На уровне файловой системы операционная система адресует диск кластерами (cluster). Каждый кластер образован непрерывной последовательностью секторов, количество которых равно степени двойки (1, 2, 4, 8, …). Размер кластера задается на этапе форматирования диска и в дальнейшем уже не меняется. Основное назначение кластеров — уменьшение фрагментации файлов и уменьшение разрядности служебных файловых структур. В частности, FAT 16 нумерует кластеры двойными словами, и потому может адресовать не более

дискового пространства. Легко видеть, что уже на 80-гигабайтном диске размер кластера составляет 1 Мбайт, и десяток файлов, каждый из которых имеет размер 1 байт, займут 10 Мбайт! Это впечатляет, не правда ли? Файловая система NTFS, оперирующая 64-битными величинами, не страдает подобными ограничениями, и типичная величина кластера, выбираемая по умолчанию, составляет всего 4 сектора. В отличие от секторов, кластеры нумеруются, начиная с нуля.

Главная загрузочная запись

Первые жесткие диски имели небольшой размер и форматировались практически так же, как и дискеты. Однако их объемы стремительно росли, и MS- DOS была уже не в состоянии полностью их адресовать. Для преодоления этого ограничения был введен механизм разделов (partitions), позволяющий разбивать один физический диск на несколько логических. Каждый из логических дисков имеет собственную файловую систему и форматируется независимо от других. За счет чего это достигается?

В первом секторе физического диска (цилиндр 0/головка 0/сектор 1) хранится специальная структура данных — главная загрузочная запись (Master Boot Record, MBR). Она состоит из двух основных частей — первичного загрузчика (master boot code) и таблицы разделов (partition table), описывающей схему разбиения и геометрию каждого из логических дисков. Схематичное изображение жесткого диска, разбитого на разделы, представлено на рис. 5.1. В конце сектора по смещению

находится сигнатура , по которой BIOS определяет признак "загрузочности" сектора. Даже если вы не хотите дробить свой винчестер на части и форматируете его как один диск, присутствие MBR обязательно.

Рис. 5.1. Схематичное представление жесткого диска, разбитого на разделы

При старте компьютера BIOS выбирает загрузочный диск. Как правило, это Primary Master, но порядок загрузки в большинстве современных реализаций BIOS можно изменять. Наиболее продвинутые реализации даже выводят интерактивное меню при нажатии и удержании клавиши <ESC> во время прохождения процесса первоначального тестирования при включении (Power- On Self-Test, POST). Затем BIOS считывает первый сектор (цилиндр 0/головка 0/сектор 1) в память по адресу

, проверяет наличие сигнатуры в его конце, и, если такая сигнатура действительно обнаруживается, передает управление по адресу . В противном случае анализируется следующее загрузочное устройство, а в случае его отсутствия выдается сообщение об ошибке.

Первичный загрузчик, получив управление, сканирует уже загруженную в память таблицу разделов, находит активный раздел (

), извлекает номер стартового сектора раздела, так же называемого загрузочным сектором (boot-sector). Затем загрузчик перемещает свое тело по другому адресу, чтобы избежать затирания, загружает boot-сектор в память по адресу , убеждается в наличии сигнатуры и передает управление на , в противном случае выдается сообщение об ошибке, и после нажатия на любую клавишу компьютер перезагружается. Ряд нестандартных загрузчиков, выходящих за стандартные спецификации Microsoft, поддерживают несколько активных разделов, последовательно перебирая их один за другим.

Если первичный загрузчик поврежден, то BIOS не сможет запустить операционную систему с такого диска, однако при подключении его "вторым" (или при загрузке с дискеты) все логические диски будут доступны. Как минимум, они должны быть "видимы", то есть команды

, , должны выполняться нормально, хотя работоспособность команды уже не гарантируется. Для того чтобы это было именно так, необходимо соблюдение следующих двух условий:

1. Во-первых, файловая система соответствующего раздела должна быть известна загруженной операционной системе и не повреждена.

2. Во-вторых, загрузочный сектор должен быть в целости и сохранности (данный вопрос будет обсуждаться далее в этой главе).

Таблица разделов, которую анализирует первичный загрузчик (master boot code), а чуть позже — драйвер логических дисков операционной системы, состоит из четырех записей размером по

каждая, расположенных по смещениям , , , и байт от начала диска соответственно. Каждая из них описывает свой логический раздел, задавая его стартовый и конечный сектора, записанные в формате CHS.

Поле относительного смещения раздела, отсчитываемое от начала таблицы разделов, является вспомогательным, и его избыточность очевидна. То же самое относится и полю, содержащему значение общего количества секторов на диске, так как очевидно, что это значение может быть вычислено на основе стартового и конечного секторов. Одни операционные системы и загрузчики игнорируют вспомогательные поля, другие же их активно используют. Именно поэтому содержимое этих полей должно соответствовать действительности.

Поле идентификатора диска содержит уникальную 32-разрядную последовательность, помогающую операционной системе отличить один смонтированный диск от другого, и автоматически копируемую в следующий ключ реестра:

. На самом деле Windows свободно обходится и без него, поэтому содержимое данного поля некритично.

Поле Boot ID содержит идентификатор файловой системы, установленной на разделе. В случае NTFS этот идентификатор равен

. За динамическими дисками, согласно фирменной спецификации, закреплен идентификатор .

На практике это справедливо лишь для тех из них, которые были получены путем обновления (update) обычного (basic) раздела до динамического (dynamic) тома. Сведения об остальных динамических дисках в таблице разделов не хранятся, а содержатся в последнем мегабайте физического диска в базе данных менеджера логических дисков (Logical Disk Manager, LDM). Для стандартных дисковых менеджеров эта информация недоступна. При установке операционной системы семейства Windows 9x или одного из клонов UNIX на винчестер, содержащий динамические диски, они могут быть необратимо утеряны, так как, согласно таблице разделов, занятое ими пространство помечено как свободное. Тем не менее, загрузочный логический диск (независимо от того, динамический он или нет) в обязательном порядке должен присутствовать в таблице разделов, иначе BIOS не сможет его загрузить.