), обычно называютсяFDISK(отformdisk), хотя есть утилиты и с другим названием, умеющие выполнить разбиение диска. На­помним, что FDISK отMS-DOSпозволяет создать только один primary-раздел и одинextended, который, в свою очередь, предлагается разделить на несколько логических дисков. Аналогичные утилиты других ОС имеют существенно больше возможностей. Так, например,FDISKсистемы OS/2 позволяет создавать не­сколько primary–разделов, причем их можно выделять не только последовательно, начиная с первых цилиндров, но и с конца свободного дискового пространства. Это удобно, если нужно исключить из работы некоторый диапазон дисково­го пространства (например, из-за дефектов на поверхности магнитного диска). С помощью этой утилиты можно установить и менеджер загрузки (boot-менеджер).

Прежде чем перейти к boot-менеджерам, рассмотрим ещё раз процесс загрузки ОС. Процедура начальной загрузки (bootstraploader) вызывается как программное прерывание (BIOSINT19h). Эта процедура определяет первое готовое устрой­ство из списка разрешенных и доступных (гибкий или жесткий диск, в совре­менных компьютерах это могут быть такжеCD-ROM, приводZIP-driveкомпанииIomega, сетевой адаптер или другое устройство) и пытается загрузить с него в ОЗУ короткую главную программу-загрузчик. Для винчестеров – это загруз­чикnon-systembootstrapизMBR, и ему передаётся управление. Главный загруз­чик определяет на диске активный раздел, загружает его собственный загрузчик (systembootstrap) и передаёт управление ему. И, наконец, этот загрузчик загру­жает необходимые файлы операционной системы и передаёт ей управление. Далее операционная система выполняет инициализацию подведомственных ей программных и аппаратных средств. Она добавляет новые сервисы, вызываемые, как правило, тоже через механизм программных прерываний, и расширяет (или заменяет) некоторые сервисыBIOS. Необходимо отметить, что в современных мультипрограммных операционных системах большинство сервисовBIOS, изна­чально расположенных в ПЗУ, как правило, заменяются собственными драйве­рами, поскольку они должны работать в режиме прерываний, а не в режиме ска­нирования готовности.

Соответственно рассмотренному процессу загрузки, мы каждый раз при запуске компьютера будем попадать в одну и ту же ОС. Но иногда это нас не устраивает. Так называемые boot-менеджеры (менеджеры загрузки) предназначены для того, чтобы пользователь мог выбрать среди нескольких установленных на компью­тере ОС нужную и передать управление загрузчику этой выбранной ОС. Суще­ствует большое количество таких менеджеров, хороший обзор таких программ приведен в работе [78]. В ней рекомендуется в качестве менеджера загрузки ис­пользовать Systemcommander. Однако этот менеджер должен располагаться в активном разделе с файловой системойFAT, что в наше время нельзя признать хорошим решением. На наш взгляд, одним из лучших долгое время былBootmanagerкомпанииIBM, входящий в состав утилит OS/2. Для его размещения создается отдельный primary-раздел, который, естественно, и является активным (он помечается какstartable).Раздел для Boot-менеджера OS/2 занимает всего один цилиндр и может размещаться не только на нулевом (начальном) цилиндре, но и на последнем цилиндре. В этом разделе не организуется никакой файловой системы, поскольку обращение к менеджеру идет с использованием абсолютной адресации, а самBootmanagerпредставляет собой простейшую абсолютную дво­ичную программу. УстановкаBootmanagerосуществляется из программы FDISK. При этом появляется возможность указать, какие разделы могут быть загружае­мыми (они помечаются какbootable), то есть в каких разделах на первом логиче­ском секторе будут размещены программы загрузки ОС. Загружаемыми могут быть какprimary-, так и extended-разделы. При этом, естественно, имеется воз­можность указать как время на принятие решения, так и загрузку некоторой ОС «по умолчанию». Удобным является и то, что при разбиении диска на разделы можно вообще не создавать primary-разделов. Это особенно важно, если в ком­пьютере установлено более одного дискового накопителя либо если мы подго­тавливаем винчестер, который должен достаточно часто переноситься с одного компьютера на другой. Дело в том, что в большинстве ОС принято следующее правило именования логических дисков: первый логический диск обозначается литерой С:, второй –D: и т. д. При этом литеру С: получает активный primary-раздел. Однако если к одному винчестеру в персональном компьютере подключить второй винчестер и он тоже имеет активный primary-раздел, то этот primary-раз­дел второго винчестера получит литеру D:, отодвигая логический диск D: перво­го винчестера на место диска Е: (и т. д. по цепочке). Если же второй (и после­дующие) винчестер не имеет primary-раздела с установленной на нем файловой системой, которую данная ОС знает, то «именование» логических дисков перво­го винчестера не нарушается. Естественно, что логические диски второго винче­стера получают литеры логических дисков вслед за дисками первого винчестера.BootmanagerOS/2, создавая только логические диски на винчестере, на самом деле создает и «пустой» primary-раздел, однако этот раздел не становится актив­ным и не получает статус логического диска. К сожалению, все более популяр­ная в наши дни ОСWindows2000 теперь не только снимает флаг активности с раздела, в котором размещенBootmanager(как это происходило при инсталля­ции любых ОС от компанииMicrosoft), но и физически уничтожает его двоичный код. Замена драйвера FASTFAT.SYSсистемы Windows 2000на более раннюю вер­сию (в бета-версии ОС Windows 2000система не уничтожала код Boot manager) помогает лишь до установки Service pack.Поэтому рекомендовать этот менеджер загрузки уже нельзя. Из последних менеджеров загрузки, пожалуй, наиболее мощ­ным являетсяBootstar, но его нельзя рекомендовать неподготовленным пользо­вателям.

Одной из самых известных и до сих пор достаточно часто используемых утилит, с помощью которой можно посмотреть и отредактировать таблицу разделов, а также выполнить и другие действия, связанные с изучением и исправлением данных как на дискете, так и на винчестере, является программа Diskeditorиз комплекта нортоновских утилит. Работа с ней достаточно подробно изложена в книге [9]. Следует, однако, заметить, чтоDiskeditor, с одной стороны, очень мощ­ное средство, и поэтому его следует использовать с большой осторожностью, а с другой стороны – эта утилита работает только в средеDOS. На сегодняшний день главным недостатком этой утилиты является ограничение на максималь­ный размер диска в 8 Гбайт.

Надо признать, что в последнее время появилось большое количество утилит, которые предоставляют возможность более наглядно представить разбиение дис­ка на разделы, поскольку в них используется графический интерфейс. Эти про­граммы успешно и корректно работают с наиболее распространенными типами разделов (разделы под FAT,FAT32,NTFS). Однако созданы они в основном для работы в средеWin32API, что часто ограничивает возможность их использова­ния. Одной из самых известных и мощных программ для работы с разделами же­сткого диска являетсяPartitionMagicфирмыPowerQuest.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]