| Linux и большие
диски
Всем известна старая проблема, которая встречается при
установке операционной системы на жесткие диски, количество дорожек на
которых превышает магическое число 1024. Попробуем в ней
разобраться.
(c)
Компьютерная газета |
Итак, предположим, что Вы стали
обладателем такого диска (кажется, дефицита на подобные устройства сейчас
не наблюдается). Также представим себе, что Вы работаете с операционной
системой, которая использует BIOS. Вот теперь Вы столкнулись с проблемой,
потому что обычное 13-ое прерывание BIOS использует для адресации
цилиндров диска поле размером всего в 10 бит, поэтому для BIOS все
цилиндры, начиная с 1024-го и выше, недоступны.
К счастью, Linux не
использует BIOS и не знает этой проблемы. Но за исключением двух
случаев:
1. Когда Вы загружаете операционную систему, Linux еще не
успела взять на себя управление компьютером и не может избавить Вас от
проблем BIOS. И это сказывается на LILO и других загрузчиках Linux.
2.
Необходимо, чтобы все операционные системы, которые одновременно уживаются
на Вашем компьютере, например DOS и Linux, пришли к соглашению друг с
другом в вопросе геометрии жесткого диска и его разделов, которые они
занимают. А этим занимаются сам кернел Linux и программа
fdisk.
Загрузка
При загрузке
системы BIOS считывает сектор с номером 0 (в миру известный как МБR —
Master Boot Record) с первого жесткого диска или дискеты и перескакивает
на адрес, указанный там, — обычно на адрес стандартного загрузчика.
Стандартные загрузчики не имеют своих драйверов дисков и используют
информацию о диске, которую предлагает им BIOS. Это значит, что кернел
Linux может быть загружен, только если он расположен на диске не выше
1024-го цилиндра.
Эта проблема относительно легко разрешима — сам
кернел и несколько файлов, необходимых при загрузке (LILO и др.), должны
находиться на разделе диска, который целиком расположен ниже 1024-го
цилиндра. Этот раздел доступен для BIOS, и обычно это первый или второй
диск.
Второй способ — заставить BIOS и загрузчик договориться между
собой насчет геометрии диска. Можно задать параметр "linear" для
загрузчика LILO.
Геометрия и разделы
диска
Если на Вашем диске сосуществуют несколько операционных
систем, значит для каждой из них отведен один или несколько разделов этого
диска. Любые разногласия между ними в вопросе физического расположения
этих разделов могут иметь катастрофические последствия. МБR содержит
таблицу разделов, которая описывает место расположения главных разделов
(primary). В ней 4 записи, для четырех основных разделов, и каждая
выглядит примерно так:
struct partition {
char active; /* 0x80:
загружаемый, 0: не загружаемый */
char begin[3]; /* CHS первого сектора
*/
char type;
char end[3]; /* CHS последнего сектора */
int
start; /* 32 бита для номер сектора (считая с 0) */
int lenght; /* 32
бита для количества секторов */
};
(CHS — эквивалент для
Cylinder/Head/Sector, цилиндр-голова-сектор).
Информация эта даже
избыточна — место расположения раздела можно определить как по двум
24-битным полям begin и end, так и по двум 32-битным полям start и
lenght.
Linux использует только данные start и lenght и, следовательно,
может работать с разделами, количество секторов которых не превышает 232 —
что-то в районе двух Терабайт. Это значительно превышает максимальный
размер жестких дисков, которые существуют сегодня, и, возможно, будет
достаточным на ближайшее десятилетие.
К сожалению,
13-ое прерывание BIOS использует трехбайтный формат для адресации разделов
диска (CHS), в котором 10 бит отводится для номера цилиндра, 8 бит — для
номера магнитной головки, и 6 бит — на номер сектора на дорожке. Поэтому
возможное количество цилиндров: 0-1023, число головок: 0-255 и число
секторов: 1-63 (да, сектора на дорожке считаются с первого, а не с
нулевого). Эти 24 бита разрешают адресацию всего 8455716864 байт (7.875
GB), что в двести раз больше самого большого диска, который существовал в
1983 году.
К еще большему сожалению, стандартный интерфейс IDE
позволяет адресовать 256 секторов на дорожке, 65536 цилиндров и 16
головок. Само по себе это дает возможность работы с 237 = 137438953472
байт (128 GB), но в сочетании с ограничением BIOS на 63 сектора и 1024
цилиндра остается возможность адресации всего 528482304 байта (504
Мб).
Этого явно не достаточно для современных дисков, и люди постоянно
придумывают разные трюки (как программные, так и аппаратные), чтобы обойти
эти ограничения.
Преобразования и менеджеры
дисков
На самом деле "настоящая" геометрия диска никого не
интересует. Ведь число секторов на дорожке диска — величина переменная
даже для одного диска, на внешних дорожках диска секторов больше, чем на
внутренних, поэтому "настоящего и конкретного" числа секторов не
существует! Пользователю проще представить свой диск как простой линейный
массив секторов с номерами 0, 1,... и оставить контроллеру заботу о том,
где располагается каждый из этих секторов.
Такая линейная нумерация
известна как LBA. Линейный адрес, который принадлежит (c, h, s) на диске с
геометрией (C, H, S), можно вычислить по формуле: c*H*S + h*S + (s-1). Все
SCSI и большинство IDE контроллеров поддерживают LBA.
Если BIOS сможет
конвертировать 24 бита (c, h, s) в LBA и передать эти данные контроллеру,
который поддерживает этот режим, мы опять сможем адресовать 7.875 GB.
Этого все еще не достаточно для всех дисков, но заметен прогресс по
отношению к 504 Мб. Но теперь CHS, который использует BIOS, не имеет
никакого отношения к реальности.
Иногда это может сработать, даже если
контроллер диска не поддерживает LBA, но BIOS знает о возможности таких
преобразований (в настройках BIOS можно указать параметр "Large"). Теперь
BIOS рапортует операционной системе о геометрии (C', H', S') и использует
(C, H, S) при общении с контроллером диска. Обычно S=S', C'=C/N и N'=H*N,
где N — это наименьшее число, которое позволит добиться значения
C'<=1024. Такие преобразования также позволяют адресовать 7.875
GB.
Если BIOS не знает таких слов, как "LBA" или
"Large", в борьбу вступает программное обеспечение. Дисковые менеджеры
(например, OnTrack или EZ-Drive) подменяют команды работы с диском BIOS
своими собственными. Часто это достигается размещением кода дискового
менеджера в МБR и последующих секторах (ОnTrack называет этот код DDO:
Dynamic Drive Overlay), и он загружается перед загрузкой любой
операционной системы. Но при установленном дисковом менеджере возникают
проблемы при загрузке с дискет.
Эффект получается более-менее схожим с
результатом преобразования данных BIOS, но если на одном диске уживается
несколько операционных систем, дисковые менеджеры могут вызвать немало
проблем.
Linux поддерживает дисковый менеджер ОnTrack, начиная с версии
1.3.14, и EZ-Drive с версии 1.3.29.
Если кернел Linux обнаружит
присутствие любого менеджера на IDE диске, он постарается сохранить такую
же геометрию диска, поэтому Linux увидит те же разделы диска, как,
например, DOS с установленным OnTrack или EZ-Drive. Но если геометрия
диска описана в командной строке: "hd=cyls, heads, secs", то вся
совместимость с менеджером диска будет
потеряна.
Преобразование геометрии диска начинается
перебором количества головок: 4, 8, 16, 32, 64, 128, 255 (но произведение
H*C остается постоянным) — до тех пор, пока или C не станет меньше, чем
1024, или Н=255.
Пользователи Linux должны быть уверены в том, что
fdisk и LILO используют правильную геометрию диска, где слово "правильная"
означает для fdisk именно ту геометрию, которую использует другая
операционная система, если она расположена на этом же диске, а для LILO —
та, которая обеспечит наилучшее взаимодействие с BIOS компьютера в момент
загрузки. (Как правило, это две стороны одной же монеты).
Как программа
fdisk узнает о геометрии диска? Она просто спрашивает об этом кернел,
используя функцию HDIO_GETGEO. Но пользователь может изменить ее
интерактивно или в командной строке.
Как загрузчик LILO узнает о
геометрии диска? Он также спрашивает об этом кернел при помощи
HDIO_GETGEO. Но пользователь опять может изменить ее, задав параметр
"disk=" или параметр "linear".
Откуда кернел знает
ответ на этот вопрос? Прежде всего пользователь может описать геометрию
диска в командной строке: "hd=cyls, heads, secs". Или кернел сам спросит у
компьютера.
Для IDE дисков есть четыре источника информации об их
геометрии. Первый (G-user) указывается пользователем в командной строке.
Второй (G-bios) — это таблица параметров жесткого диска BIOS (только для
первого и второго диска), которая считывается при запуске компьютера, до
переключения на 32-битный режим. Третий (G-phys) и четвертый (G-log)
возвращают контроллер IDE в ответ на команду IDENTIFY — это "физическая" и
"текущая логическая" геометрии.
Но драйверу необходимы два значения
геометрии диска: и G-fdisk, который возвращает функция HDIO_GETGEO, и
G-used, используемый для выполнения операций ввода-вывода. И тот, и другой
инициализируются, если задан или G-user, или G-bios, если эту информацию
содержит CMOS, или G-phys.
Другими словами: командная строка заменяет
информацию, представляемую BIOS, и определяет геометрию диска, которую
видит программа fdisk, но если эта геометрия предполагает mber
|
