Логический диск с файловой системой FAT

Логический диск с файловой системой FAT

Структуру логического диска рассмотрим на примере первичного раздела DOS с файловой системой FAT16. Логический диск начинается с загрузочного сектора, в котором помимо собственно загрузчика располагается таблица, описывающая все параметры диска. После загрузочного сектора находятся одна или несколько копий таблицы размещения файлов (FAT) корневой каталог (root) и собственно область данных. Между загрузочным сектором и первой копией FAT может находиться некоторое количество зарезервированных секторов.

Загрузчик является короткой программой, загружающей операционную систему или только ее ядро; кроме того, он может быть инструментом выбора загружаемой ОС (boot manager). В отличие от инвариантного главного загрузчика, этот загрузчик привязан к своей ОС и записывается на диск при форматировании данного диска средствами этой ОС.

Инициализация областей логического диска называется форматированием верхнего уровня (низкоуровневое форматирование — это формирование наборов секторов и их заголовков на каждом треке). Форматирование (верхнего уровня) выполняется утилитой FORMAT или иным средством операционной системы. Дискета форматируется сразу целиком; на жестком диске каждый раздел, содержащий логический диск, форматируется отдельно. До форматирования жесткий диск должен быть сконфигурирован (разбит на разделы).

Область данных диска разбита на кластеры {cluster) — группы смежных секторов, называемые также единицами распределелия пространства (allocation unit). Каждый кластер имеет свои номер; размер кластера (число секторов) выбирается кратным степени двойки в зависимости от объема диска и размера FAT. Файл на диске занимает целое число кластеров, от одного до всех кластеров, входящих в область данных. Если файл занимает более одного кластера, то все занятые кластеры организуются в цепочку кластеров (cluster chain). Количество файлов на диске не может превышать количества кластеров (элементов FAT). Обращения к файлам, занимающим цепочку смежных кластеров, выполняются гораздо быстрее, чем к файлам, у которых кластеры раскиданы по всему диску, — меньше времени тратится на позиционирование головок. Файлы, которые располагаются в цепочках из несмежных кластеров, называются фрагментированными. Соответственно, процедура наведения порядка на диске, повышающая производительность файловой системы ОС и компьютера в целом, называется дефрагментацией диска. Специальные утилиты дефрагментации (SPEDD15K, DEFRAG) занимаются тем, что разрозненные фрагменты файлов собирают в единую, по возможности непрерывную цепь смежных кластеров.

Помимо свободных, занятых и плохих кластеров на дисках могут образовываться потерянные кластеры (lost clusters). Это отдельные кластеры или даже цепочки, помеченные как занятые, но не принадлежащие ни одному из файлов (на них нет ссылок из элементов каталога). Их происхождение легко объяснимо: если при записи нового файла происходит внезапное отключение питания или аппаратный сбой, может оказаться, что a FAT уже внесены изменения (элементы уже заняты), а в каталог новый элемент со ссылкой на начало цепочки не внесен. Эти «бесхозные* кластеры уже не могут использоваться ОС, они просто «съедают» доступное дисковое пространство^ Поиском потерянных кластеров занимаются специальные утилиты, например NDD_H SCANDISK. Найденные «бесхозные» цепочки они предлагают либо пометить как свободные кластеры, либо преобразовать в файлы (дать на них ссылку из корневого каталога). Эти файлы иногда содержат ценную информацию, которую можно использовать для восстановления пропавших данных, но чаше их просто удаляют, освобождая место на диске. В системе FAT могут встречаться и иные ошибки, например пересечения цепочек кластеров. Ошибки в файловой системе обычно происходят из-за неисправностей в любом из компонентов тракта «память — контроллер — диск* или в связывающих их шинах. «Лечение» этих ошибок выполняют специальные утилиты (опять же NDD, SCANDISK), которые пользуются информацией копий FAT (на диске их, как правило, не менее двух) и элементов каталогов.

Подробнее системы FAT. FAT16 и FAT32 рассмотрены в [6]. Конечно же, есть и другие файловые системы, более сложные защищенные и эффективные на больших объемах дисков и при большом количестве файлов. К ним можно отнести HPFS (OS/2), NTFS (Windows NT), Nowefl NetWare, Unix, Linux и некоторые другие. Они построены иначе, используют другие механизмы распределения дискового пространства. Отметим, что за полезные свойства часто приходится расплачиваться большим расходом системных ресурсов (особенно оперативной памяти). Существуют средства как в составе ОС. так и от сторонних пронэводителей, предназначенные для взаимных преобразований файловых систем.

Возможность работы ОС с диском, созданным не ее средствами зависит от типа файловой системы, типа раздела, на котором он расположен, и размера раздела, Так, диск с файловой системой FAT16 в Windows NT поддерживается на разделах типов 04, 05 и 06, но не поддерживается на разделах типов 0Е и OF, a FAT32 не поддерживается ни на каких.

Для повышения эффективности использования дисковой памяти иногда применяют дисковые компрессоры — программные средства, сжимающие данные на диске ^прозрачно" для приложений (и пользователя). Каждый раз при записи файла (или его фрагмента) выполняется компрессия, при чтении — декомпрессия. Конечно, для исполнения в реальном времени пригодны не всякие алгоритмы компрессии, и ради экономии времени жертвуют достижимой степенью сжатия. Возможность сжатия заложена в такие сложные файловые системы, как Novell NetWare (начиная с версий 4.x) и NTFS, Для файловой системы FAT (MS-DOS и Windows Эх) встроенным компрессоров не предусмотрено, но с ними широко используются загружаемые компрессоры типа Stacker DoubleSpace и DriveSpace. Идея этих компрессоров заключается в следующем. На обычном логическом диске, называемом несущим, размещается большой файл-образ сжатого диска (Compressed Volume File, CVF). В этом образе есть своя система каталогов и таблица размещения файлов. Во время загрузки (до исполнения команд файла CONFIG. SYS) в оперативную память вмещается специальный резидентный драйвер из файла DBLSPACE. BIN (или ORVSPACE. BIN). находящегося в корневом каталоге загрузочного диска. Этот драйвер эмулирует обращения к реальному диску операциями доступа к файлу-образу, на ходу осуществляя компрессию/декомпрессию. Для ОС эмулируемый диск выглядит как обычный логический диск, и для удобства пользователя ему может назначаться логическое имя (буква), ранее принадлежавшее несущему диску. Несущий диск при этом получает новое (ран1Ј неиспользованное) имя и к нему, в принципе, тоже можно обратиться обычным способом. Несущий диск можно скрыть от приложений и пользователя (чтобы не было поползновений удалить «никому не нужный» громадный файл-образ). На одном несущем диске может размещаться несколько файлов-образов, каждый из которых представляет свой сжатый логический диск (том). диск программа загрузчик дефрагментация.