Физическая организация файловой системы

Представление о файловой системе как об иерархически организованном множестве информационных объектов имеет мало общего с фактическим порядком хранения файлов на диске.

Файл может быть разбросан «кусочками» по всему диску. Логически объединенные файлы из одного каталога совсем не обязательно соседствуют на диске.

Принципы размещения файлов, каталогов и системной информации на реальном устройстве описываются физической организацией файловой системы.

Основным носителем является жесткий диск, который состоит из пакета пластин.

На каждой стороне пластины размещены тонкие концентрические кольца - дорожки (tracks), на которых хранятся данные, Количество дорожек зависит от типа диска. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края в центру. Когда диск вращается, головка считывает данные с магнитной дорожки или записывает их на дорожку.

дискретными шагами. Каждый шаг сдвигается на 1 дорожку. В некоторых дисках вместо одной головки имеется по головке на каждую дорожку.

Совокупность дорожек одного радиуса на всех поверхностях всех пластин называется цилиндром(cylinder). Каждая дорожка разбивается на фрагменты, называемые секторами(sectors) или блоками (blocks).

Все дорожки имеют равное число секторов, в которых можно максимально записать одно и то же число байт.

Сектор имеет фиксированный для конкретной системы размер, выражающийся степенью двойки. Чаще всего – 512 байт. Поскольку дорожки разного радиуса имеют одинаковое число секторов, плотность записи на дорожках различна – больше к центру.

Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными с оперативной памятью.

Для того, чтобы контроллер мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все составляющие адреса сектора; номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора.

Так как прикладной программе нужен не сектор, а некоторое количество байт, не обязательно кратное размеру сектора, типичный запрос включает чтение нескольких секторов, которые содержат требуемую информацию и одного или двух секторов с избыточными данными.

ОС при работе с диском использует собственную единицу дискового пространства, которое называют кластером. При создании файла на диске место ему выделяется кластерами. Например, размер кластера может быть равен 1024 байт.

Дорожки и сектора создаются в результате выполнения процедуры физического (или низкоуровневого)

Форматирование предшествует использованию диска.

Для определения границ блоков на диск записывается идентификационная информация.

Низкоуровневый форматдиска не зависит от типа ОС, которая этот диск использует.

Разметку диска под конкретный тип файловой системы выполняют процедуры высокоуровневого или логического форматирования. При этом определяется размер кластера и записывается информация, необходимая для работы файловой системы, в том числе информация о доступном и неиспользуемом пространстве, о границах областей, отведенных под файлы и каталоги о поврежденных областях. Кроме того, на диск записывается загрузчик ОС – программа (обычно небольшая), которая начинает процесс инициализации ОС после включения питания.

Прежде, чем форматировать диск под определенную файловую систему он может быть разбит на разделы. Раздел– непрерывная часть физического диска. Его ОС представляет как логическое устройство (логический диск).

Так как файловая система, с которой работает одна ОС, не может в общем случае интерпретироваться ОС другого типа, логические диски не могут быть использованы ОС разного типа.

На каждом логическом диске может создаваться только одна файловая система.

На разных логических дискаходного и того же физического диска могут располагаться файловые системы разного типа.

Все разделы одного диска имеют одинаковый размер

низкоуровневого форматирования. Но при высокоуровневом форматировании в разных логических дисках могут быть установлены файловые системы, размеры кластеров которых имеют различные размеры.

ОС может поддерживать различные статусы логических дисков, особым образом их различая. Одни разделы (диски) можно использовать для загрузки модулей ОС, в других можно устанавливать только приложения и хранить файлы данных.

Один из разделов диска помечается как загружаемый (или активный). Именно из него считывается загрузчик ОС.