Листинг 5.3. Интерфейс с диском IDE в режиме LBA

Порт Значение

0172/01F2 Количество секторов

0173/01F3 Номер сектора (биты 0-7)

0174/01F4 Номер сектора (биты 8-15)

0175/01F5 Номер сектора (биты 16-24)

0176/01F6 Номер сектора (биты 24-28), привод на шине (бит 4),

режим CHS/LBA (бит 6)

Как видите, 28-битная адресация обеспечивает поддержку дисков объемом вплоть до 128 Гбайт, однако включение в BIOS поддержки LBA еще не отменяет 8-гигабайтного ограничения, так как номер последнего адресуемого цилиндра по-прежнему остается равным 1024, со всеми вытекающими последствиями. Диски SCSI, за счет их подлинно 32-битной адресации, поддерживают законные 2 Тбайт, так как они управляются собственной BIOS, на которую не наложено никаких унаследованных ограничений.

Утвержденная ATA-6 48-битная адресация расширяет предельно допустимые размеры дисков IDE до астрономических величин (а именно, до 131,072 Тбайт), по крайней мере, в теории. На практике в Windows 2000 с пакетом обновления SP2 или более ранним отсутствует поддержка 48-битного режима LBA. Поэтому для работы с большими дисками необходимо обновить драйвер Atapi.sys и добавить в состав ключа реестра HKEY_LOCAL_MACHINE\SYSTEM\CurrentControlSet\Services\atapi\Parameters параметр EnableBigLba с типом данных DWORD и значением, равным 1 (более подробную информацию можно найти в статье Microsoft Knowledge Base: 260910).

Один физический диск может быть разбит на несколько логических, каждый из которых последовательно нумеруется от первого до последнего сектора либо "сквозной" адресацией, либо по схеме CHS. В некоторых случаях Windows требует задания абсолютного номера сектора (который на самом деле отнюдь не абсолютный, а относительный, отсчитывающийся от стартового сектора раздела), в других — ожидает увидеть "святую троицу" (цилиндр, головку, сектор), опять-таки, отсчитывающихся от стартового сектора. Так, если раздел начинается с адреса 123/15/62, то первой его головкой все равно будет головка 0!

На уровне файловой системы операционная система адресует диск кластерами (cluster). Каждый кластер образован непрерывной последовательностью секторов, количество которых равно степени двойки (1, 2, 4, 8, …). Размер кластера задается на этапе форматирования диска и в дальнейшем уже не меняется. Основное назначение кластеров — уменьшение фрагментации файлов и уменьшение разрядности служебных файловых структур. В частности, FAT 16 нумерует кластеры двойными словами, и потому может адресовать не более 10000h*sizeof(cluster) дискового пространства. Легко видеть, что уже на 80-гигабайтном диске размер кластера составляет 1 Мбайт, и десяток файлов, каждый из которых имеет размер 1 байт, займут 10 Мбайт! Это впечатляет, не правда ли? Файловая система NTFS, оперирующая 64-битными величинами, не страдает подобными ограничениями, и типичная величина кластера, выбираемая по умолчанию, составляет всего 4 сектора. В отличие от секторов, кластеры нумеруются, начиная с нуля.

Главная загрузочная запись

Первые жесткие диски имели небольшой размер и форматировались практически так же, как и дискеты. Однако их объемы стремительно росли, и MS- DOS была уже не в состоянии полностью их адресовать. Для преодоления этого ограничения был введен механизм разделов (partitions), позволяющий разбивать один физический диск на несколько логических. Каждый из логических дисков имеет собственную файловую систему и форматируется независимо от других. За счет чего это достигается?

В первом секторе физического диска (цилиндр 0/головка 0/сектор 1) хранится специальная структура данных — главная загрузочная запись (Master Boot Record, MBR). Она состоит из двух основных частей — первичного загрузчика (master boot code) и таблицы разделов (partition table), описывающей схему разбиения и геометрию каждого из логических дисков. Схематичное изображение жесткого диска, разбитого на разделы, представлено на рис. 5.1. В конце сектора по смещению 1FE находится сигнатура 55h AAh, по которой BIOS определяет признак "загрузочности" сектора. Даже если вы не хотите дробить свой винчестер на части и форматируете его как один диск, присутствие MBR обязательно.

Рис. 5.1. Схематичное представление жесткого диска, разбитого на разделы

При старте компьютера BIOS выбирает загрузочный диск. Как правило, это Primary Master, но порядок загрузки в большинстве современных реализаций BIOS можно изменять. Наиболее продвинутые реализации даже выводят интерактивное меню при нажатии и удержании клавиши <ESC> во время прохождения процесса первоначального тестирования при включении (Power- On Self-Test, POST). Затем BIOS считывает первый сектор (цилиндр 0/головка 0/сектор 1) в память по адресу 0000h:7C00h, проверяет наличие сигнатуры 55h AAh в его конце, и, если такая сигнатура действительно обнаруживается, передает управление по адресу 0000h:7C00h. В противном случае анализируется следующее загрузочное устройство, а в случае его отсутствия выдается сообщение об ошибке.

Первичный загрузчик, получив управление, сканирует уже загруженную в память таблицу разделов, находит активный раздел (Boot indicator == 80h), извлекает номер стартового сектора раздела, так же называемого загрузочным сектором (boot-sector). Затем загрузчик перемещает свое тело по другому адресу, чтобы избежать затирания, загружает boot-сектор в память по адресу 0000h:7C00h, убеждается в наличии сигнатуры 55h AAh и передает управление на 0000h:7C00h, в противном случае выдается сообщение об ошибке, и после нажатия на любую клавишу компьютер перезагружается. Ряд нестандартных загрузчиков, выходящих за стандартные спецификации Microsoft, поддерживают несколько активных разделов, последовательно перебирая их один за другим.

Если первичный загрузчик поврежден, то BIOS не сможет запустить операционную систему с такого диска, однако при подключении его "вторым" (или при загрузке с дискеты) все логические диски будут доступны. Как минимум, они должны быть "видимы", то есть команды C:, D:, E: должны выполняться нормально, хотя работоспособность команды dir уже не гарантируется. Для того чтобы это было именно так, необходимо соблюдение следующих двух условий:

1. Во-первых, файловая система соответствующего раздела должна быть известна загруженной операционной системе и не повреждена.

2. Во-вторых, загрузочный сектор должен быть в целости и сохранности (данный вопрос будет обсуждаться далее в этой главе).

Таблица разделов, которую анализирует первичный загрузчик (master boot code), а чуть позже — драйвер логических дисков операционной системы, состоит из четырех записей размером по 10h каждая, расположенных по смещениям 1BEh, 1CEh, 1DEh, и 1EEh байт от начала диска соответственно. Каждая из них описывает свой логический раздел, задавая его стартовый и конечный сектора, записанные в формате CHS.

Внимание!

Даже если диск работает в режиме LBA, разделы все равно адресуются через CHS!

Поле относительного смещения раздела, отсчитываемое от начала таблицы разделов, является вспомогательным, и его избыточность очевидна. То же самое относится и полю, содержащему значение общего количества секторов на диске, так как очевидно, что это значение может быть вычислено на основе стартового и конечного секторов. Одни операционные системы и загрузчики игнорируют вспомогательные поля, другие же их активно используют. Именно поэтому содержимое этих полей должно соответствовать действительности.

Поле идентификатора диска содержит уникальную 32-разрядную последовательность, помогающую операционной системе отличить один смонтированный диск от другого, и автоматически копируемую в следующий ключ реестра: HKLM\SYSTEM\MountedDevices. На самом деле Windows свободно обходится и без него, поэтому содержимое данного поля некритично.

Поле Boot ID содержит идентификатор файловой системы, установленной на разделе. В случае NTFS этот идентификатор равен 07h. За динамическими дисками, согласно фирменной спецификации, закреплен идентификатор 42h.

На практике это справедливо лишь для тех из них, которые были получены путем обновления (update) обычного (basic) раздела до динамического (dynamic) тома. Сведения об остальных динамических дисках в таблице разделов не хранятся, а содержатся в последнем мегабайте физического диска в базе данных менеджера логических дисков (Logical Disk Manager, LDM). Для стандартных дисковых менеджеров эта информация недоступна. При установке операционной системы семейства Windows 9 x или одного из клонов UNIX на винчестер, содержащий динамические диски, они могут быть необратимо утеряны, так как, согласно таблице разделов, занятое ими пространство помечено как свободное. Тем не менее, загрузочный логический диск (независимо от того, динамический он или нет) в обязательном порядке должен присутствовать в таблице разделов, иначе BIOS не сможет его загрузить.

Четыре записи таблицы разделов позволяют иметь всего четыре логических диска (см. рис. 5.1). Этого явно недостаточно, но расширение таблицы разделов оказалось невозможным, так как последняя запись упирается в конец сектора. Разработчики сочли нежелательным использовать следующий сектор, поскольку он активно используется многими вирусами и нестандартными драйверами. К тому же, это все равно не позволяет решить проблему радикально, а лишь оттягивает неизбежный конец. Тогда инженеры нашли другое решение, предложив концепцию расширенных разделов (Extended partition). Если значение индикатора загрузки (boot ID) некоторого раздела равно 05h или 0Fh, то такой раздел трактуется как "виртуальный физический диск", с собственной таблицей разделов, расположенной в его начале, на которую и указывает стартовый сектор расширенного раздела (рис. 5.2). Иначе говоря, таблица разделов получается вложенной, и уровень вложения ограничен разве что свободным дисковым пространством и объемом стековой памяти загрузчика (при условии, что он использует рекурсивный алгоритм сканирования). Таким образом, таблица разделов как бы "размазывается" вдоль винчестера (рис. 5.3). Большинство утилит резервирования сохраняют лишь первый сектор, чего явно недостаточно (впрочем, первый сектор гибнет намного чаще других, так что даже плохая политика резервирования лучше, чем совсем ничего).

Рис. 5.2. Структурная схема типичного жесткого диска, содержащая главные (primary) и расширенные (extended) разделы

Рис. 5.3. Расширенная таблица разделов

Штатные утилиты для разбиения диска на разделы (FDISK.EXE, Disk Manager) при создании логических дисков на расширенном разделе создают расширенную таблицу разделов с четырьмя записями: одна используется для описания логического раздела, вторая описывает еще один (следующий) логический раздел, а две не используются. Таким образом, получается "цепочка" таблиц разделов, в которой первая таблица разделов описывает от одного до трех основных (primary) разделов, а каждая следующая — соответствующий ей логический диск и положение следующей таблицы разделов (рис. 5.3).

Таким образом, при разбиении винчестера на четыре логических диска на нем образуются четыре таблицы разделов (см. листинг 5.4), хотя в данном случае можно было бы обойтись и одной. Штатный загрузчик требует, чтобы активный раздел описывался первой записью первой таблицы разделов, вследствие чего операционная система может грузиться только с диска С:. Нестандартные менеджеры загрузки, анализирующие всю цепочку разделов, позволяют загружаться с любого из разделов. Самые честные из них создают в первой таблице разделов еще один раздел (благо, если диск был разбит с помощью программы FDISK, то свободное место там всегда есть), назначают его активным и помещают в него свое тело. Другие же внедряются непосредственно в MBR и замещают собой первичный загрузчик, что создает очевидные проблемы совместимости.

Поиск по сайту: