Структура дискового пространства Физическое устройство диска

Основным типом устройств, которые используются в современных вычислительных системах для хранения информации, являются дисковые накопители. Эти устройства предназначены для считывания и записи данных на жесткие и гибкие магнитные диски.

Информация магнитных дисках размещается и передается блоками. Каждый блок называется сектором. Сектор состоит из поля данных и поля служебной информации, ограничивающей и идентифицирующей его. В большинстве ОС размер сектора устанавливается 512б.

Сектора расположены на концентрических дорожках поверхности диска. Каждая дорожка образуется при вращении магнитного диска под зафиксированной в некотором определенном положении головки чтения/записи. Количество дорожек зависит от типа диска. Их нумерация начинается с 0 от внешнего края к центру диска. Учитывая, что дорожки разного радиуса содержат одинаковое количество секторов, то плотность записи становится тем выше, чем ближе дорожка к центру. Нумерация секторов начинается с 1.

Магнитный диск имеет две поверхности. Группы дорожек одного радиуса, расположенные на поверхностях магнитного диска, образуют так называемые цилиндры. Нумерация цилиндров начинается с 0.

Для того чтобы контроллер мог найти на диске нужную информацию, необходимо задать адрес в формате:

[c–h–s]

где с – номер цилиндра, h – номер поверхности, s – номер сектора.

Формирование дорожек и секторов происходит в результате выполнения процедуры физического форматирования диска.

Логическое устройство жесткого диска

Жесткий диск может быть разбит на несколько разделов (partition). Раздел представляет собой непрерывную часть физического диска, которую ОС предоставляет пользователю как логическое устройство. Логическое устройство функционирует так, как если бы это был отдельный физический диск. Кроме того, логическое устройство может быть создано и на базе нескольких разделов, причем эти разделы не обязательно должны принадлежать одному физическому устройству. На каждом разделе может быть организована своя файловая система.

ОC может поддерживать различные статусы разделов, особым образом отмечая те разделы, которые могут быть использованы для загрузки модулей ОС, и разделы, в которых можно устанавливать только приложения и хранить файлы данных.

Разделы могут быть двух типов – primary (первичный или простейший) и extended (расширенный). Максимальное количество primary–разделов равно четырем. При этом на диске 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 передается управление при включении компьютера и загрузке ОС. Остальные primary–разделы считаются скрытыми.

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 первом секторе (адрес [0–0–1]) жесткого диска располагается главная загрузочная запись (master boot record, MBR).

В MBR находятся три важных элемента (табл. 8):

• программа начальной загрузки (non-system bootstrap), которая служит для поиска активного раздела, копирования в ОП загрузчика system bootstrap и передачи ему управления.

• таблица описания разделов диска (partition table), которая располагается по смещению 0х1ВЕ и занимает 64 байта. В этой таблице для описания каждого раздела отводится по 16 байт.

• сигнатура MBR. Последние два байта, которые должны содержать значение АА55h. По наличию этой сигнатуры BIOS проверяет, был ли первый блок загружен успешно. Сигнатура эта выбрана не случайно. Её проверка позволяет установить, что все линии передачи данных могут передавать и нули, и единицы.

Первым байтом в элементе раздела идет флаг активности раздела boot indicator (0 – не активен, 128 (80h) – активен). Он служит для определения, является ли раздел системным загрузочным и есть ли необходимость производить загрузку ОС с него при старте компьютера. За флагом активности следует байт номера головки, с которой начинается раздел. За ним следуют 2 байта, означающие соответственно номер сектора и номер цилиндра загрузочного сектора, где располагается первый сектор загрузчика ОС. Затем следует кодовый идентификатор, указывающий на принадлежность данного раздела к той или иной ОС и установке на нем соответствующей файловой системы. За байтом кода ОС расположен байт номера головки конца раздела, за которым следуют 2 байта – номер сектора и номер цилиндра последнего сектора данного раздела.

Таблица разделов – это одна из наиболее важных структур данных на жестком диске. Если эта таблица повреждена, то не только не будет загружаться ОС, но перестанут быть доступными и данные.