Логическая организация данных

Логическая организация данных

Под логической организацией лазерных дисков понимаются файловые системы, создаваемые на их дорожках. Для лазерных дисков, в отличие от винчестеров, гибких дисков или полупроводниковых накопителей с их системами FAT и NTFS, используются особенные файловые системы. Отчасти это связано с историей появления лазерных дисков: сначала почти все их типы предназначались для хранения аудио– и видеоинформации, а запись компьютерных (файловых) данных становилась дополнительной сферой применения этих носителей. Создание файловой системы неразрывно связано и зависит от операционной системы и программ для записи дисков.

Самая старая и распространенная файловая система – ISO 9660 (ECMA-119). Это базовый стандарт файловой системы для CD-ROM. В терминах этой файловой системы дорожка называется томом. Том разбивается на логические сектора с логическими адресами (LSN – Logical Sector Number). Размер логического сектора равен 2048 байтам. В начале тома находится системная область длиной 15 секторов, в которой хранятся так называемые дескрипторы тома и загрузочная запись. С 16-го сектора начинается область данных, которая продолжается до конца дорожки. Внутри тома (в области данных) находятся собственно данные:

• разделы тома;

• таблицы путей;

• дескрипторы директорий;

• директории;

• сами файлы.

Таким образом, файлы образуют древовидную структуру каталогов. Для ускорения поиска файлов для каждой директории создается также таблица путей (path table). Она содержит адрес экстента (файла или директории), длину записи расширенных атрибутов, номер родительской директории и идентификатор директории. Каждая директория получает номер, причем корневой директории присваивается номер 1. Директории в таблице путей сортируются по возрастанию глубины иерархии, далее – по возрастанию номера родительской директории и, наконец, по идентификатору директории в алфавитном порядке. Таблицы хранятся в двух вариантах (LSB и MSB) и могут существовать в двух копиях. Это повышает степень устойчивости данных.

Согласно стандарту оглавление отсортировано в алфавитном порядке, директории находятся в начале вне зависимости от реального расположения файлов на диске. Сортировка внутри директории также происходит по именам файлов. Чтобы диски могли читаться различными операционными системами, внутри стандарта ISO 9660 предусмотрены три уровня совместимости.

• Level 1. Совместимость с MS-DOS: длина имени файла или директории до 8 символов, длина полного пути к файлу – до 256 символов, а глубина вложенности папок и файлов не превышает восьми. Файл на диске должен быть непрерывным.

• Level 2. Совместимость с операционной системой Windows 95/98. Разрешается использовать имена файлов длиной до 30 символов, не считая точки и расширения.

• Level 3. Файл может состоять из нескольких фрагментов. С дисками, файловая система которых соответствует этому уровню, могут работать только операционные системы Windows 2000/XP/Vista и некоторые системы Linux.

На записываемых и перезаписываемых дисках до закрытия сессии создается таблица оглавления (Table of Content – TOC). При закрытии сессии она переписывается на нулевую дорожку. Эта таблица содержит указания на размещение записей файловой системы. При быстром стирании перезаписываемого диска стирается только эта таблица, а файлы в области данных не затрагиваются. На этом основано восстановление данных после непреднамеренного стирания диска.

Расширение Rock Ridge Interchange Protocol файловой системы ISO 9660 дополнило список возможных атрибутов директорий и файлов. Эта файловая система полностью поддерживается операционной системой Unix. На компьютерах с операционной системой Windows такие диски могут читаться, но с некоторыми ограничениями (ограничение касается длинных имен файлов).

Стандарт Joliet был разработан корпорацией Microsoft и также является расширением файловой системы ISO 9660. В этом стандарте обходится ряд ограничений, ранее наложенных стандартом ISO 9660 на длину имен файлов и директорий, вложенность директорий. Имена записываются двухбайтовыми символами Unicode. Таким образом снято ограничение на использование в именах файлов и папок только символов ASCII. Таблицы Unicode хранятся в отдельном дополнительном заголовке, который ISO 9660 совместимые программы игнорируют, обеспечивая обратную совместимость.

Спецификация загружаемого CD-ROM El Torito определяет формат загрузочной записи, находящейся среди дескрипторов тома файловой системы ISO 9660, и ее интерпретацию в BIOS. Диски, несущие такую загрузочную запись, могут при загрузке с них компьютера эмулировать один из стандартных типов носителей: от гибкого диска 5.25 до винчестера. В остальном на этих дисках используется та же файловая система ISO 9660.

UDF (Universal Data Format) – относительно новая файловая система для CD-RW и DVD. Смысл этой файловой системы в том, что на диске предварительно размечаются области (пакеты) постоянной или переменной длины. Каждый пакет начинается заголовком и несет в себе файл или часть файла. В результате каждый файл или фрагмент файла хранится в отдельном пакете вместе со своим описанием и может быть стерт или перезаписан независимо от других.

Для работы с этой файловой системой со стороны привода нужна поддержка пакетной записи и чтения на уровне его микропрограммы, а в операционной системе должны быть установлены драйвер UDF и программа для пакетной записи, например Nero In-CD или DirectCD. Полноценная поддержка формата UDF реализована в операционной системе Windows Vista. Для совместимости при чтении на диске может записываться виртуальная таблица содержания VTOC ISO 9660 level 3, как это предусмотрено спецификацией UDF Bridge. Необходимая часть файловой системы UDF, начиная с версии 1.5, – таблица VAT (Virtual Allocation Table). При отсутствии или повреждении этого элемента операционная система не может обнаружить файлы на диске.

DVD-Video и DVD-Audio используют файловую систему micro-UDF (подмножество UDF, ISO 13346). Размер файла должен быть не более 1 гигабайта, а имена файлов могут иметь длину до 255 символов Unicode. Видеофайлы должны лежать в каталоге VIDEO_TS, аудио – AUDIO_TS. В целях защиты от несанкционированного копирования DVD-Video и DVD-Audio должны шифроваться системой CSS. Спецификация UDF Bridge является комбинацией ISO 9660 и MicroUDF.

Посекторная, или побайтовая, копия – образ диска – делается независимо от того, какая файловая система на этом диске используется и являлась ли запись пакетной. Все дальнейшие операции по извлечению данных с поврежденного диска должны учитывать особенности файловой системы на нем.