6.1. Физическа организация на твърд диск
6. ФАЙЛОВИ СИСТЕМИ
Историята на системите за управление на данни във външната памет започва с магнитни ленти, но те придобиват съвременния си вид с появата на магнитните дискове. Преди това всяка приложна програма сама решаваше проблемите с наименуването на данните и структурирането им във външна памет.
Разглеждайки принципите на изграждане и характеристиките на функционирането на файловите системи, препоръчително е да започнете с основите на физическата организация на носителя на повечето файлови системи - твърдия диск.
6.1. Физическа организация на твърд диск
Физическа организация на твърдия диск
Основният тип устройства, които се използват в съвременните изчислителни системи за съхранение на файлове, са дисковите устройства. Тези устройства са проектирани да четат и записват данни на твърди и флопи дискове. Твърдият диск се състои от една или повече стъклени или метални пластини, всяка от които е покрита от едната или от двете страни с магнитен материал. По този начин дискът обикновено се състои от пакет от плочи (фиг. 34).
Фигура 34 - Схема на устройството с твърд диск
От всяка страна на всяка плоча има тънки концентрични пръстени -писти(англ.traks), върху които се съхраняват данни. Броят на песните зависи от типа на диска. Номерирането на песните започва с 0 от външния ръб до центъра на диска. Докато дискът се върти, елемент, наречен глава, чете двоични данни от или записва на магнитната писта.
Главата може да бъде позиционирана върху дадена писта. Главите се движат по повърхността на диска на отделни стъпки, като всяка стъпка съответства на изместване на една песен. Записването на диск се извършва благодарение на способността на главата да променя магнитните свойстваписти. Някои дискове имат една глава, движеща се по всяка повърхност, докато други имат по една глава на песен. В първия случай, за да търсите информация, главата трябва да се движи по радиуса на диска. Обикновено всички глави са фиксирани върху един подвижен механизъм и се движат синхронно. Следователно, когато главата е фиксирана върху дадена писта от една повърхност, всички останали глави спират над релсите със същите номера. В случаите, когато всяка писта има отделна глава, не е необходимо движение на глави от една писта в друга, като по този начин се спестява време, прекарано в търсене на данни.
Наборът от пътеки с еднакъв радиус върху всички повърхности на всички плочи на опаковката се наричацилиндър(англ.cylinder). Всяка писта е разделена на фрагменти, нареченисектори(англ.sectors) илиблокове(англ.blocks), така че всички песни да имат равен брой сектори, в които могат да бъдат записани максимално един и същ брой байтове. Секторът има фиксиран размер за определена система, изразен като степен две. Най-често срещаният размер на сектора е 512 байта. Като се има предвид, че пистите с различни радиуси имат еднакъв брой сектори, плътността на запис става по-висока, колкото по-близо е пистата до центъра.
Операционната система, когато работи с диск, обикновено използва своя собствена единица дисково пространство, нареченаклъстер. Когато се създаде файл, дисковото пространство се разпределя за него в клъстери. Например, ако даден файл има размер от 2560 байта и размерът на клъстера във файловата система е определен като 1024 байта, тогава файлът ще бъде разпределен на 3 клъстера на диска.
Фигура 35 - Четене на излишни данни при обмен с диск
Следите и секторите се създават в резултат на изпълнениефизическо или ниско ниво форматиране на диска преди използването на диска. За да се определят границите на блоковете, на диска се записва идентификационна информация. Форматът на диска от ниско ниво не зависи от типа на операционната система, която този диск ще използва.
Разделянето на диска за конкретен тип файлова система се извършва чрез процедури на високо ниво или логически форматиращи процедури. При форматиране на високо ниво се определя размерът на клъстера и информацията, необходима за работата на файловата система, се записва на диска, включително информация за наличното и неизползвано пространство, границите на областите, разпределени за файлове и директории, както и информация за повредени области.
Един твърд диск може да съдържа до четири първични дяла. Това ограничение се дължи на естеството на организацията на данните на твърдите дискове наIBM-съвместими компютри.
Първият физически сектор на твърдия диск съдържа записа на зареждащата глава и таблицата на дяловете (Таблица 1).
Главният запис за зареждане (англ.master boot record,MBR) е първата част от данните на твърдия диск. Той е запазен за рутината за стартиране наBIOS(ROM Bootstrap routine), която при зареждане от твърдия диск чете и зарежда в паметта първия физически сектор на активния дисков дял, нареченСектор за зареждане. Програмата, разположена вMBR, се наричаНесистемен Bootstrap(Non-System Bootstrap,NSB).
Всеки запис в таблицата на дяловете (англ.partition table) съдържа първоначалната позиция и размера на дяла на твърдия диск, както и информация за това, първият сектор на кой дял съдържа сектора за зареждане.