Все дисковое пространство винчестера состоит из двух частей:
· Небольшой системной области, доступной пользователю при помощи специальных утилит только на стадии создания логической структуры диска или ее изменении;
· Пользовательской области данных.
В самом начале диска (в секторе 0/0/1) находится РТ (Partition Table) - таблица разделов и MBR (Master Boot Record) - главная загрузочная запись.
На следующем треке в первом секторе (секторах, начиная с 0/1/1) расположена ВА (Boot Area) - загрузочная область операционной системы и BR (Boot Record) - загрузочная запись ОС.
Далее на этом же треке расположена 1-я копия FAT (File Allocation Table) - таблица размещения файлов. Сразу за ней - 2-я копия FAT. Размер копии FAT (в секторах) определяется размером раздела диска
После 2-й копии FAT расположены сектора ROOT (Root directory) - корневого каталога, за которыми начинается DA (Data Area) - область данных.
РТ - состоит из 4-х строк, описывающих четыре возможных системных раздела диска (винчестер может обеспечить загрузку до четырех различных операционных систем). Описание каждого раздела диска содержит информацию о типе файловой системы, признаке того, что раздел является загрузочным, о первых и последних головках, дорожках, секторах раздела, количестве секторов смещения начала раздела от начала диска и об общем количестве секторов в разделе.
|
|
MBR - находится в том же секторе, что и РТ. Данные в MBR представляют собой машинный код процессора, необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы (обнаружение текущего активного системного/загрузочного раздела и передачи ему управления по дальнейшей загрузке системы). В последних двух байтах сектора MBR находится сигнатура 55ААh, которую BIOS может использовать как маску при поиске РТ и MBR.
В соответствии с таблицей разделов, в начале каждого раздела создается загрузочный сектор раздела (boot record), содержащий сведения о файловой системе раздела (название и версия ОС, логические параметры диска, название и параметры файловой системы, размер кластера, длина корневого каталога, общее количество кластеров и т.п.) и программу начальной загрузки.
Программа начальной загрузки должна обнаружить наличие в корневом каталоге раздела файлов поддержки (ntldr, osloader, ntdetect и др.), необходимых для дальнейшей загрузки системы, и передать управление операционной системе.
FAT32 обеспечивает определение местонахождения всех файлов раздела диска в его кластерах. Создается две копии FAT – совпадение копий позволяет судить о целостности таблицы и восстанавливать ее в случае повреждения. Первая строка FAT содержит дескриптор носителя (F8h для жесткого диска). Следующие несколько байт описывают тип FAT, за ними идет сама таблица. FAT создается при форматировании.
|
|
Таблица состоит из 32-битных элементов, содержащих либо номер следующего кластера файла, либо специальные коды-признаки: конец файла, пустой кластер, испорченный кластер. Количество элементов FAT соответствует количеству кластеров раздела диска. Из этих элементов образуются цепочки номеров кластеров, описывающих расположение файлов на диске.
ROOT - корневой каталог диска. Содержит записи, описывающие файлы (дескрипторы файлов) в корневом каталоге. Такая запись по структуре очень похожа на строку проводника Windows и описывает имя, тип, дату создания, размер, атрибуты файла и т.п., а также содержит указатель на первый кластер файла.
Каталоги представляют собой сектора, идентичные по структуре корневому каталогу. Каталог, кроме описаний файлов, в самом начале содержит две записи, первая из которых содержит указатель на первый кластер самого каталога, вторая - на первый кластер родительского каталога.
После Root Directory начинается собственно область файлов, где и хранятся все пользовательские данные: операционная система, прикладные и системные программы и файлы, файлы документов.
Файловые системы
Жесткие диски поступают с завода-изготовителя уже отформатированными. Все программы так называемого низкоуровнего форматирования на самом деле не выполняют физического форматирования (разметки) жесткого диска, а только полностью уничтожают содержимое диска (что часто тоже требуется). Различные операционные системы же своими программами форматирования создают лишь логическую структуру диска.
В настоящее время в IBM PC настольных компьютерах наиболее распространены 2 файловые системы - NTFS и FAT32.
FAT32 поддерживает меньшие размеры кластеров, что позволяет более эффективно использовать дисковое пространство.
Файловая система NTFS - улучшенная файловая система, обеспечивающая уровень быстродействия и безопасности, а также дополнительные возможности, недоступные ни в одной версии файловой системы FAT. Например, для обеспечения целостности данных тома в файловой системе NTFS используются стандартные технологии записи и восстановления транзакций. В случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. В операционных системах Windows 2000 и Windows XP файловая система NTFS также обеспечивает такие дополнительные возможности, как разрешения для файлов и папок, шифрование, дисковые квоты и сжатие.
Технология SMART
Идея SMART (Self-Monitoring Analysis and Reporting Technology - технология самоанализа и информирования) заключается в создании механизма предсказания возможного выхода из строя жесткого диска и предотвращения тем самым потери данных. SMART была предложена фирмами COMPAQ и IBM и используется в программе BIOS и в ряде программ под Windows.
Для анализа надежности жесткого диска используются две группы параметров (здесь и далее подразумевается жесткий диск, поддерживающий SMART технологию). Первая характеризует параметры естественного старения жесткого диска:
· количество циклов включения/выключения (старт/стоп);
· количество оборотов двигателя за время работы;
· количество перемещений головок.
Вторая группа параметров уже информирует о текущем состоянии качества накопителя. К этим параметрам относятся:
· высота головки над поверхностью диска;
· скорость обмена данными между дисками и кэш-памятью на диске;
· количество переназначений плохих секторов (когда вместо испорченного сектора подставляется свободный исправный);
· количество ошибок поиска;
· количество операций перекалибровки;
· скорость поиска данных на диске.
Значения всех параметров (как и собственное программное обеспечение накопителя), как правило, хранятся на специальных дорожках диска, невидимых со стороны компьютера или, что бывает значительно реже, в энергонезависимой памяти.
|
|
Производители жестких дисков присваивают граничные значения (thresholds) всем параметрам. Если хотя бы один параметр ушел за граничные значения, то накопитель желательно заменить. Механизм наблюдения за накопителем может быть встроен в операционную систему или реализован в виде программы мониторинга диска. Основная идея таких программ - проверка через каждые, например, восемь часов работы поверхности всего диска, выявление секторов, которые могут стать плохими, и перенос информации на резервные нормальные области диска. Понятно, что все эти операции выполняются в паузах (которые составляют до 90% времени работы диска) и никак не снижают производительность компьютера.
Например, фирма Quantum создала для серии своих жестких дисков Fireball технологию Data Protection System (DPS), которая содержит программу диагностики, позволяющую выявить возможные дефекты и во многих случаях устранить их.