Краткие теоретические сведения. Жесткий диск (винчестер) представляет собой блок из нескольких дисков, по поверхностям которых перемещаются головки

Жесткий диск (винчестер) представляет собой блок из нескольких дисков, по поверхностям которых перемещаются головки. Позиционируются головки по концентрическим дорожкам/трекам/цилиндрам, каждый из которых разделен на сектора. Сектор является минимальным адресуемым блоком данных для диска и его размер равен 512 байтам. Логическое строение жесткого диска отличается от его настоящей (физической) геометрии. Как правило, современные диски представляют собой несколько сот цилиндров имеющих 63-254 поверхностей по 63 сектора данных на каждой.

В самом начале диска (в секторе 0/0/1 – нулевой диск, нулевая дорожка, первый сектор) находится PT (Partition Table) – таблица разделов и MBR (Master Boot Record) – главная загрузочная запись.

На следующем треке в первом секторе (начиная с 0/1/1) расположена BA (Boot Area) – загрузочная область операционной системы и BR (Boot Record) – загрузочная запись OC [8].

Если используется файловая система FAT, то 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 которой начинается DA (Data Area) – область данных.

PT состоит из 4-х строк описывающих 4-е возможных раздела диска. Раздел диска – это часть физического диска, которая ведет себя как отдельное устройство. 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. Логический диск – это том, созданный на дополнительном разделе базового диска с основной загрузочной записью. Логические диски похожи на основные разделы за тем исключением, что на одном диске может быть не более четырех основных разделов, в то время как число логических дисков не ограничено. Логические диски можно форматировать и назначать им буквы.

MBR – находится в том же секторе что и PT. Данные в MBR представляют собой код процессора необходимый для дальнейшей загрузки операционной системы. В последних двух байтах сектора MBR находится сигнатура 55AAh, которую можно использовать как маску при поиске PT и MBR.

BR – содержит массу данных и служит для описания параметров файловой системы. В отличие от диска, минимальным адресуемым блоком данных для операционной системы служит кластер, объединяющий определенное количество секторов. В BR нам интересны такие данные как размер кластера, размер и количество копий FAT. BR для раздела FAT16 размещается в одном секторе, в случае FAT32 Boot Record состоит из нескольких секторов. Файловая система FAT состоит из 12, 16 или 32 битных элементов, описывающих номера кластеров или их признаки (BAD). Количество элементов 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 описывает имя, тип, дату создания, размер, атрибуты файла, и т.п., а так же 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.

Файловая система (англ. file system) – регламент, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Она определяет формат физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла, максимальный возможный размер файла, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации, с одной стороны, и API для доступа к файлам – с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, также, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте или блоке флэш-памяти) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске) [9].

С точки зрения операционной системы, весь диск представляет из себя набор кластеров размером от 512 байт и выше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные и сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

По предназначению файловые системы можно классифицировать на следующие категории:

- для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2, NTFS;

- для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.;

- для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, ISO9690, HFS, UDF и др.;

- виртуальные файловые системы: AEFS и др.;

- сетевые файловые системы: NFS, SMBFS, SSHFS, GmailFS и др.

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

- именование файлов;

- программный интерфейс работы с файлами для приложений;

- отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

- устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств.

В многопользовательских системах появляется еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя.

FAT является наиболее простой из поддерживаемых Windows NT файловых систем. Основой файловой системы FAT является таблица размещения файлов, которая помещена в самом начале тома. На случай повреждения на диске хранятся две копии этой таблицы. Кроме того, таблица размещения файлов и корневой каталог должны храниться в определенном месте на диске (для правильного определения места расположения файлов загрузки).

Диск, отформатированный в файловой системе FAT, делится на кластеры, размер которых зависит от размера тома. Одновременно с созданием файла в каталоге создается запись и устанавливается номер первого кластера, содержащего данные. Такая запись в таблице размещения файлов сигнализирует о том, что это последний кластер файла, или указывает на следующий кластер.

Обновление таблицы размещения файлов имеет большое значение и требует много времени. Если таблица размещения файлов не обновляется регулярно, это может привести к потере данных. Длительность операции объясняется необходимостью перемещения читающих головок к логической нулевой дорожке диска при каждом обновлении таблицы FAT.

Каталог FAT не имеет определенной структуры, и файлы записываются в первом обнаруженном свободном месте на диске. Кроме того, файловая система FAT поддерживает только четыре файловых атрибута: «Системный», «Скрытый», «Только чтение» и «Архивный».

С точки зрения пользователя файловая система NTFS организует файлы по каталогам. Однако в отличие от FAT на диске нет специальных объектов и отсутствует зависимость от особенностей установленного оборудования (например, сектор размером 512 байт). Кроме того, на диске отсутствуют специальные хранилища данных (таблицы FAT).

Целью файловой системы NTFS является следующее:

- обеспечение надежности, имеющей большое значение для высокопроизводительных систем и файловых серверов;

- предоставление платформы дополнительной функциональности;

- устранение ограничений, характерных для файловых систем FAT.

Для обеспечения надежности файловой системы NTFS особое внимание было уделено трем основным вопросам: способности к восстановлению, устранению неустранимых ошибок одного сектора и экстренному исправлению.

Для обеспечения способности к восстановлению NTFS отслеживает все транзакции в отношении файловой системы. Выполнение команды CHKDSK в файловой системе FAT служит для проверки последовательности указателей в пределах каталога, размещения и таблицы файлов. Файловая система NTFS хранит журнал операций с этими компонентами. Таким образом, для восстановления связности системы необходимо с помощью команды CHKDSK выполнить «откат» транзакций до последней точки фиксации [1].

При использовании FAT сбой сектора, в котором хранится один из специальных объектов файловой системы, приводит к возникновению неустранимой ошибки одного сектора. В NTFS эта проблема решается двумя способами. Во-первых, специальные объекты не используются, а все имеющиеся на диске объекты отслеживаются и защищаются. Во-вторых, существует несколько копий (число зависит от размера тома) основной таблицы файлов.

В отличие от FAT в NTFS полностью реализована модель безопасности Windows NT и поддержка нескольких потоков данных. Файл данных перестал быть отдельным потоком данных. Кроме того, пользователи могут добавлять собственные атрибуты файлов.

Существует множество утилит для работы с дисками. Среди них можно выделить известные всем программы дефрагментации (defrag.exe), форматирования (format.com), проверки диска и исправления ошибок(scandisk.exe и chkdsk.exe). Все эти программы являются встроенными средствами Windows.

Кроме того, в ОС Windows предусмотрена более развёрнутая возможность работы с дисками. Это встроенная утилита «Управление дисками». Она является расширением пакета «Администрирование». Чтобы запустить эту утилиту, нужно щёлкнуть правой кнопкой мыши по значку «Мой компьютер» и выбрать пункт меню «Управление». Далее в открывшемся окне выбрать раздел «Управление дисками» (рис. 1).

Здесь отображается информация об имеющихся физических и логических дисках и разделах. На рисунке видно, что в компьютере имеется один жёсткий диск. Он включает в себя два раздела – основной и дополнительный. Внутри дополнительного раздела если логический диск и неразмеченная область (т.е. незадействованная в системе часть жёсткого диска), из которой также можно создать логический диск. Кроме того, здесь же отображается информация о CD-дисководах и Flash-носителях.

Средствами данной утилиты можно просматривать информацию о дисках, создавать и удалять логические диски, форматировать диски, выполнять дефрагментацию и проверку дисков, изменять названия дисков.

Более мощным средством работы с дисками является утилита Partition Magic от Power Quest.

Кроме указанных действий она позволяет изменять объём логического диска и файловую систему на диске без потери информации на нём. Если Вы хотите уменьшить объём логического диска, то утилита позволит уменьшить его в пределах «занятости» дискового пространства. Также данная программа предоставляет возможность резервного архивирования и восстановления диска.

Немаловажным является возможность восстановления данных после форматирования или удаления. Дело в том, что при удалении файла физически он не удаляется с диска, а всего лишь переименовывается особым образом с применением служебных символов. Таким образом, операционная система считает кластеры, отведённые под этот файл как доступными для записи нового. И если новые данные пока ещё не записывались в данные кластеры, то файл можно восстановить. Аналогично обстоит дело с отформатированным диском. Данные возможности прекрасно реализует утилита Easy Recovery от Ontrack (рис. 3). Если Вы нечаянно удалили файл, главное – ничего не записывать на диск, т.к. есть возможность восстановить данные.

Поиск по сайту: