Структура диска – базовые концепции
Физически жесткий диск представляет собой запечатанную банку с одной или несколькими одно или двухсторонними пластинами, насажанными на шпиндель. Чтение/запись данных осуществляется блоком магнитных головок, каждая их которых обслуживает одну из поверхностей пластины. Информация хранится в форме концентрических колец, называемых треками
(track) или дорожками. Треки, расположенные на равном расстоянии от центра всех пластин, образуют цилиндр
(cylinder). Фрагмент трека, образованный радиальным делением, называется сектором (sector). В современных винчестерах количество секторов на трек не остается постоянным и дискретно растет по мере удаления от центра пластины, поддерживая более или менее постоянные линейные размеры сектора. Треки и головки нумеруются начиная с нуля, сектора – начиная с единицы. Размер сектора для жестких дисков – 512 байт.
Первой схемой адресации секторов, доставшейся жестким дискам в наследство от дискет, стала так называемая CHS-адресация, представляющая собой сокращение от Cylinder/Head/Sector (Цилиндр/Головка/Сектор) и возникшая под давлением экономических причин. Когда-то, координаты адресуемого сектора напрямую соответствовали физической действительности, что упрощало (а, значит, и удешевляло!) дисковый контроллер, не требуя от него никакой интеллектуальности. Помимо того, что такая схема адресации чудовищна неудобна для программистов (последовательное чтение диска растягивается на три вложенных цикла!), она еще и до неприличия косна! Количество секторов в треке должно быть постоянным для всего диска, а в новых винчестерах это не так. Поэтому, для сохранения совместимости с существующим программным обеспечением, дисковый контроллер виртуализует геометрию винчестера, что ставит нас в зависимость от выбранной схемы трансляции (а схема трансляции – дело сугубо внутреннее и потому не стандартизированное). Параметры диска, сообщаемые устройством и напечатанные на этикетке, всегда
виртуальные и никакой возможности узнать реальное положение дел у нас нет.
IDE- диски благодаря наличию интегрированного контроллером внутри, в наименьшей степени зависимы от внешнего мира и могут свободно мигрировать от одной машины к другой (при условии корректного поведения BIOS'а, но об этом чуть позже). Некоторые винчестеры поддерживают специальную ATA-команду "Initialize device parameters", устанавливающую текущую виртуальную геометрию диска, а точнее выбранное количество головок и число секторов на дорожку. Количество цилиндров вычисляется контроллером самостоятельно, на основании общего объема диска, который кстати говоря, также можно изменять программными средствами (за это отвечает ATA-команда SET MAX ADDRESS). Некоторые драйвера (и BIOS'ы) изменяют геометрию диска, привязывая винчестер к себе прочными брачными узами и в другом окружении такой диск работать уже не будет, ну во всяком случае до установки правильной геометрии.
Со SCSI-устройствами ситуация обстоит гораздо хуже и диск соглашается работать только с тем контроллером, под которым он был отформатирован. Различные контроллеры используют различные схемы трансляции и потому подключение диска к несовместимому контроллеру произвольным образом "перемешивает" сектора. Редактор диска с таким винчестером работать еще будет, а вот штатные средства операционной системы (и большинство "докторов") нет.
Продвинутые контроллеры автоматически замещают плохие сектора, либо сохраняя эту информацию в свой энергонезависимой памяти, либо в записывая ее в инженерные сектора самого диска. Это еще сильнее привязывает накопитель к его контроллеру (правда, некоторые SCSI-диски выполняют переназначение секторов собственными средствами). Таким образом, выход SCSI-контроллера из строя фактически приравнивается к отказу самого диска. Никогда не приобретайте SCSI-контроллеры no-name производителей – в любой момент они могут кануть в лету и тогда поставки новых контроллеров прекратятся. Контроллеры, интегрированные в материнские платы, это вообще песня. Ненадежные, ни с чем не совместимые… а что вы еще хотели за такую цену?
Сложнее всего приходится RAID-массивам, схема трансляции адресов которых полностью определяется контроллером. Массивы уровня 1 (mirroring или зеркала) чаще всего транслируются всквозную и без особых проблем могут быть перенесены на любой другой контроллер или даже подключены в обход него. Массивы остальных уровней (и в особенностей RAID 3/RAID 5) на других типах контроллеров по обыкновению неработоспособны. Программные RAID'ы, монтируемые Windows NT, содержат информацию о своей геометрии в системном реестре и не могут быть непосредственно перенесены на другие системы. Переустановка Windows NT (равно как и крах оной) уничтожает программный RAID. К счастью, эта потеря обратима и в следующих статьях этого цикла мы раскроем секреты техники восстановления.
Несмотря на то, что CHS-трансляция в настоящее время признана устаревшей (устройства, придерживающиеся спецификации ATA/ATAPI-6, принятой в июне 2001 года, уже не обязаны ее поддерживать), она до сих пор встречается во многих служебных структурах операционной системы (в частности в таблице разделов и загрузочном секторе), поэтому имеет смысл остановиться на этом вопросе поподробнее, тем более, что здесь есть о чем поговорить.
На интерфейсном уровне, адрес сектора передается следующим образом (см. листинг 1)
порт значение
0172/01F2 кол-во 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)
