На какие элементы разбивается диск при форматировании
Винчестеры, как и другие магнитные накопители с прямым доступом, имеют дорожковую организацию дисковой памяти. Это означает, что поверхность магнитных дисков разбивается на концентрические кольца разного диаметра - дорожки, начиная с внешнего края. Далее структуру информации на винчестере следует рассматривать отдельно с точки зрения физической и логической структур. Чаще всего путаница возникает при сравнении параметров, относящихся к различным структурам.
Физическая структура
С физической точки зрения обе поверхности всех магнитных дисков в массиве-пакете содержат дорожки. BIOS не определяет, к какому конкретно "блину" относится та или иная дорожка, поэтому все поверхности пронумерованы единой сквозной нумерацией. Каждой рабочей поверхности соответствует своя головка, по которым, собственно говоря, поверхности и нумеруются (параметр heads). Физически максимально допустимое число головок за всю историю производства винчестеров было равно 11, но в современных накопителях более 6 головок не используется. В используемых ныне магнитных дисках число дорожек равно 80, а число дорожек жесткого диска достигает нескольких тысяч. Дорожки, как и головки, идентифицируются номером (внешняя дорожка и верхняя головка имеет нулевой номер). Количество дорожек на диске определяется поверхностной плотностью записи.
Дорожки, в свою очередь, разбиваются на сектора, являющие минимальными физическими элементами хранения и адресации данных. Чаще всего, сектора на каждой дорожке имеют фиксированный угловой размер, благодаря чему на всех дорожках располагается одинаковое количество секторов. Каждая дорожка дискеты 3,5" содержит 18 секторов. Жесткий диск имеет обычно от 17 до 63 секторов (так считает BIOS). Реально же на дорожке современного накопителя содержится около 100 секторов, а максимальное их количество равно 256. Размер сектора определен в 512 байт. Нумерация секторов на дорожке начинается с единицы, а не с нуля, в отличие от головок и цилиндров.
Каждый сектор несет не только данные, но и служебную информацию. В начале каждого сектора записывается его заголовок (prefix), по которому определяется начало и номер сектора, а в конце - заключение (suffix), в котором находится контрольная сумма (checksum, CRC), необходимая для проверки целостности данных. Заголовок сектора включает в себя идентификатор (ID) сектора, первую CRC (контрольная сумма) и интервал включения записи. Идентификатор содержит информацию о номере цилиндра, головки и сектора. Далее следует интервал включения записи, после которого следует 512 байт данных. За данными располагается вторая CRC и интервал между записями (секторами), необходимый для того, чтобы застраховать следующий сектор от записи на предыдущий. Это может произойти из-за неравномерной скорости вращения диска. Завершает сектор прединдексный интервал, который имеет размер от 693 байт, служит для компенсации неравномерности скорости вращения диска. Таким образом, размер сектора увеличивается до 571 байта, из которых 512 байт составляют данные.
Вся эта информация записывается на заводе при низкоуровневом (LowLewel) форматировании, используя специальные программные средства (например, Speed Store или Disk Manager) или команды DOS. Кроме промежутков между секторами существуют еще и промежутки между самими дорожками. Префиксы, суффиксы и промежутки как раз и составляют то пространство диска, которое теряется при форматировании.
Сектора, находящие друг над другом в пакете дисков, на которые одновременно может быть спозиционирован пакет головок, называется цилиндром. В связи с тем, что накопитель имеет несколько дисков, расположенных друг под другом, разбиения дисков идентичны. Поэтому при рассмотрении жестких дисков чаще говорят о цилиндрах, чем о дорожках.
Логическая структура
Кроме того, что накопитель должен быть сконфигурирован в CMOS, его логическую структуру должна понимать операционная система. Для обращения к информации используется кластер (allocation unit) - минимальная логическая единица доступа к информации. Каждый кластер состоит из нескольких секторов (8 и более). Каждый кластер пронумерован и может быть либо свободен, либо монопольно занят для хранения определенного файла, даже если не все сектора внутри его заняты. Следовательно, даже файл размером несколько байт требует целого кластера. В результате, на каждом файле теряется около половины кластера. Чем больше размер кластера, тем больше потери. Использование кластеров позволяет ускорить работу, так количество кластеров существенно меньше количества секторов.
Нумерация кластеров не соответствует их порядковому расположению на дисках. При работе используется тот факт, что при записи данных используются все сектора, которые на данный момент находятся под всеми головками, таким образом, заполняется цилиндр. Прежде чем перейти к следующему цилиндру, заполняется текущий чтобы иметь возможность считывать как можно больше информации без перемещения головок.
Для DOS версии 3.0 и выше используется алгоритм следующего свободного кластера размещения файлов на диске. Кластеры устроены так, что каждый из них ссылается на последующий. При работе DOS ищет свободные кластеры не с начала диска, а с места последней записи на диск. DOS устанавливает указатель последнего записанного кластера и ищет свободные кластеры, пользуясь этим указателем. Указатель размещается в RAM и уничтожается при перезарузке. Если DOS дошла до конца диска, то указатель также удаляется, а поиск начинается с начала диска. Таким образом осуществляются операции файлами на диске.
Этот алгоритм позволяет восстанавливать удаленные файлы. При удалении файла в начало его первого кластера ставится знак "?", и все кластеры, связанные с данным считаются свободными. Указатель выставляется на следующий свободный кластер, запись продолжается в идущих далее свободных кластерах. Перезапись кластера, в котором произошло удаление, произойдет только когда указатель в новом цикле дойдет до данного кластера. Даже, если переписывается один файл поверх другого, то запись работает по такой же схеме. А для каждого нового файла используется первая свободная запись.
Резервное копирование
Резервное копирование это процесс создания на носителе, предназначенном для восстановления данных в оригинальном месте их расположения в случае их повреждения или разрушения.
Существуют следующие способы повышения эффективности и удобства резервного копирования:
- Сохранение не всей файловой системы, а только некоторых каталогов.
- Инкрементное резервное копирование: сохраняются только файлы, изменявшиеся после последнего резервного копирования.
- Хранение резервных копий на других носителях, а так же в удаленном месте.
- Сжатие резервируемых данных.
- Быстрое фиксирование состояния файловой системы путем копирования критических структур данных для решения проблемы изменения данных во время резервного копирования.
- Возможность восстановления в исходное место размещения, в другое место с сохранением структуры каталогов и без сохранения структуры.
Физическое резервное копирование это последовательное копирование всех кластеров диска.
Логическое резервное копирование это проверка каталогов и сохранение содержащихся в них информации.
Преимущества физического копирования:
- простота реализации;
- высокая скорость.
- резервирование свободных кластеров;
- невозможность восстановления отдельных файлов;
- невозможность инкрементного резервного копирования.
Логическое резервирование происходит следующим образом:
- Резервируются файлы, которые были изменены. Резервируются каталоги, содержащиеся в пути к этому файлу.
- Создается битовый массив, индексированный по номеру индексного дескриптора.
- Рекурсивно исследуется каталоги, пометки снимаются с каталогов, в которых нет модифицированных файлов и каталогов.
- Резервируются все помеченные каталоги, перед каталогом записывается его атрибуты.
- Резервируются все помеченные файлы, перед файлом записываются его атрибуты.
- Исследуются все элементы начального каталога и помечаются модифицированные файлы и все каталоги, в которых рекурсивно ищутся все модифицированные файлы.
Далее создается резервная копия.
Восстановление файловой системы из резервной копии происходит следующим образом:
- Создается пустая файловая система.
- Восстанавливаются данные последней полной архивации, сначала каталоги, а затем файлы.
- Восстанавливаются данные из инкрементных резервных копий.
- Восстанавливается список свободных кластеров.
Теперь вы знаете основы файловых систем.
Обучаю HTML, CSS, PHP. Создаю и продвигаю сайты, скрипты и программы. Занимаюсь информационной безопасностью. Рассмотрю различные виды сотрудничества.
Формати́рование ди́ска — процесс разметки магнитного диска (жёсткого диска, дискеты) .
Низкоуровневое форматирование — форматирование жёсткого диска на низком уровне (англ. Low level format) — операция, в процессе которой магнитная поверхность диска разбивается на сектора и дорожки, которые заполняются пустыми данными. Диск форматируется на низком уровне после изготовления. В быту низкоуровневое форматирование используется для лечения Bad-секторов и прочих серьезных ошибок жесткого диска.
Информацию после проведения реального низкоуровнего форматирования востановить нельзя никаким образом.
P.S: Есть куча вариантов, как отформатировать диск. Например, можно зайти в "ПУСК" - "Выполнить", набрать format X:, где Х - буква необходимого раздела и нажать ОК. Можно зайти в "Мой компьютер", нажать правой кнопкой на разделе, выбрать "Форматировать". (ну, дальше там всё ясно) . Можно еще использовать специальные программы (напр. Partition magic).
P.P.S: Не надо гнать что форматирование не нужно вообще. Это очень нужная процедура. Без неё не обойдешься, например, когда файловая система полетит или надо поменять размер кластера (для увеличения быстродействия или увеличения свободного места).
Елена Евсина Мыслитель (5754) А как? У меня мама в истерике. братан переустановил систему - форматнув диск. ничего вернуть уже нельзя. Так нам сказали.
разрешаю)) ) . отформатировать это значит удалить ВСЕ данные с диска, раз незнаешь как это делается то несоветую
Rafael Мастер (1563) Дмитрий (((((((((((()))))))))))), а ты молодец, продолжай в том же духе и не обращай внимание что вопрос был 11 лет назад)))))
Смотря какой диск, если С, то его можно отформатировать, только при переустановки виндовса, форматировать - удалить ( стереть ) все данные с компа !
свойства - отформатировать.. .
форматирование удаляет все. . ты получаешь девственно чистый диск. .
обычно это после сноса винды, или чего то подобного. . хотя можешь ткнуть. . все познается на личном опыте
смотря какой диск. конечно можно! отформатировать диск-то есть очистить его от всего содержимого и от ошибок.. .
несоветую форматировать жесткий диск: (((приведет к плохим последствиям. ну и не полчучиться.. .
я так думаю вам нужно флешку отфарматировать?
Форматирование - это не только удаление информации, сам диск в этот момент обновляется, разбивается на сектора и дорожки, формируется файловая система. Это - крайняя мера для переустановки системы. Если вы решили продать жесткий диск :), то его необходимо отформатировать.
форматирование диска- удаление ВСЕХ данных с него вы сможите это сделать сами сели этот диск не системный т. е. на него не установлена винда. для этого правой кнопкой мыши по значку диска - форматировать.
привет! всё очень просто! отформатировать диск значет стереть его всю инфу если речь об компе и вам предложиле го форматировать значет стереть все программы игры всё в нём кроме того что на диске д И ПОНОВОЙ ПЕРЕУСТОНОВИТЬ WINDOWS! УДАЧИ!
Что средства Windows, что сторонние программы для распределения места на диске и форматирования разделов по умолчанию настроены так, чтобы за нас оптимально решать вопрос, какого размера должен быть кластер выделенной части дискового пространства. Что такое кластер, что такое его размер, какой размер лучше выбрать в той или иной ситуации, как изменить размер кластера, в том числе без потери данных на разделе диска – во всех этих вопросах попробуем разобраться ниже.
2. Насколько значителен прирост производительности при большем размере кластера
Рассчитывать на какой-то весомый прирост производительности HDD даже при максимально возможном размере кластера не стоит. Сам по себе механизм работы HDD имеет массу условностей, и гораздо больше толку в этом плане будет от регулярной процедуры дефрагментации. Прирост в скорости работы с данными будет исчисляться секундами, а то и вовсе миллисекундами. Тем не менее и за них, возможно, стоит побороться при формировании разделов для хранения файлов с весом, исчисляемым преимущественно в мегабайтах или вовсе в гигабайтах.
Что такое файловая система
Чтобы не забивать вам головы сложной терминологией, прибегнем к простому сравнительному методу. Файловую систему можно сравнить с обычной школьной тетрадкой. Есть тетради в клеточку, в прямую и косую линейку, но во всех в них можно писать и рисовать. Точно так же обстоит дело и с файловыми системами. А ещё их можно сравнить с таблицами, отличающимися друг от друга размерами и расположением ячеек. Попросту говоря, файловая система — это разметка диска, способ организации данных (каталогов и файлов). Всего файловых систем около 50 , но наиболее употребительными из них являются NTFS, exFAT, FAT32, ext3, ext4, ReiserFs, HFS Plus, UDF и ISO 9660.
• NTFS — классический тип файловой системы, используемой в операционной системе Windows. Как правило, выбирается он ОС автоматически.
• FAT32 также используется в Windows, но всё реже и реже. В отличие от NTFS, тома с FAT32 не могут хранить файлы, размер которых превышает 4 Гб, а кроме того, FAT32 не поддерживает настройку прав доступа к файлам и каталогам. Область применения FAT32 сегодня — карты памяти и прочие съёмные носители небольшого объёма.
• exFAT — расширенная FAT или иначе FAT64. Разработана Microsoft как альтернатива NTFS. Используется она в основном на flesh-накопителях большого объёма. exFAT отличается поддержкой настройки прав доступа, более высокими лимитами на размер файлов и кластеров.
• Файловые системы ext3, ext4 и ReiserFs используются в операционных системах Linux, для коих и были специально разработаны.
• HFS Plus используется в Mac OS, а UDF и ISO 9660 — в оптических носителях.
3. Какой размер кластера для каких целей лучше
Какой размер кластера лучше для системного раздела С ? Установочный процесс Windows, позволяющий прямо на этапе установки системы формировать разделы диска с нераспределённым пространством, не даёт нам возможности выбора размера кластера.
Он по умолчанию задаётся 4096 байт (4 Кб) . И является оптимальным выбором для системного раздела С, поскольку в состав системы и сторонних программ входит огромное множество мелковесных файлов. Изменять его не рекомендуется.
А вот с несистемными разделами можно поэкспериментировать. Но прежде необходимо оценить текущую ситуацию и узнать, какой размер кластера у раздела сейчас. Чтобы потом сделать выводы о приросте производительности.
1. Что такое кластер дискового пространства
Кластер – это логическая единица дискового пространства, минимальный его блок, выделяемый для записи файла. У жёстких дисков есть физическая единица дискового пространства – сектор. Сектора могут быть размером 512 или 4096 байт. Это предустановленный производителем жёсткого диска параметр, и он не может быть изменён программными средствами. Последние могут оперировать только логической единицей – кластером. И оперировать только в рамках возможностей выбранной файловой системы. К примеру, для NTFS размер кластера может быть установлен от 512 байт до 2 Мб (2048 Кб) .
Размер кластера, отличный от предлагаемого по умолчанию, мы можем выбрать при форматировании раздела средствами Windows.
Windows 7 и 8.1 позволяют установить размер кластера максимум 64 Кб. В среде же Windows 10 можно выбрать больший размер – от 128 до 2018 Кб.
Размер кластера также можем выбрать по своему усмотрению при создании разделов в штатном управлении дисками. Создаём том (раздел) .
Указываем размер тома.
И на этапе форматирования тома выбираем размер кластера.
Итак, кластер – это единичный блок для размещения файлов. Каждый файл записывается в новый кластер. Файл весом более размера кластера, соответственно, занимает несколько таковых. Чем меньше размер кластера, тем более эффективно будет расходоваться место на диске при условии, что на нём преимущественно хранятся мелкие файлы до 512, 1024, 2048 байт и т.д. Тогда как при кластере большего размера дисковое пространство будет менее эффективно занято данными с малым весом. Но вопрос об эффективности не будет стоять при условии хранения на диске данных с весом от 64 Кб или иного выбранного размера. При этом ещё и получаем незначительный прирост производительности в скорости чтения и записи HDD в условиях фрагментации. При большем размере кластера фрагментированный файл делится на меньшее количество частей, что уменьшает число смещений считывающей головки HDD .
Какие бывают файловые системы
Для Windows используются два файловые системы:
- FAT (File Allocation Table).
- NTFS (New Technology File System).
Для UNIX систем это:
- UFS (Unix File System).
- S5 (применительно к System V).
5.1. MiniTool Partition Wizard
В любой из коммерческих редакций MiniTool Partition Wizard можем изменить размер кластера без форматирования и пересоздания раздела, с сохранностью данных. Кликаем в окне программы нужный раздел, выбираем функцию изменения кластера.
Смотрим, какой у нас текущий размер. И в выпадающем списке выбираем новый. Затем жмём «Да».
Штатные средства Windows при задании размера кластера предусматривают выбор их показателей в байтах, килобайтах и в случае с Win10 в мегабайтах. Сторонние программы могут предусматривать выбор показателей в иной метрике – в секторах на кластер. Это число в степени двойки. Как ориентироваться? Просто делим на 2. Если хотим выбрать размер кластера, скажем, 64 Мб, указываем число 128. Если 32 Кб, выбираем число 64. Если 16 Кб – 32. И так далее по этому же принципу.
В главном окне MiniTool Partition Wizard применяем операцию и ожидаем её завершения.
При оперировании системного раздела С или несистемного, но такового, к которому обращаются фоновые системные процессы, программа попросит перезагрузиться. И будет проводить операцию в предзагрузочном режиме без активных системных процессов.
5.2. Acronis Disk Director
Платный Acronis Disk Director, мастодонт на рынке ПО для оперирования дисковым пространством, также предусматривает возможность изменения размера кластера без потери данных. В окне программы выбираем нужный раздел, кликаем соответствующую операцию.
Смотрим, какой сейчас у раздела размер кластера. И из выпадающего перечня выбираем новый.
И, опять же, если оперируемый раздел будет занят обращениями к нему фоновых системных процессов, потребуется перезагрузка и работа программы в предзагрузочном режиме.
П ри форматировании диска или флешки Windows предлагает определиться с двумя параметрами — типом файловой системы и размером кластера. Проблем с выбором файловой системы у пользователей Windows обычно не возникает. Если форматирование выполняется средствами операционной системы, то, скорее всего, на выбор будет предложено либо NTFS, либо FAT32. Используя сторонние программы для работы с дисками, можно отформатировать носитель в других файловых системах.
Адресация дискового пространства в BIOS
Геометрия (ёмкостные параметры) жесткого диска описываются в BIOS следующей формулой:
Общий объем (байт) = C x H x S x 512 (байт),
где С - количество цилиндров; Н - количество головок; S - количество секторов.
Следовательно, вследствие физических ограничений накопителей, BIOS может адресовать () накопитель максимальной ёмкостью 128 Гбайт:
65536 x 16 x 256 x 512 = 128 Гбайт.
Однако из-за ограничений работы контроллера винчестера и BIOS эта величина может быть существенно сокращена. Так, до 1995 года использовался стандартный CHS-режим (стандарт ATA-1), в котором физические параметры накопителя соответствовали логическим, передаваемым в BIOS. При стандартной CHS-адресации максимальное количество цилиндров равно 1024, головок - 16, что приводит к ограничению максимальной емкости жесткого диска (504 Мбайт). Кроме того, BIOS "считает", что у любого накопителя на любой дорожке должно быть ровно 63 сектора.
Современные IDE-контроллеры (начиная со стандартом SATA-2, EIDE) поддерживают универсальный режим трансляции, для которого главным параметром является общее количество секторов. В большинстве BIOS появилась функция "Autodetect", которая позволяет считывать и устанавливать паспортные параметры накопителя. При инициализации накопителю передаются два параметра: количество головок и секторов; затем накопитель подстраивает свою логическую структуру таким образом, чтобы общая емкость не изменилась, причем коррекция осуществляется за счет цилиндров.
Максимальная емкость накопителей АТА-2 значительно увеличена за счет разработки улучшенной BIOS (Enhanced BIOS), что позволило преодолеть барьер в 504 Мбайт емкости жесткого диска. Первая модификация стандарта ATA-2 с режимом передачи PIO 3 использовала режим адресации ECHS, благодаря которому в CMOS Setup была введена опция Large и ECHS. Их надо было использовать для дисков, количество цилиндров которых превышает 1024, но к которым нельзя было применить адресацию LBA. Пересчет происходил в 2 этапа: сначала контроллер считал общее количество цилиндров, затем делил его пополам и в два раза увеличивал количество головок. Этот метод позволил адресовать 3-4 Гбайт дискового пространства.
В 1998 году для BIOS материнских плат выпустили обновление, способное решить проблему "8 Гигабайт". Была изменена адресация к прерыванию Int 13h (DOS), чем удалось преодолеть барьер 1024 цилиндров. Теперь для физической адресации использовались все 28 бит:
С - 16 бит (максимум 2 16 = 65536)
H - 4 бита (максимум 2 4 = 16)
S - 8 бит (максимум 2 8 = 255).
Таким образом, теперь в интерфейсе ATA-5 теоретически был доступен максимальный объем винчестеров. Но биосописатели в очередной раз ошиблись. Они не учли, что при стандартном пересчете LBA с 16-ю головками и 63-мя секторами у винчестеров объемом более 33,8 Гбайт цилиндров окажется больше 65536, и они не поместятся в 16 бит отведенные под цилиндры. Эта проблема была решена в 1999 году введением простого условия: если число секторов превышает 65536, то тогда количество секторов приравнивать к 255. Также для некоторых BIOS существовала ошибка определения винчестеров объемом больше 65 Гбайт, которая, как обычно, решалась обновлением прошивки.
4. Как узнать размер кластера
Существующий ныне размер кластера на нужном разделе диска отображают сторонние программы для работы с дисковым пространством. Но на скорую руку можно обойтись и без них, для этого нам понадобится всего лишь запущенная с правами админа командная строка.
В неё вводим команду по типу:
fsutil fsinfo ntfsinfo C:
Где вместо C в конце подставляем букву нужного раздела. И смотрим графу «Байт на кластер».
Физическая организация файловых систем
Обычные HDD диски состоят из:
- Дорожек. Концентрических колец предназначенных для хранения данных, размеченных на диске. Они состоят из одинакового числа секторов.
- Секторов. Сектор является наименьшей адресуемой единицей дискового устройства для обмена данными. Размер сектора фиксирован.
- При низкоуровневом форматировании создаются дорожки и сектора, на диск записывается информация для определения границ секторов.
Дисковые квоты
Дисковая квота – максимальное количество файлов и блоков (кластеров), назначаемое пользователю для хранения данных.
Гибкий лимит – при превышении гибкого лимита во время регистрации пользователю выдается предупреждение, и счетчик предупреждений уменьшается на 1. Если счетчик равен 0, то в регистрации отказывается.
Жесткий лимит – лимит который не может быть превышен.
Монтирование логических дисков
Монтированием логических дисков называют встраивание логического диска в иерархическую структуру файлов операционной системы.
В качестве точки монтирования может выступать любой пустой каталог существующей файловой системы. При монтировании он становится корневым для файловой системы монтируемого диска.
Файловые системы
Файловая система через использование кластеров позволяет осуществлять доступ к данным. Большинство файловых систем построено на основе таблицы размещения файлов (allocation table - FAT). Наиболее распространены файловые системы FAT12 (диски менее 16 Мбайт), FAT16 (или просто FAT) и FAT32.
FAT подразумевает наличие следующих структур (в порядке расположения их на диске):
Загрузочные секторы главного и дополнительного разделов
Загрузочный сектор логического диска
Таблицы размещения файлов (FAT)
Цилиндр диагностических операций
1. Загрузочный сектор главного раздела - Boot Record (MBR, Главная загрузочная запись) или Partition table (PT, Таблица разделов) - является первым сектором на жестком диске (занимает один или более секторов). Но под этот раздел отдана целиком вся первая дорожка (цилиндр 0, головка 0, сектор 1). Он в себя включает Таблицу главного раздела, которая может содержать только четыре записи, так как больше не поместится в 512 байт. Корневой таблице разделов принадлежат адреса 01BEh-01FDh. Очевидно, что можно создать только 4 раздела, среди которых могут быть Первичные (Primary) и Дополнительные (Extended) разделы. Поэтому если на диске выделен Дополнительный раздел, то Первичных уже можно создать не более трех.
Первичный может иметь только один логический диск, в то время как количество логических в Дополнительном разделе не ограничено. Общее количество логических дисков (томов) не должно быть более 24 (для DOS). В первом секторе Дополнительного раздела расположена его Таблица разделов с такой же структурой как и Корневая таблица разделов. В ней описываются адреса начала и конца первого логического диска в этом разделе и его файловая система, а также зоны, занимаемой остальными логическими дисками (если они есть). Все последующие разделы в Дополнительном разделе имеют аналогичную структуру.
MBR создается с помощью стандартной программы fdisk. Правда последняя накладывает некоторые ограничения: первичный раздел может быть создан только один.
Также в Главной загрузочной записи находится главный загрузочный код - небольшая программа, которая выполняется из BIOS. Она передает управление активному (загрузочному) разделу.
2. Загрузочная запись (Boot Record) занимает 32 первых сектора каждого логического диска (для первичного раздела - цилиндр 0, головка 1, сектор 1). Загрузочный сектор активного раздела получает управление от MBR. Он выполняет некоторые проверки и запускает с диска первый системный файл io.sys. Формирует загрузочная запись программой format. Напомню, что только Первичный раздел может быть активным. Загрузочная запись, как Корневая таблица разделов должны заканчиваться сигнатурой 55АА. По этой сигнатуре BIOS определяет, успешной ли была загрузка.
3. Таблица размещения файлов (FAT) - основная часть файловой системы, давшая ей название. Она представляет собой набор записей с номерами, соответствующих номерам всех кластеров на логическом диске. Каждому кластеру соответствует одно число. Для каждого кластера запись может иметь несколько стандартных значений: кластер свободен, кластер поврежден или кластер является последним кластером файла, или содержать ссылку на следующий кластер в цепочке, относящийся к тому же файлу. Получается, что в таблице хранится информация только о первом кластере цепочки кластеров одного файла.
Каждая ячейка FAT хранит значение длиной 12, 16 или 32 бита. Отсюда и пошли названия FAT12, FAT16 и FAT32. Размер записей в таблице FAT определяет максимальный размер логического тома. Так как в FAT16 запись представлялась 2-байтовым числом, то на логическом диске не могло быть более 65536 кластеров: 2 16 = 65536. В результате несложных вычислений мы находим, что вся таблица FAT помещается в 1 Мбайте. Этим и пользовались вирусы типа "Чернобыль". В связи этим FAT, начиная с DOS 4.0 ограничивала объем логического диска в 2 Гбайта (размер кластера составлял 32 Кбайта): 32 Кб х 65536 = 2 Гб.
Операционные системы Windows 95 OSR2 и старшие поддерживают 32-разрядную FAT с размером кластера до 64 Кбайт. Таким образом, эта система поддерживает тома размером до 2 Тбайт. А применяется она в дисках объемом от 512 Мбайт.
Всего в каждом логическом диске существует 2 таблицы FAT, которые следуют друг за другом. При порче первого экземпляра, используется второй, путем корректировки первого. Но у этой системы защиты есть свои недостатки. Во-первых, вторая таблица используется только когда первая полностью испорчена. Во-вторых, вторая копия часто обновляется за счет первой, так что во второй также могут содержаться ошибки.
В зависимости от размера логического диска меняется и размер кластера. Для FAT16 тома до 260 Мбайт используют кластеры размером 2 Кбайта, до 8 Гбайт - 32 Кбайта. Размеры кластеров и записей определяются при форматировании высоко уровня. Для FAT32 зависимость размера кластера от размера тома приведена в таблице.
Файловая система обеспечивает работу пользователей и программ с файлами (чтение и запись информации на диске), а так же ведет учет свободных и занятых кластеров на диске.
Файловая система осуществляет работу с данными на диске, основываясь на адресах секторов.
Работа с программами основывается на именах файлов.
Цели, состав и функции
Цели использования файловой системы:
- Экранирование физической организации долговременного хранилища данных.
- Создание простой модели (логической) этого хранилища.
- Предоставление программам и пользователям удобного набора команд для манипулирования файлами.
Состав файловой системы определяется следующими компонентами:
- Все файлы на диске.
- Наборы структур данных, которые используются для управления файлами.
- Комплекс системных программных средств которые реализуют различные операции над файлами (создание, запись, чтение, поиск и другие).
Функции файловой системы:
- Отображение логической модели данных на физическую организацию хранилища данных. То есть структура файлов и папок на компьютере переноситься на физический жесткий диск. А именно на конкретные сектора.
- Обеспечение устойчивости файловой системы к сбоям и ошибкам.
- Предоставление программного интерфейса для приложений. Что бы программы могли работать с файлами.
- Обеспечение совместного доступа к файлу несколькими процессами. О процессах я рассказывал в основах операционных систем.
- Защита файлов от несанкционированного доступа.
Возможности файловой системы
Логические диски
При работе в операционной системы мы работаем с логическими дисками или разделами. Физический диск может быть разбит на один или несколько логических дисков.
Логический диск или раздел это часть (или весь) физического диска, которую операционная система представляет пользователю как логическое устройство.
На одном логическом диске может использоваться только одна файловая система.
На моем примере.
В моем случае диск C это часть физического SSD диска. Диски D и E — полностью два физических диска. Часто один физический диск разбивают на два логически C и D.
Возможные варианты организации логических дисков:
- Один физический – один логический.
- Один физический – несколько логических.
- Несколько физических – один логический.
Вариант несколько физических = дин логический обычно используется в RAID массивах.
На картинке выше видно что один диск (диск C) помечен как загружаемый (системный) иконкой слева.
Высокоуровневое форматирование диска
Высокоуровневое форматирование диска необходимо для создания логического диска и файловой системы на нем.
При форматировании пространство логического диска разбивается на кластеры определенного размера.
Кластер (блок) является минимальной единицей хранения данных, используемой в файловой системе.
При форматировании на диск записывается следующая информация:
- Загрузчик операционной системы.
- Сведения о границах областей отведенных под файлы и каталоги.
- Информация о поврежденных областях.
- Информация о доступном и неиспользуемом пространстве.
Служебная область содержит общую информацию о файловой системе, свободных кластерах, о размещении файлов в кластерах.
Главная таблица файлов – MFT содержит как минимум одну запись для каждого файла и запись для себя. На кластеры делится весь раздел диска, а не только область данных.
В файловой системе NTFS данные организуются следующим образом.
Организация данных в NTFS
Возникает вопрос, а что же такое файл?
Файл это неструктурированная последовательность байтов, в которую можно записывать и из которой можно считывать информацию. Файл это логический объект, позволяющий обращаться к информации по имени.
За счет использования файлов в операционной системе появилась возможность простого доступа пользователей и приложений к информации по имени.
Наличие имени файла позволяет получать доступ к информации независимо от адресов кластеров, в которых располагается файл. Существует возможность определения прав доступа пользователей к файлу.
Типы файлов
Обычные файлы — это файлы которые содержат информацию произвольного характера. Они имеют произвольную структуру. Операционная система должна распознавать как минимум один тип файлов, это собственные исполняемые файлы.
Специальные файлы – фиктивные файлы, которые ассоциируются с устройствами ввода-вывода.
Каталоги – файлы, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователем по какому-либо признаку. Каталоги могут содержать файлы любых типов, включая каталоги.
Другие — тип файлов, содержащий символьные связи, именованные конвейеры, отображаемые в памяти.
Иерархическая структура файловой системы состоит из следующих элементов:
- Дерево – файл может входить только в один каталог.
- Сеть – файл может входить в несколько каталогов.
Корневым называют каталог верхнего уровня.
Иерархическая структура файловой системы
Учет свободных кластеров
Использование связного списка номеров свободных кластеров. В каждом кластере, входящем в список, помещаются номера свободных кластеров и ссылка на следующий кластер из списка. При этом в оперативной памяти достаточно хранить один кластер из списка.
Использование битового массива. Свободные кластеры помечаются 1, а занятые 0 (или наоборот). В оперативной памяти достаточно хранить один кластер битового массива. Выделяемые файлу свободные кластеры располагаются близко друг к другу, что приводит к увеличению быстродействия.
Что такое кластер
В Windows файловая система тесно связана с понятием кластера. На нём мы остановимся немного подробней. Что такое кластер, лучше всего продемонстрировать на примере сравнения файловой системы с таблицей. На этом изображении жёсткий диск представлен в виде круговой таблицы, разделённой на ячейки, именуемые секторами дорожки.
Одна или несколько таких ячеек, будучи объединёнными в группу, называются кластерами. В зависимости от типа файловой системы размер кластера может иметь разный размер. В NTFS он составляет от 512 до 64 Кб, в FAT32 — от 1024 байт до 32 Кб, в «продвинутой» системе FAT — exFAT размер кластера может достигать внушительных 32768 Кб.
И хотя самым маленьким элементом структуры разметки диска является сектор дорожки, минимальный объём пользовательской информации может быть записан именно в кластер. При этом кластер не может содержать части разных файлов. Либо он свободен, либо занят. Представьте, что у вас есть файл размером 41 килобайт, который предстоит записать на диск, разбитый на кластеры в 4 Кб. В процессе записи файл будет распределён между 11 кластерами, причём 10 из них заполнятся полностью, а 1 — только на четверть. Тем не менее, этот кластер будет считаться заполненным. Заполненным он будет считаться даже в том случае, если размер записанного в него файла составит всего 1 байт.
Вот мы и подошли к ответу на столь часто задаваемый вопрос - какой размер кластера нужно выбирать при форматировании диска или флешки.
Если диск будет использоваться для хранения небольших файлов, выбирайте наименьший размер кластера (от 4 Кб и меньше). При этом данные будут записываться более «плотно», что позволит вам сэкономить больше дискового пространства. Ежели на диске вы собираетесь хранить объёмные файлы, например, фильмы, то в таком случае размер кластера при форматировании имеет смысл выставить от 32 Кб и более.
При форматировании флешек и карт памяти небольшого объёма (до 16 Гб) лучше выставлять средний размер кластера от 4 до 8 Кб независимо от типа хранящихся на них данных. При выборе размера кластера также следует учитывать другой немаловажный аспект — скорость чтения/записи. Чем крупнее кластеры, тем выше скорость чтения/записи с носителя. Объясняется это тем, что считывающей головке, собирающей файл по кусочкам, приходится делать меньше движений. Конечно, этот подход не очень экономный, зато ваши файлы будут записываться на порядок быстрее. Что для вас важнее: скорость или экономия места на диске — выбирать вам. Впрочем, если вы сомневаетесь в правильности своего выбора, выбирайте золотую середину, оставляя всё по умолчанию.
5. Как изменить размер кластера
Как упоминалось в первом пункте статьи, для изменения размера кластера необходимо либо отформатировать раздел, либо удалить его и создать заново. Хоть средствами Windows, хоть сторонним софтом для работы с дисками от Acronis, AOME, Paragon и т.п. Если на разделе имеются данные, их можно временно перенести на другой раздел, другое устройство информации или в облако на крайний случай. И это будет самый правильный вариант.
Изменение размера кластера раздела с имеющимися данными без их временного переноса в другое место – это потенциально рисковая операция. Рисковая операция – во-первых. Длительная по времени - во-вторых, поскольку в рамках её проведения осуществляется перезапись данных под новый размер кластера. В-третьих – такая операция предусматривается только сторонними менеджерами дисков, и обычно в рамках платных возможностей, если базовые функции в таких программах бесплатны. Как, например, в случае с MiniTool Partition Wizard.
Читайте также: