Загрузочный сектор и таблица разбиения

Загрузочный сектор и таблица разбиения

Все диски как гибкие, так и жесткие организованы одинаковым образом. Поверхность диска разделена на дорожки, а дорожки на сектора (обычно по 512 байт). Несколько секторов на внешнем ободе диска зарезервированы для специальных нужд OC. Остальные доступны по принципу "первым пришел - первым получил". Это означает, что по мере заполнения диска данными сектора постепенно заполняются к центру диска.

Самый первый сектор жесткого диска (секто#1 - головка 1, цилиндр 0) содержит главную загрузочную запись (Master Boot), занимающую ровно один сектор. Остальное пространство диска распределяется между логическими дисками C:, D:, E: и т. д. Всего может быть до 24 логических дисков (до Z:)

Если компьютер загружается с жесткого диска, то управление передается программе, которая расположена в его начале. Эта программа сканирует содержимое таблицы разделения диска (Partion Table), состоящее из четырех 16-байтовых элементов, разбитых на поля.

Логические диски

Содержимое каждого логического диска включает в себя: собственный загрузочный сектор (Boot), две таблицы размещения файлов (FAT), корневой каталог (Root), подкаталоги и файлы данных.

ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ

FAT (File Allocations Table)

FAT представляет собой базу данных, связывающую кластеры дискового пространства с файлами. В этой базе для каждого кластера предусматривается только один элемент. Первые два элемента содержат информацию о самой системе FAT. Третий и последующие элементы ставятся в соответствие кластерам дискового пространства, начиная с первого кластера, отведенного для файлов. Элементы FAT могут содержать несколько специальных значений, указывающих, что

кластер свободен, т. е. не использован ни одним файлом (для FAT16 это значение составляет 0000H); кластер содержит один или несколько секторов с физическими дефектами и не должен использоваться (дл FAT16 это значение составляет FFF7H); данный кластер - последний кластер файла (дл FAT16 это значение составляет FFF8 FFFFH).

Для хранения коротких имен в формате 8.3 используются обычные 32-байт записи. Короткие имена Windows создает из длинных имен, отсекая шесть старших символов и добавляя в конце этого базового имени "1". Если же существует еще одно имя, состоящее из тех же шести символов, то этот номер увеличивается на единицу. Расширение файла сохраняется прежним. Если в имени встречается символ, не допустимый в предыдущих версиях Windows и DOS, он заменяется на знак "подчеркивание" (_).

В Windows 95 прикладным программам для 16 разрядных систем DOS и Windows, как и прежде, "видны" лишь короткие имена файлов, поскольку в ответ на их запросы ОС передает имена файлов и подкаталогов в формате 8.3

FAT32

В файловой системе FAT32 как элементы FAT, так и номера секторов - 32-разрядные. Вот что это значит: умножим 4 294 967 296 различных 32-разрядных значений на 512 байт в секторе и получим огромное число 2 Тбайт (2 199 023 255 552 байт), которое представляет собой максимально возможную емкость диска при использовании FAT32.

Теперь, когда допустимое число кластеров и число секторов одинаковы, видимо, можно было бы предположить, что для минимизации потерь места на диске в FAT32 будут использоваться кластеры, состоящие только из одного сектора. Но в этом вопросе необходим какой-то компромисс, поэтому в спецификации FAT32 размер кластера для накопителей емкостью до 8 Гбайт составляет 4 Кбайт.

3. Операционная система - это базовый набор программ для управления всеми системами и ресурсами компьютера. Она обеспечивает выполнение двух главных задач:

а) поддержание работы всех программ, обеспечение ее взаимодействия с аппаратурой;

б) предоставление пользователю возможности общего управления машиной.

Файл - это место постоянного сохранения информации, программ, данных, текстов, закодированных изображений. Файлы реализуются как зоны памяти на внешних магнитных носителях.

Каждый файл носит имя, которое состоит из 2-х частей: собственно имени и расширения, которые разделяются точкой. В имени файла может быть от 1 до 8 символов, а в расширении - до 3-х. Полный набор знаков, которые можно использовать в имени и расширениях файлов, включает :

- изменения файлов должны начинаться с буквы или цифры.

- изменения файлов регистрируются на магнитных носителях в каталогах или директориях. Каталоги - специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения об их размере и дате последнего изменения. Каждый каталог носит имя, которое составляется так же, как имя файла, но без расширения.

На каждом диске всегда есть корневой каталог. Он создается автоматически, когда пользователь форматирует диск и начинает заполнять его файлами. В корневом каталоге регистрируются файлы и подкаталоги 2-го уровня и т. п.. Таким образом, создается файловая структура, которая носит название многоуровневой или иерархической системой каталогов.

Шаблон имени файла часто используется для пометки сразу нескольких файлов или для сокращения записи имен файлов. В шаблонах используются знак "*", который обозначает произвольное число любых символов, и знак "?", который разрешает замаскировать любой один символ в имени или расширении файла.

Например:

*.bat - все файлы с расширением bat

??.doc - все файлы с расширением doc, которые имеют не больше 2-х символы в имени файла.

Файл размещается на диске по кластерам, которые пронумерованы. Эти кластеры могут на­ходиться в разных местах диска, и соответственно файл будет храниться на диске в виде от­дельных фрагментов в свободных на момент записи на диск кластерах. В этом случае говорят, что файл фрагментирован. Желательно, чтобы кластеры, выделенные для хранения файла, шли подряд, так как это позволяет сократить время его поиска. Однако это возможно сделать только с помощью специальной программы, и подобная процедура полу­чила название дефрагментации файла. И в том, и в другом случае для организации доступа к файлу операционная система должна иметь сведения о номерах кластеров, где размещается каждый файл. В этом ей помогает FAT-таблица.

Учитывая ее крайне важную роль в организа­ции файловой системы, предусмотрено хранение и ее дубля, т. е. на диске хранятся две оди­наковые таблицы — основная и дублирующая

Следует заметить, что для ускорения доступа к таблице производится ее предварительная загрузка в оперативную память.

Количество ячеек FAT-таблицы определяется количеством кластеров на диске. Каж­дая ячейка содержит номер кластера.

В свою очередь, в каталоге хранятся записи о файлах, где наряду с другими характе­ристиками указан номер его первого кластера. При необходимости доступа к файлу сначала производится обращение к ячейке FAT-таблицы, адрес которой определяется первым номе­ром, хранящимся в записи о файле. В этой ячейке хранится номер второго кластера этого файла. Обратившись к ячейке таблицы, соответствующей номеру второго кластера, опера­ционная система найдет там номер третьего кластера и т. д. Так будет создана цепочка клас­теров, где расположен файл.

Два рассмотренных типа файловых систем конечно хороши (хоть и не лишены недостатков), однако есть и другие стоящие идеи. В частности, Джефф Дарси (Jeff Darcy), программист и блогер, считает, что в течение нескольких лет произойдет разделение на локальные и распределенные файловые системы, где вторые будут строиться на основании первых. Что касается первого случая, то последнее время все большую популярность приобретают файловые системы ZFS и Btrfs.

ZFS (Zettabyte File System) – это 128-битная файловая система, которая поддерживает файлы до смешного огромных размеров (16 эксабайт) и способна работать с дисковыми объемами до 256 зеттабайт. Лидер проекта ZFS Джефф Бонвик (Jeff Bonwick) сказал, что «заполнение 128-битных файловых систем превысит квантовые возможности хранения данных на Земле». «Вы не сможете заполнить и хранить 128-битный объем, не вскипятив при этом океаны», – отметил Бонвик.

Пример того, насколько велики эти числа: если создавать тысячу файлов ежесекундно, то для достижения предела количества файлов в ZFS потребуется около 9000 лет. Вообще файловая система ZFS спроектирована таким образом, чтобы нельзя было столкнуться с какими-либо ограничениями в обозримом будущем.

ZFS строится поверх виртуальных пулов с данными (zpool). Получается так, что все подключенные диски являются частью одного гигантского раздела. Более того, диски могут связываться друг с другом в виртуальные RAID-массивы, которые обладают способностью к «самоисцелению». Еще эта файловая система позволяет делать снапшоты, чтобы восстановить данные в случае повреждения.

Операционная система - это программа, которая загружается при включении компьютера. Она производит диалог с пользователем, осуществляет управление компьютером, его ресурсами (оперативной памятью, местом на дисках и т. д.), запускает другие (прикладные) программы на выполнение. Операционная система обеспечивает пользователю и прикладным программам удобный способ общения (интерфейс) с устройствами компьютера.

Операционные системы

система MS-DOS (Microsoft Disk Operating System – дисковая операционная система фирмы Microsoft) была выпущена в 1981 году в связи с появлением компьютеров IBM PC.

ОС семейства DOS обладают следующими характерными особенностями:

Однопользовательская. Однозадачная. Имеет командный интерфейс. 16-разрядная. По типу управления ресурсами – несетевая. Имеет модульную структуру, упрощающую перенос системы на другие типы ЭВМ. Небольшой объем доступной оперативной памяти (640 Кбайт, до 1 Мбайт). Существенный недостаток ОС семейства DOS – отсутствие средств защиты от несанкционированного доступа к ресурсам ПК и ОС.

Пример

ОС MS-DOS 6.22., MS DOS 8.0 интегрированная в Windows ME, DOS PC 2000.

Начиная с версии 4.0, MS-DOS включал DOS Shell – программу диспетчера файлов с квазиграфическим текстовым пользовательским интерфейсом (TUI), который показал меню, windows разбиения, цветные темы, поддержку мыши и ярлыки программы, используя графику символьного режима.

ОС семейства OS/2

ОС OS/2 (Operating System / 2) была разработана фирмой IBM в 1987 году в связи с созданием нового семейства ПК PS/2.

ОС семейства OS/2 обладают следующими характерными особенностями:

Однопользовательская ОС. Многозадачная ОС второго поколения: позволяет организовать параллельную работу нескольких прикладных программ, обеспечивая при этом защиту одной программы от другой и ОС от работающих под ее управлением программ. Имеет графический интерфейс. 32-разрядная. Родная файловая система – HPFS. Недостаток OS/2 – малое число приложений для нее, что делает эту систему менее популярной, чем, например, Windows.

Пример

Использования OS/2: OS/2 WSeB 4.5x в качестве файлового сервера.

ОС семейства UNIX

ОС UNIX была разработана Кеном Томпсоном – сотрудником фирмы Bell Laboratories концерна AT&T в 1969 году для различных компьютеров: от суперкомпьютера до миникомпьютеров. С тех пор было создано большое количество различных UNIX-систем. Юридически лишь некоторые из них имеют полное право называться «UNIX»; остальные же, хотя и используют сходные концепции и технологии, объединяются термином «UNIX-подобные». В ходе разработки Unix-систем был создан язык СИ.

ОС семейства UNIX обладает следующими характерными особенностями:

Многопользовательская ОС. Многозадачная ОС. Сетевая ОС. Командная ОС, графическая оболочка: X Window. 32-разрядная, 64-разрядная. мобильная: существует возможность перенести систему с одной машинной архитектуры на другую с минимальными затратами. имеет несколько видов оболочек (Shell), т. е. интерфейсов взаимодействия между ядром и пользователем. файловая система: NFS (сетевая файловая система). использование простых текстовых файлов для настройки и управления системой. широкое применение утилит, запускаемых в командной строке. взаимодействие с пользователем посредством виртуального устройства – терминала. представление физических и виртуальных устройств и некоторых средств межпроцессового взаимодействия как файлов. использование конвейеров из нескольких программ, каждая из которых выполняет одну задачу.

Linux (полное название GNU/Linux) – это UNIX-подобная ОС. Linux свободно распространяемая ОС, первоначально разработанная Линусом Торвальдсом. Первая официальная версия объявлена 5 октября 1991 года.

Версии: Debian GNU/Linux – не имеющий национальной принадлежности международный дистрибутив (а также его ответвления, включая сверх-популярные Ubuntu, Kubuntu, Xubuntu), американский Red Hat и его наследник Fedora, французско-бразильский Mandriva, бывшие Mandrake и Conectiva.

ОС семейства WINDOWS

История Windows началась в 1985 году, когда появилась первая версия системы (оболочки). Через несколько лет вышла вторая версия, но особой популярности система Windows не завоевала.

В 1990 году вышла Windows 3.0, которая стала применяться на многих ПК (графический интерфейс, многозадачный режим, появление множества программ, работающих под управлением Windows).

Последующие версии Windows были направлены на повышение надежности, на поддержку средств мультимедиа и работу в компьютерных сетях.

ОС семейства Windows обладают следующими характерными особенностями:

Многопользовательские ОС. Многозадачные ОС. Сетевые и несетевые ОС. Графические ОС. 32/64-разрядные. Подключение новых устройств по технологии Plug and Play. Файловая система: FAT32, NTFS.