Моя страничка

12.3. Физическая организация файловой системы

Представление пользователя о файловой системе как об иерархически организованном множестве объектов, имеет мало общего с тем, как физически файлы расположены на диске. На самом деле файл размещается на диске небольшими «кусочками», причем это разбиение никак не связано с логической структурой диска, т. е. его логическая запись может быть расположена в несмежных участках диска. Логически объединенные файлы из одного каталога также не должны располагаться рядом на диске. Принципы размещения файлов, каталогов и системной информации на реальном устройстве описываются физической организацией файловой системы.
Основными устройствами, на которых хранятся файлы, являются дисковые накопители. Они предназначены для считывания и записи файлов на жесткие и гибкие магнитные диски. Жесткий диск состоит из одной или нескольких стеклянных или металлических пластин, каждая из которых покрыта с одной или двух сторон магнитным материалом (т. е. диск – это пакет пластин). На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие концентрические дорожки, на которых хранятся данные. Количество дорожек зависит от типа диска. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к центру диска. Когда диск вращается, головка диска считывает двоичные данные с дорожки или записывает их на дорожку. Головки перемещаются над поверхностью диска дискретными шагами, каждый шаг соответствует одной дорожке.
Совокупность дорожек одного радиуса на всех поверхностях всех пластин называется цилиндром. Каждая дорожка разбивается на фрагменты, которые называются секторами или блоками. Все дорожки имеют одинаковое число секторов, на которые можно записать одинаковое количество байт. Сектор имеет фиксированный для данной системы размер, выражающийся степенью двойки. Чаще всего размер сектора составляет 512 байт. Учитывая, что дорожки разного радиуса имеют одинаковое число секторов, плотность записи становится тем выше, чем больше ближе дорожка к центру.
Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными диска с ОП. Для того, чтобы контроллер, который управляет диском мог найти на диске нужный сектор, ему надо задать все составляющие адреса сектора: № цилиндра, № поверхности и № сектора. Т. к. в общем случае запрос на чтение информации требует не сектор а какое-то количество байтов, то он выполняет чтение нескольких секторов и читает вместе с требуемыми данными избыточную информацию.
ОС при работе с диском использует, как правило, собственную единицу дискового пространства, которая называется кластером. При создании файла место на диске ему выделяется кластерами. Например, если файл имеет размер 2560 байт, а размер кластера в файловой системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено 3 кластера.
Дорожки и сектора создаются в результате выполнения процедуры низкоуровневого или физического форматирования диска. Низкоуровневый формат не зависти от типа ОС.
Разметку под конкретный тип ОС выполняют процедуры высокоуровневого форматирования. При высокоуровневом форматировании определяется размер кластера и на диск записывается информация, необходимая для работы файловой системы, в том числе информация о доступном и неиспользуемом пространстве, о поврежденных областях, о границах областей, отведенных под файлы и каталоги. Кроме того, на диск записывается загрузчик ОС.
Для форматирования используется утилита FORMAT.
В процессе форматирования на диске выделяется системная область, которая состоит из 3 частей: загрузочного сектора, таблицы размещения файлов и корневого каталога.
Загрузочный сектор (Boot Record) создается во время форматирования диска. Он размещается на каждом диске в логическом секторе с номером 0. Он содержит данные о формате диска, а также короткую программу, которая используется в процессе начальной загрузки ОС. Если диск подготовлен не как системный, то загрузочный сектор будет содержать программу о том, что диск не является системным.
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.
Пример (Для ОС Windows) 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.