2.3.4. Проблемы с большими дисками

2.3.4. Проблемы с большими дисками

В MS-DOS и первых версиях Windows доступ к дискам был организован через прерывание 13 (Int 13h) BIOS (в том числе на этапе начальной загрузки ОС). При этом использовалась адресация секторов на диске на основе указания номеров цилиндра, головки и сектора на дорожке (C/H/S). Точнее:

• AH - выбор операции;

• CH - младшие 8 бит номера цилиндра;

• CL - 7-6 биты соответствуют старшим битам номера цилиндра, 5-0 биты соответствуют номеру сектора;

• DH - номер считывающей головки;

• DL - номер диска (80h или 81h).

(Заметим в скобках, что нумерацию физических цилиндров и дорожек принято начинать с 0, а сектора на дорожке нумеруют, начиная с 1). Однако практически головок было не более 16-ти, а число секторов на дорожке - не более 63, и хотя для указания цилиндра использовалось 10 бит, все равно BIOS не мог работать с дисками объемом более 1024*63*16*512 = 528 Мбайт.

Для преодоления этого ограничения стали применять разные хитрые приемы (подробнее об этом вы можете узнать из [П4.2]). Например, Extended CHS (ECHS) или "Large disk support" (иногда обозначается просто как "Large") использует еще три незанятых бита номера головки для увеличения числа адресуемых цилиндров. Это позволило использовать "фальшивую геометрию диска" в 1024 цилиндра, 128 считывающих головок и 63 сектора/дорожку. Трансляцию Extended CHS в реальный CHS-адрес (который может иметь до 8192 цилиндров) осуществляет BIOS. Это позволяет работать с дисками, объемом до 8192*16*63*512 = 4 227 858 432 байт или 4,2 Гбайт.

Но разработчики все увеличивали плотность записи на диск, число пластин и дорожек, изобретали другие способы увеличения объема дисков. В частности, число секторов на дорожках стало разным (на более длинных дорожках, расположенных ближе к краю пластин, число секторов стали увеличивать). В результате три числа C/H/S уже перестали правильно отражать "геометрию диска", а старые версии BIOS перестали обеспечивать доступ ко всему дисковому пространству.

Тогда придумали другой прием для работы с большими дисками через Int 13h - линейную адресацию блоков ("Linear Block Addressing" или LBA). Если не вдаваться в подробности, то можно сказать, что все сектора на диске нумеруются последовательно, начиная с первого сектора на нулевой дорожке нулевого цилиндра. Вместо CHS-адреса каждый сектор получает логический адрес - просто его порядковый номер в общем массиве секторов. Нумерация логических секторов начинается с нуля, причем нулевой сектор содержит главную загрузочную запись (MBR). В Setup BIOS поддержка преобразования линейного номера в CHS-адрес обозначается как "поддержка LBA". Таким образом, в новых версиях BIOS обычно имеется выбор из трех вариантов: "Large", "LBA" и "Normal" (последнее означает, что трансляция адресов не производится).

Но и в режиме LBA обращение к физическому диску все равно осуществляется через функции Int 13h, которые используют 3D нотацию (C,H,S). В силу этого возникает ограничение на возможный объем диска: BIOS, и, следовательно, MS-DOS и ранние версии Windows, не могли адресовать диски объемом более 8,4 Гбайт.

Надо заметить, что указанное ограничение относится только к дискам с интерфейсом IDE. В контроллерах SCSI-дисков номер сектора переводится в команды SCSI, а далее сам диск находит нужную позицию, поэтому такого ограничения на объем диска не возникает.

Еще раз хочется отметить, что все перечисленные ограничения существенны только на этапе загрузки ОС, поскольку сама Linux и последние версии Windows при работе с дисками уже не используют прерывание 13 BIOS, а используют собственные драйвера для работы с дисками. Но, прежде чем система сможет использовать собственный драйвер, она должна как минимум его загрузить. Поэтому на этапе начальной загрузки любая система вынуждена пользоваться BIOS. Это и вызывает ограничения на размещение многих систем за пределами 8 Гбайт, они не могут оттуда загружаться, хотя после успешной загрузки могут работать с дисками гораздо большего объема. Для того, чтобы понять, как можно обойти эти ограничения, нам потребуются некоторые знания о том, как происходит загрузка ОС Linux.