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磁盘管理

磁盘初始化

一个新的磁盘只是一个含有磁性记录材料的空白盘。在磁盘能存储数据之前,它必须分成扇区以便磁盘控制器能进行读和写操作,这个过程称为低级格式化(物理分区)。低级格式化为磁盘的每个扇区釆用特别的数据结构。每个扇区的数据结构通常由头、数据区域(通常为512B大小)和尾部组成。头部和尾部包含了一些磁盘控制器所使用的信息。

为了使用磁盘存储文件,操作系统还需要将自己的数据结构记录在磁盘上:第一步将磁盘分为由一个或多个柱面组成的分区(即我们熟悉的C盘、D盘等形式的分区);第二步对物理分区进行逻辑格式化(创建文件系统),操作系统将初始的文件系统数据结构存储到磁盘上,这些数据结构包括空闲和已分配的空间以及一个初始为空的目录。

引导块

计算机启动时需要运行一个初始化程序(自举程序),它初始化 CPU、寄存器、设备控制器和内存等,接着启动操作系统。为此,该自举程序应找到磁盘上的操作系统内核,装入内存,并转到起始地址,从而开始操作系统的运行。

自举程序通常保存在ROM中,为了避免改变自举代码需要改变ROM硬件的问题,故只在 ROM 中保留很小的自举装入程序,将完整功能的自举程序保存在磁盘的启动块上,启动块位于磁盘的固定位。拥有启动分区的磁盘称为启动磁盘或者系统磁盘。

坏块

由于磁盘有移动部件且容错能力弱,所以容易导致一个或多个扇区损坏。部分磁盘甚至从出厂时就有坏扇区。根据所使用的磁盘和控制器,对这些块有多种处理方式。

对于简单磁盘,如电子集成驱动器(IDE)。坏扇区可手工处理,如 MS-DOS 的 Format 命令执行逻辑格式化时便会扫描磁盘以检查坏扇区。坏扇区在 FAT 表上会标明,因此程序不会使用。

对于复杂的磁盘,如小型计算机系统接口(SCSI),其控制器维护一个磁盘坏块链表。该链表在出厂前进行低级格式化时就初始化了,并在磁盘的整个使用过程中不断更新。低级格式化将一些块保留作为备用,对操作系统透明。控制器可以用备用块来逻辑地替代坏块,这种方案称为扇区备用。

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