Крис Касперски - Восстановление данных. Практическое руководство
На сегодняшний день схема трансляции CHS признана устаревшей. Так, устройства, придерживающиеся спецификации ATA/ATAPI-6, принятой в июне 2001 года, уже не обязаны ее поддерживать. Тем не менее, она до сих пор встречается во многих служебных структурах операционной системы, в частности, в таблице разделов и загрузочном секторе. Именно поэтому имеет смысл остановиться на этом вопросе поподробнее, тем более что здесь есть о чем поговорить.
На интерфейсном уровне адрес сектора передается, как показано в листинге 5.1.
Листинг 5.1. Интерфейс с диском IDE в режиме CHS
Порт Значение
0172/01F2 Количество секторов
0173/01F3 Номер сектора (биты 0-7)
0174/01F4 Номер цилиндра (биты 0-7)
0175/01F5 Номер цилиндра (биты 8-15)
0176/01F6 Номер головки (биты 0-3), привод на шине (бит 4),
режим CHS/LBA (бит 6)
Сервисные функции BIOS, напротив, адресуют диск несколько иначе, как показано в листинге 5.2.
Листинг 5.2. Интерфейс с прерыванием BIOS INT13h
Регистр Значение
AL Количество секторов для обработки
CH Номер цилиндра (биты 0-7)
CL Номер цилиндра (биты 6-7), номер сектора (биты 0-5)
DH Номер головки
DL Привод на шине | 80h
Таким образом, BIOS отводит на адресацию цилиндров всего 10 бит. Потому максимальное количество цилиндров на диске не превышает 1024, что при четырехбитной адресации головок дает предельно достижимый объем диска в 512×210×26×24 == 536870912 байт или всего 512 Мбайт. Это просто смешно, так как производители винчестеров преодолели этот барьер уже много лет назад. С тех пор в мире операционных систем произошло множество изменений. Старушка MS-DOS ушла в небытие, а пришедшая ей на смену Windows работает с диском через собственный драйвер, и ограничения BIOS ее почти не касаются.
ПримечаниеПочему почти? Вспомните, что первичную загрузку операционной системы осуществляет именно BIOS! При этом, если системные компоненты расположены в секторах, находящихся за пределами 1024 сектора, операционная система не загружается! Причем это относится ко всем операционным системам, а не только к критикуемой Windows!
Для преодоления этого ограничения BIOS вводит дополнительный уровень трансляции (режим LARGE), что позволяет увеличить количество головок. К счастью, BIOS выделяет для их адресации не 4 бита, как контроллер диска, а целых 8. Предельно допустимый объем диска теперь составляет 512×210×26×28 = 8589934592 байт или 8 Гбайт. К сожалению, это всего лишь теоретический предел. На практике же большинство реализаций BIOS содержали грубые ошибки, вследствие которых при работе с дисками размером свыше 2 Гбайт они либо банально зависали, либо теряли старшие разряды цилиндра, обращаясь к началу диска и необратимо уничтожая все служебные структуры. До сих пор многие вполне современные реализации BIOS не позволяют адресовать более 64 виртуальных головок, что ограничивает предельно допустимый объем диска все тем же значением, равным 2 Гбайт.
Поэтому при переустановке Windows поверх старой версии на логический диск емкостью свыше 2 Гбайт она может перестать загружаться. Все очень просто! Когда система ставится на только что отформатированный диск, она располагает все свои файлы в самом начале, но по мере заполнения диска область свободного пространства отодвигается все дальше к концу. Отодвинуть файлы первичной загрузки может и дефрагментатор. Тот же результат может быть получен и в результате установки пакета обновления (Service Pack). Иными словами, владельцам больших винчестеров настоятельно рекомендуется разбить его на несколько разделов и установить размер первого (загрузочного) раздела не более, чем в 8 Гбайт, а лучше даже в 2 Гбайт.
Устройства SCSI изначально поддерживают прозрачный механизм логической адресации, или сокращенно LBA (Linear Block Address), последовательно нумерующий все сектора от 0 до последнего сектора диска. В накопителях IDE режим адресации LBA появился, только начиная с ATA-3, но быстро завоевал всеобщее признание. Разрядность адресации определяется устройством. В SCSI она изначально 32-битная, а устройства IDE вплоть до принятия спецификации ATA-6 были ограничены 28 битами, которые распределялись, как показано в листинге 5.3.
Листинг 5.3. Интерфейс с диском IDE в режиме LBA
Порт Значение
0172/01F2 Количество секторов
0173/01F3 Номер сектора (биты 0-7)
0174/01F4 Номер сектора (биты 8-15)
0175/01F5 Номер сектора (биты 16-24)
0176/01F6 Номер сектора (биты 24-28), привод на шине (бит 4),
режим CHS/LBA (бит 6)
Как видите, 28-битная адресация обеспечивает поддержку дисков объемом вплоть до 128 Гбайт, однако включение в BIOS поддержки LBA еще не отменяет 8-гигабайтного ограничения, так как номер последнего адресуемого цилиндра по-прежнему остается равным 1024, со всеми вытекающими последствиями. Диски SCSI, за счет их подлинно 32-битной адресации, поддерживают законные 2 Тбайт, так как они управляются собственной BIOS, на которую не наложено никаких унаследованных ограничений.
Утвержденная ATA-6 48-битная адресация расширяет предельно допустимые размеры дисков IDE до астрономических величин (а именно, до 131,072 Тбайт), по крайней мере, в теории. На практике в Windows 2000 с пакетом обновления SP2 или более ранним отсутствует поддержка 48-битного режима LBA. Поэтому для работы с большими дисками необходимо обновить драйвер Atapi.sys и добавить в состав ключа реестра HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEMCurrentControlSetServicesatapiParameters параметр EnableBigLba с типом данных DWORD и значением, равным 1 (более подробную информацию можно найти в статье Microsoft Knowledge Base: 260910).
Один физический диск может быть разбит на несколько логических, каждый из которых последовательно нумеруется от первого до последнего сектора либо "сквозной" адресацией, либо по схеме CHS. В некоторых случаях Windows требует задания абсолютного номера сектора (который на самом деле отнюдь не абсолютный, а относительный, отсчитывающийся от стартового сектора раздела), в других — ожидает увидеть "святую троицу" (цилиндр, головку, сектор), опять-таки, отсчитывающихся от стартового сектора. Так, если раздел начинается с адреса 123/15/62, то первой его головкой все равно будет головка 0!
На уровне файловой системы операционная система адресует диск кластерами (cluster). Каждый кластер образован непрерывной последовательностью секторов, количество которых равно степени двойки (1, 2, 4, 8, …). Размер кластера задается на этапе форматирования диска и в дальнейшем уже не меняется. Основное назначение кластеров — уменьшение фрагментации файлов и уменьшение разрядности служебных файловых структур. В частности, FAT 16 нумерует кластеры двойными словами, и потому может адресовать не более 10000h*sizeof(cluster) дискового пространства. Легко видеть, что уже на 80-гигабайтном диске размер кластера составляет 1 Мбайт, и десяток файлов, каждый из которых имеет размер 1 байт, займут 10 Мбайт! Это впечатляет, не правда ли? Файловая система NTFS, оперирующая 64-битными величинами, не страдает подобными ограничениями, и типичная величина кластера, выбираемая по умолчанию, составляет всего 4 сектора. В отличие от секторов, кластеры нумеруются, начиная с нуля.
Главная загрузочная запись
Первые жесткие диски имели небольшой размер и форматировались практически так же, как и дискеты. Однако их объемы стремительно росли, и MS- DOS была уже не в состоянии полностью их адресовать. Для преодоления этого ограничения был введен механизм разделов (partitions), позволяющий разбивать один физический диск на несколько логических. Каждый из логических дисков имеет собственную файловую систему и форматируется независимо от других. За счет чего это достигается?
В первом секторе физического диска (цилиндр 0/головка 0/сектор 1) хранится специальная структура данных — главная загрузочная запись (Master Boot Record, MBR). Она состоит из двух основных частей — первичного загрузчика (master boot code) и таблицы разделов (partition table), описывающей схему разбиения и геометрию каждого из логических дисков. Схематичное изображение жесткого диска, разбитого на разделы, представлено на рис. 5.1. В конце сектора по смещению 1FE находится сигнатура 55h AAh, по которой BIOS определяет признак "загрузочности" сектора. Даже если вы не хотите дробить свой винчестер на части и форматируете его как один диск, присутствие MBR обязательно.
Рис. 5.1. Схематичное представление жесткого диска, разбитого на разделы
При старте компьютера BIOS выбирает загрузочный диск. Как правило, это Primary Master, но порядок загрузки в большинстве современных реализаций BIOS можно изменять. Наиболее продвинутые реализации даже выводят интерактивное меню при нажатии и удержании клавиши <ESC> во время прохождения процесса первоначального тестирования при включении (Power- On Self-Test, POST). Затем BIOS считывает первый сектор (цилиндр 0/головка 0/сектор 1) в память по адресу 0000h:7C00h, проверяет наличие сигнатуры 55h AAh в его конце, и, если такая сигнатура действительно обнаруживается, передает управление по адресу 0000h:7C00h. В противном случае анализируется следующее загрузочное устройство, а в случае его отсутствия выдается сообщение об ошибке.
