Материал: Лекции_ОС

Дорожка (Track) - концентрическая окружность, которое может прочитать головка в одной позиции. Нумерация дорожек начинается с внешней (первая имеет номер - 0).

Цилиндр (Cylinder) - совокупность всех дорожек с одинаковым номером на всех дисках, т.к. дисков может быть много и на каждом диске запись может быть с двух сторон.

Маркер - от него начинается нумерация дорожек, есть на каждом диске.

Сектор - на сектора разбивается каждая дорожка, сектор содержит минимальный блок информации. Нумерация секторов начинается от маркера.

Геометрия жесткого диска - набор параметров диска, количество головок, количество цилиндров и количество секторов.

У современных жестких дисков контроллер встроен в само устройство, и берет на себя большую часть работы, которую не видит ОС.

Например, скрывают физическую геометрию диска, предоставляя виртуальную геометрии.

Физическая и виртуальная геометрия диска

На внешних дорожках число секторов делают больше, а на внутренних меньше. На реальных дисках таких зон может быть несколько десятков.

10.1.2 Raid (Redundant Array of Independent Disk - массив независимых дисков с избыточностью)

Для увеличения производительности или надежности операций ввода-вывода с диском был разработан стандарт для распараллеливания или дублирования этих операций

Основные шесть уровней RAID:

RAID 0 - чередующий набор, соединение нескольких дисков в один большой логический диск, но логический диск разбит так, что запись и чтение происходит сразу с несколько дисков. Например, записываем блок 1, 2, 3, 4, 5, каждый блок будет записываться на свой диск. Преимущества - удобство одного диска - увеличивает скорость записи и чтения Недостатки - уменьшает надежность (в случае выхода одного диска, массив будет разрушен), избыточность не предусмотрена.
RAID 1 - зеркальный набор, параллельная запись и чтение на несколько дисков с дублированием (избыточность). Преимущества - дублирование записей - увеличивает скорость чтения (но не записи) Недостатки - требует в два раза больше дисковых накопителей
RAID 2 - работает на уровне слов и даже байт. Например, берется полбайта (4 бита) и прибавляется 3 бита четности (1, 2, 4 - рассчитанные по Хэммингу), образуется 7-битовое слово. В случае семи дисков слово записывается побитно на каждый диск. Так как слово пишется сразу на все диски, они должны быть синхронизированы. Преимущества - надежность - увеличивает скорость записи и чтения (при потоке, но при отдельных запросах не увеличивает) Недостатки - нужна синхронизация дисков.
RAID 3 - упрощенная версия RAID 2, для каждого слова считается только один бит четности. Преимущества - надежность - увеличивает скорость записи и чтения (при потоке, но при отдельных запросах не увеличивает) Недостатки - нужна синхронизация дисков.
RAID 4 - аналогичен уровню RAID 0, но с добавлением диска четности. Если любой из дисков выйдет из строя, его можно восстановить с помощью диска четности. Преимущества - надежность - не нужна синхронизация дисков Недостатки - не дает увеличения производительности, узким местом становится диск четности при постоянных пересчетах контрольных сумм.
RAID 5 - аналогичен уровню RAID 4, но биты четности равномерно распределены по дискам.

На практике, как правило, используют RAID 0, 1 и 5.

Системы RAID уровней от 0 до 5.

10.1.3 Компакт-диски

Запись на CD-ROM диски производятся с помощью штамповки.

Сначала CD-диски использовались только для записи звука, стандарт которого был описан ISO 10149 ("Красная книга").

Пит - единица записи информации (впадина при штамповке, темное пятно, прожженное в слое краски в CD-R, область фазового перехода)

Запись на CD-ROM производится спирально

В 1984 году была опубликована "Желтая книга", в которой описан следующий стандарт.

Для записи данных было необходимо повысить надежность, для этого каждый байт (8 бит) стали кодировать в 14 разрядное число (по размеру почти дублирование записи, но за счет кодирования эффективность может быть, как при тройной записи), чтобы можно было восстановить потерянные биты.

Логическое расположение данных на CD-ROM для режима 1

Заголовок содержит:

Первые 12-ть байт заголовка содержат 00FFFFFFFFFFFFFFFFFFFF00, чтобы считывающее устройство могло распознать начало сектора.
Следующие три байта содержат номер сектора.
Последний байт содержит код режима

ECC (Error Correction Code) - код исправления ошибок.

В режиме 2 поле данных объединено с полем ECC в 2336-байтное поле данных. Этот режим можно использовать, если не требуется коррекция ошибок, например, видео и аудио запись.

Коррекция ошибок осуществляется на трех уровнях:

внутри символа
в кадре
в CD-ROM-секторе

Поэтому 7203 байта содержат только 2048 байта полезной нагрузки, около 28%.

В 1986 году была выпущена "Зеленая книга", к стандарту была добавлена графика, и возможность совмещения в одном секторе аудио, видео и данных.

Файловая система для CD-ROM называется High Sierra , которая оформлена в стандарт ISO 9660.

Файловая система имеет три уровня:

1 уровень - файлы имеют имена формата, схожего с MS-DOS - 8 символов имя файла плюс до трех символов расширения, файлы должны быть непрерывными. Глубина вложенности каталогов ограничена восемью. Этот уровень понимают почти все операционные системы.
2 уровень - имена файлов могут быть до 32 символов, файлы должны быть непрерывными.
3 уровень - позволяет использовать сегментированные файлы.

Для этого стандарта существуют расширения:

Rock Ridge - позволяет использовать длинные файлы, а также UID, GID и символические ссылки.

10.1.3.1 Компакт-диски с возможностью записи cd-r

Запись на CD-R диски производятся с помощью локального прожигания нанесенного слоя красителя.

Используются лазеры с двумя уровнями разной мощности, для записи 8-16 мВт, для чтения 0.5 мВт.

В 1989 году была выпущена "Оранжевая книга", это документ определяет формат CD-R, а также новый формат CD-ROM XA , который позволяет посекторно дописывать информацию на CD-R.

CD-R-дорожка - последовательно записанные за один раз секторы. Для каждой такой дорожки создается свой VTOC (Volume Table of Contents - таблица содержания тома), в котором перечисляются записанные файлы.

Каждая запись производится за одну непрерывную операцию, поэтому если у вас будет слишком загружен компьютер (мало памяти или медленный диск), то вы можете испортить диск, т.к. данные не будут поспевать поступать на CD-ROM.

10.1.3.2 Многократно перезаписываемые компакт-диски cd-rw

Запись на CD-RW диски производятся локального перевода слоя из кристаллического в аморфное состояние.

Используются лазеры с тремя уровнями разной мощности.

Эти диски можно отформатировать (UDF), использовать их в место дискет и дисков.

10.1.3.3 Универсальный цифровой диск dvd (Digital Versatile Disk)

Были сделаны следующие изменения:

Размер пита уменьшили в два раза (с 0.8 мкм до 0.4мкм)

Более тугая спираль (0.74 мкм между дорожками, вместо 1.6 у компакт-дисков)

Уменьшение длины волны лазера (0.65 вместо 0.78)

Это позволило увеличить объем с 650 Мбайт до 4.7 Гбайт.

Определены четыре следующих формата:

Односторонний, одноуровневый (4.7 Гбайт)
Односторонний, двухуровневый (8.5 Гбайт), размеры пита второго уровня приходится делать больше, иначе не будут считаны, т.к. первый полуотражающий слой половину потока отразит и частично рассеет.
Двухсторонний, одноуровневый (9.4 Гбайт)
Двухсторонний, двухуровневый (17 Гбайт)

10.2 Форматирование дисков (программная часть)

10.2.1 Низкоуровневое форматирование

Низкоуровневое форматирование - разбивка диска на сектора, производится производителями дисков.

Каждый сектор состоит из:

Заголовка (Prefix portion) - по которому определяется начало (последовательность определенных битов) сектора и его номер, и номер цилиндра.
Область данных (как правило, 512 байт)
Конец сектора (Suffix portion) - содержит контрольную сумму ECC (Error Correction Code - код корректировки ошибок). Позволяет обнаружить или даже исправить ошибки чтения. Размер зависит от производителя, и показывает, как производитель относится к надежности работы диска.

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/284616

Смотрите также:










2014 biblioonline ru