Na co se často ptáme: Organizácia disku

5. 4. 2004 | Rastislav Stanik

Články - Na co se často ptáme: Organizácia disku  

Článek vysvetľuje organizáciu disku a obsahuje informácie užitočné pro inštalovaní operačného systému a rozdeľovaní disku na partície.

• Organizácia disku
• Realita
• Rozdelenie disku pre Linux

Organizácia disku

Aby počítač mohol pristúpiť k údajom uloženým na disku, môže použiť dve metódy.

CHS (C/H/S)

CHS sú začiatočné písmená slov Cylinder (niekedy označovaný aj ako Track), Head (Hlava), Sector (Sektor). Týmto číslam sa tiež hovorí geometria disku. Disk obsahuje v sebe otáčavé platne s magnetickým povrchom. Nad každým povrchom každej platne sa pohybuje hlavička umožňujúca čítanie a zapisovanie. Mechanicky disk pripomína gramofónovú platňu. Hlavička sa pohybuje na ramienku. Rozdiel je len v tom, že údaje sú usporiadané v kružniciach a nie v špirále, a platní môže byť viac. Skupine kružníc na všetkých platniach rovnako vzdialených od stredu hovoríme cylinder. Každá kružnica je rozdelená na sektory. Typická veľkosť sektoru je 512 bytov. Keď je známa trojica údajov CHS, znamená to, že elektronika disku môže správne nastaviť vzdialenosť ramienka, určiť hlavičku pre vykonanie operácie a počkať až sa pod hlavičkou bude nachádzať ten správny sektor.

LBA

LBA (Logical Block Addressing) je jednoduchší systém, ktorý bol zavedený vtedy, keď počet cylindrov a sektorov na diskoch s väčšou kapacitou prerástol rozsah pamäťových miest v BIOSe či operačnom systéme. Pozícia údajov na disku sa určí jednoducho ako poradové číslo sektoru.

Skutočnosť je ešte o trochu komplikovanejšia. Súčasné disky často klamú o svojej geometrii a navyše sú ochotné pracovať pri rôznych geometriách. Je pravdepodobné, že niektorá z nich je, z hľadiska rýchlosti, optimálnejšia a je tiež pravdepodobné, že niektoré operačné systémy nezvládajú všetky geometrie, alebo sa snažia používať istú geometriu bez ohľadu na výchozí hodnoty disku či nastavenia BIOSu.

Pokiaľ plánujete používať disk v rôznych operačných systémoch, overte si, že všetky budú používať tú istú geometriu. Najlepšie tak, že daný operačný systém skusmo nainštalujete a pozriete sa akú geometriu používa.

Pevný disk sa zvyčajne rozdeľuje na viacero partícií (oddielov). Nutné je to každopádne vtedy, ak na disku má byť uložených viacero súborových systémov. Súborový systém je štruktúra údajov umožňujúca operačnému systému čítat údaje ako je veľkosť súboru, meno súboru, prítupová práva a podobne.

Zopár príkladov:

ext2, ext3, linux-swap, ReiserFS

Používané operačným systémom Linux.

FAT-32

Označovaný tiež ako VFAT. Používaný operačnými systémami Windows 98, ME.

NTFS

Používaný operačnými systémami Windows NT, 2000, XP.

To, kde sa ktorá partícia na disku nachádza, je uložené na dohodnutom mieste: na prvom sektore disku (jeho poradové číslo je 0).

Tento sektor sa označuje ako MBR (Master Boot Record) a to preto, že okrem rozmiestnenia partícií (Partition Table) obsahuje aj úvodnú časť programu, ktorého úlohou je zavedenie operačného systému do pamäti počítača. Tento program sa nazýva Boot Loader. Ak umožňuje zavedenie jedného z viacerých operačných systémv, hovorí sa mu tiež Boot Manager. Kód v MBR musí byť schopný nájsť na disku zvyšok z Boot Loaderu/Managera a nahrať ho do pamäti.

Pozrime sa teraz ako vyzerá Partition Table.

Tabuľka partícií má štyri riadky. Na každom riadku može byť poznačená jedna partícia. O partícii sú v tabuľke zaznačené tieto údaje:

Typ

Môže byť 0 ak partícia nie je použitá. Môže onačovať niektorý typ súborového systému. Alebo može označovať tzv. extended partíciu o ktorej si povieme viac za chvíľu.

Boot flag

Príznak, ktorý hovorí o tom, či je daná partícia bootovateľná - teda či obsahuje bootovateľný operačný systém. Niektoré Boot Loadery a Boot Managery vyžadujú, aby len jedna z partícií mala tento príznak nastavený na 1, iné tento príznak celkom ignorujú.

CHS začiatku

Trojica údajov Cylinder/Head/Sector určujúci, kde partícia začína. Partícia by mala začínať na 0-tom sektore, prvej hlave daného cylindra.

CHS konca

Trojica údajov Cylinder/Head/Sector určujúci, kde partícia končí. Odporúča sa, aby partícia končila na poslednom sektore, poslednej hlave daného sektore. Nie je to nutné, ale niektoré operačné systémy to vyžadujú.

Začiatočný sektor

Poradové číslo sektoru, kde partícia začína.

Počet sektorov

Počet sektorov v partícii

Ako vidíte, rozmiestnenie partícií na disku je zadané dvojmo. Systémom CHS aj LBA. Obidve skupiny údajov musia, pokiaľ možno, navzájom súhlasiť. Inak sa môžete dočkať nepríjemných problémov. To neplatí pre partície za hranicou 1024 cylindrov. O tom si povieme nižšie.

Keď už raz disk porozdeľujete, je vhodné si údaje z tabuľky partícií opísať na papier a uložiť na bezpečné miesto. Je nepravdepodobné, že akýkoľvek antivír či program na opravu disku dokáže túto tabuľku zrekonštruovať ak sa poškodí.

Extended partícia

Ak štyri partície nie sú dosť, môžete jednu (v novších OS aj viac) partíciu vyrobiť ako extended. Takáto partícia je zvláštna tým, že jej prvý sektor obsahuje novú tabuľku partícií. Tak isto ako MBR. Aj táto má štyri položky a má všetky vlastnosti ako tabuľka v MBR. Spolu so schopnosťou obsahovať ďalšie extended partície.

Partície, ktoré nie sú extended, sa v MBR označujú ako primárne. V ostatných tabuľkách sa označujú ako logické disky. Staršie operačné systémy od firmy Microsoft nedovoľujú vytvoriť viacero primárnych partícií.

Niektoré boot managery a boot loadery nedovoľujú nabootovať z logických diskov. Len z primárnych partícií.

Typ	Boot flag	Začiatok partície			Koniec partície			Začiatočný sektor	Počet sektorov
		Head	Sector	Cylinder	Head	Sector	Cylinder
06	0	1	1	0	239	63	276	63	4188177
07	0	0	1	277	239	63	1023	4188240	23012640
83	1	239	63	1023	239	63	1023	27200880	13668480
05	0	239	63	1023	239	63	1023	40869360	37301040
82	0	239	63	1023	239	63	1023	63	393057
83	0	239	63	1023	239	63	1023	63	7816977
83	0	239	63	1023	239	63	1023	63	29090817

Teoreticky je možné mať viacero logických diskov v jednej extended partícii. Historicky sa však zvyčajne vytvára len jeden logický disk a zvyšný priestor sa v prípade potreby ďalšieho logického disku použije ako vnorená extended partícia a tento logický disk sa vytvorí v nej. Nasledovný obrázok demonštruje usporiadanie tabuľky partícii na disku s dvoma primárnymi partíciami a dvoma logickými diskami:

Primárna partícia č.1

Primárna partícia č.2

Extended partícia Logický disk č.1 Extended partícia Logický disk č.2

Realita

LILO

V čase písania tohto dokumentu je aktualna verzia LILO 22.4.1 Počas štartovania súboru je jediné vybavenie schopné pristupovať na disk BIOS, ten ale nie je schopný pristúpiť za 1024 cylinder. Treba si uvedomiť, že aj keby partícia začínala pod limitom, tak casti boot loaderu uložené v súborovom systéme sa nemusia nachádzať na začiatku partície. Preto je vhodné, aby celá partícia potrebná na bootovanie, bola pod limitom 1024 cylindrov. Vďaka linear voľbe môže súčasná verzia prekonať limit 1024 cylindrov prakticky na všetkých systémoch vyrobených po roku 1998.

Lilo je schopné bootovať z extended partície. Pozor však na to, že niektoré programy pre rozdeľovanie disku nie sú ochotné označiť logický disk v extended partícii ako bootovateľný.

NT boot loader

NT boot loader je ochotný bootovať aj iné systémy než MS-DOS či windows. Postup je popísaný v článku Jak na duální boot s Windows 2000. V princípe potrebujete

1. Získať prvých 512 bytov bootovateľnej partície s nejakým operačným systémom - napríklad takto:

   dd if=/dev/hda2 of=/tmp/bootsec.lnx count=1 bs=512; mcopy /tmp/bootsec.lnx a:

2. Nakopírovať ziskaný súbor tak, aby bol dostupný pre NT boot manager.

3. Upraviť boot.ini súbor. V tom mojom je:

   C:\bootsec.lnx="Slackware Linux"

Rozdelenie disku pre Linux

V princípe existujú dva prístupy:

Minimalistický - čo najmenej partícií

Minimum je 0 - a Linux budete bezat z CD alebo z UMSDOS particie. To je ale naozaj riešenie pre tých, ktorí si chcú Linux vyskúšať, ľudí v krajnej núdzi a pre samovrahov.

Trocha lepšia je situácia, ak môžete použiť jednu partíciu. Jej veľkosť je limitom pre to, čo všetko môžete na systéme mať. Kompletná distribúcia Slackware sa vojde na 2 - 3 GB. Mnohé populárne distribúcie uz prerástli niekoľko CD a potrebujú priestoru viac - hlavne ak sa rozhodnete nainštalovať "všetko", čo často znamená, že sa nainštalujú programy, o ktoré za celý život systému nezavadíte.

Tak ako pri predchádzajúcom prípade, aj tu je vhodné mať dosť pamäti. Ak totiž systém dospeje do stavu, že potrebuje viac pamäti, než fyzicky máte, možete zažiť buď pád aplikácie, ktorá takéto podmienky nemá dobre ošetrené, alebo priamo zabitie aplikácie jadrom.

Vyhnúť sa takýmto nepríjemnostiam možno použitím ďalšej partície - swap. Obsah pamäti aplikácií, ktoré nie sú v danom okamihu potrebné, sa odloží na túto partíciu. O vhodnom zvolení jej veľkosti sa možno dočítať na iných miestach, ale v stručnosti možno povedať, že sa upúšťa od dávneho pravidla, že veľkoť swapu by mala byť dvojnásobkom veľkosti fyzickej pamäte a skor sa presadzuje názor, že si treba zrátať, koľko pamäte možu potrebovať programy, ktoré pužívate, trocha prihodiť a je to.

Maximalistický - opierajúci sa o názor "čím viac, tým lepšie"

Začneme partíciou, ktorej používanie sa mi veľmi osvedčilo. Používam ju pre adresár /home. Umožňuje to ľahký upgrade či reinštaláciu bez toho, aby sa nejako dotkla adresárov užívateľov, ale aj napríklad klonovanie tejto partície.

Pridávanie ďalších partícií možno použiť pre zvýšenie bezpečnosti systému. Partíciu totižto možno pripojiť len na čítanie, alebo zakázať spúšťanie programov z nej. Tak napríklad možno vytovriť partíciu pre /var, kde by sa nemali vyskytovať žiadne spustiteľné súbory. Naopak /bin, /sbin, /etc, /opt a /lib môžu byť pripojené len na čítanie a nedovoľovať zápis.

Seriál Na co se často ptáme (dílů: 11)

První díl: Na co se často ptáme 1: LILO, poslední díl: Na co se často ptáme: Balíčkovací systémy.
Předchozí díl: Na co se často ptáme: MPlayer
Následující díl: Na co se často ptáme 4: X Window System - I

Diskuse k tomuto článku

[Dejv]

V tom příkladu Partition Table máte jednu zásadní chybu! Máte přehozené sloupečky (buď nadpisy, nebo hodnoty, jak se to veme) Sektor a Cylinder! A to u Začátku i konce partice!
Jinak jsem to ještě nestihl dočíst, takže ještě nehodnotím.

Dejv

[Eagle]

Rekl bych, ze nezanedbatelnym duvodem pro rozdeleni disku je zabraneni DoS utokum. Zminka o tom mi ale v clanku chybi. Cekal jsem od nej vic.

Autor: zkuste si jen tak cvicne vytvorit jednu partition pro / a druhou pro swap, nasledne zaplnte /tmp. Podobne nebezpecnym adresarem muze byt /var a pochopitelne /home.

Redakce: ve firefoxu 0.8 cs (win) se presahuje text z bileho "sloupce" do toho ... modrosedeho, nebo jaka to je barva, vpravo.

[Robert Krátký]

ad přesah textu: Pomůže reload stránky?

[Dejv]

Nedokazu rict, jak na firefoxu, ale na Mozille 1.6 (Mozilla/5.0 (Windows; U; Windows NT 5.1; cs-CZ; rv:1.6) Gecko/20040113) to prave zacalo presahovat (az dole posledni a predposledni odstavec). Predtim to (na 90%) nedelalo.

Dejv.

[Dejv]

Tak sorry, prred prispevkem to po reloadu presahovalo, po prispevku to po reloadu uz nepresahuje.

Dejv

[Robert Krátký]

Vypadá to bohužel na bug v Gecko... už jsme se s tím setkali i u linuxové verze, ale po znovunačtení to vždy zmizí. Není tam použito žádné nestandardní html.

[rastos]

Eagle - nemam iny kontakt, tak sa musim opytat tu:

Mohol by si mi objasnit svoje pripomienky? Nie je mi jasne ako moze suvisiet rozdelenie disku s DoS? Nie je mi ani jasne, preco by mal plny /tmp byt zaujimavy niecim inym nez, ze mas plne /tmp ? (Nemam zdroje na to aby som si to len tak niekde skusal).

[Honza Houštěk]

Sice nejsem Eagle, ale pokusim se odpovedet. Ten DoS spociva v tom, ze je mozne zpusobit zaplneni disku. Na plny disk neni mozne zapisovat, coz muze vyradit z provozu radu sluzeb, nebo alespon zpusobit, ze se ty sluzby budou chovat divne.

Typicke zpusoby, jak zaplnit disk

• Jsem uzivatel, ktery muze vytvaret soubory. Reseni -- quota a/nebo vymezeni partici, na ktere muze uzivatel zapisovat (krajni pripad je napr. AFS, kde je bezne delat stovky volumes, napr. pro kazdeho uzivatele jeho vlastni).
• Budu posilat hory velkych mailu na adresy, jejichz MX neodpovidaji nebo odpovidaji docasnou chybou. Takove maily je relay nucen skladovat ve fronte, ktera ma omezenou velikost. Reseni - omezit velikost mailu, omezit pocet poslanych mailu na IP a casovou jednotku a monitorovat mailovy provoz.
• Budu drazdit nejakou sluzbu, ktera zacne generovat tuny logu. Tim casem dojde k zaplneni partice s logy a kdyz uz nic jineho, znemoznim tim dalsi logovani, coz muze presne byt muj cil. Reseni - mit logovani nastavene tak, aby se logovaly opravdu jen zajimave veci, a logy monitorovat.

Typicke veci, kterym plny disk vadi:

• Neloguje se (nektere aplikace to muzou povazovat za dostatecny duvod proto, aby prestaly fungovat).
• Nechodi posta (lokalne, ani relay).
• Neni mozne vytvorit soubor, coz dost programu povazuje za duvod se vubec nespustit.
• U nekterych metod autentizace a autorizace muze dokonce dojit k nemoznosti loginu.

Castecne je toto jisteno rezervaci urciteho mista na fs (typicky 5%) pro roota, nektere popsane metody utoku ovsem generuji data primo pod rootem (napr. vetsina logu) a u nekterych veci to zase nepomuze (napr. fronta MTA byva casto spravovana nerootovskym procesem).

Dalsi vec je, ze uzivatele by nemeli byt schopni zapisovat na partition, na ktere jsou funkcni suid binarky. To se da nekolika zpusoby zneuzit (zly uzivatel si muze napr. udelat hardlinky na ty suid binarky, pokud se v nich pozdeji objevi dira a admin provede zaplatu, zustane uzivateli puvodni binarka stale se suid pravy).

Na viceuzivatelskych systemech je vhodne oddelit systemova a uzivatelska data (dedikovany /home), na serverech zase read-only data a menici se data (/var, /tmp).

[rastos]

Chapem. Dik za vysvetlenie. (Uvidime ci bude mozne doplnit clanok, ked uz bol raz vydany )

[Yenda]

Jen bych chtěl říct, že je opravdu důležité, aby oba (všechny) operační systémy používaly stejné adresování. Já jsem v blahé nevědomosti před rokem po zakoupení nového disku tohle nezajistil a za týden jsem ten disk přeinstalovával znova, jelikož se mi pravidelně stávalo, že po bootu do Win se mi poškodila struktura Ext2.
Stejně tak je dobré jednou si říct, co budu používat za adresování a pak už to neměnit.

[b0rmann]

> Získať prvých 512 bytov bootovateľnej partície s nejakým
> operačným systémom - napríklad takto:
> dd if=/dev/hda2 of=/tmp/bootsec.lnx

Takovym zpusobem misto "prvých 512 bytov bootovateľnej partície" ziskas image celeho disku. coz muze byt i nekolik giga. spravne by bylo uvest pocet a velikost bloku:

dd if=/dev/hda2 of=/tmp/bootsec.lnx count=1 bs=512

[David Jež]

• LBA nebylo zavedene jen kvuli nejakym omezenim v biosu nebo v OS, ktere se pokuselo resit i jinak, ale hlavne kvuli univerzalnosti a zjednoduseni prislusnych rutin. Je jednodussi a na konkretnim disku zcela nezavisle adresovat sektor poradovym cislem jak to rozumne systemy resily davno (viz. SCSI) nez nejakym uchylnym voodoo (nehlede na to, ze v realu zadna geometrie disku neexistuje viz. dale). Je to proste neco jako abstrakce...
• Geometrie disku je blbost, nic takoveho neexistuje a spekulace o tom ze je nejaka geometrie optimalnejsi nez jina se nezaklada na pravde. Od pomerne davnych dob nezabiraji sektory ve vsech stopach stejny uhel, jsou tedy ruzne dlouhe. Jak si pak chces hrat na nejakou geometrii kdyz je to stopu od stopu ruzne ? Ze se disk vubec nejakou geometrii hlasi je pouze kvuli spetne kompatibilite. Ale interne ji ten disk pouzivat nemuze, musi si ji prekopat do rozumnejsi podoby.
• Ruzne geometrie vetsinou byvaji zpusobene chybami v BIOSovych rutinach, typickym exotem je award zvlaste ve verzi 4, ktery je chyba na chybu.
• Dulezitym detailem je fakt, ze pro MBR je rezervovan ne jen 0. sektor ale cely 0. cilindr. Do MBR by se zadny loader typu LILO/GRUB nemel sanci vejit, je tedy umisten prave v dalsich sektorech (coz v pripade grubu je dobre pochopit a navic na grubu je dobre videt jak funguje tim, ze je rozdelen na stage).
• pokud BIOS disk vidi a je s nim schopen komunikovat tak samozrejme je schopen pristupovat za 1024 cylindr prave pres LBA. 1024 cylindr bylo omezeni lila (pripadne je to stale omezeni pokud je disk nastaven v setupu jako 8GB kvuli chybe biosu na starsich deskach s neohackovanym BIOSem) a diky distribuci redhat je dodnes tato povera rozsirena spolu s pohadkou o /boot oddilu. Grub napriklad pracuje s diskem pouze komunikaci pres BIOS (coz je ostatne spravne) a za 1024 cylindr vidi.
• Jeden docela dulezity fakt: pokud chceme mit boot loader v particii a ne v MBR musi s tim pocitat souborovy system a musi mit nejaky bootsektor, nesmi tedy zacinat rovnou superblockem. Proto NELZE zapsat lilo/grub do particie napr. s XFS.

-djz

[Robert Krátký]

Geometrie disku je blbost

Řekl bych, že v tomto případě ses nechal trochu unést. Každý disk samozřejmě má svoji geometrii. Jenže je v dnešních dobách trošku komplikovanější než obyčejné CHS čísla. Je třeba rozlišit mezi fyzickou a logickou geometrií. Logická je pochopitelně pouze prostředkem, který umožňuje BIOSu s diskem pracovat. Fyzická geometrie je skryta, protože pomocí CHS by šlo ZBR těžko vyjádřit.

[Jiří Svoboda]

Nikdy jsem neslysel o tom, ze by byla pro MBR rezervovana cela nulta stopa. A kdyz se v fdisku podivam na seznam partitons, prvni vzdy zacina v prvnim sektoru nulte stopy:

Nr AF  Hd Sec  Cyl  Hd Sec  Cyl     Start      Size ID
 1 00   1   1    0 254  63  511         63    8225217 0b
.
.
.

IMHO, bootloadery zabiraji vzdy jen 512 bytes (jeden sektor) a zbytek si pripadne dotahuji ze sektoru, ktere uz jsou soucasti filesystemu, ale rozhodne ne z nulte stopy.

[SB]

Hm. HD se cisluje od 0. Sektory od 1. Cylindry od 0. Vim, ze to mate, ale co se da delat - uz je to tak. Kdyz se s timto faktem podivas na svuj priklad, razem je videt ze nemas pravdu.

[Jiří Svoboda]

Vim jak se cisluje, ale to s tim prilis nesouvisi.
Ja tim chtel jen dokazat, ze neni pravda tvrzeni: "...pro MBR je rezervovan ne jen 0. sektor ale cely 0. cylindr." Kdyby to totiz byla pravda, tak by prvni partition musela zacinat na stope 1.
Vzhledem k bootloaderu z toho take vyplyva, ze prvni partition zacina na hlave 1 (tj. druhe), sektoru 1 (tj. prvnim) a stope 0 (tj. prvni), tzn. presne jeden sektor (512 bytes) od zacatku disku (ten uplne prvni sektor je pod hlavou 0). Do MBR se tudiz nemuze vejit vice kodu.

[watslaw]

A co podle Vás dělá Smart Boot Manager (SBM)?

Sektory se bohužel číslují tak, že nejrychleji se mění sektory, pak hlavy, a pak valce. Takze ve Vasem prikladu je rezervovana 1 stopa (Obvykle 63 sektoru).

Vetsina fdisku to tak dela kvuli kompatibilite s MS-DOSem, ale u nekterych je mozno toto chovani nejak zmenit a pro MBR skutecne nechat jen 512B.

[Jiří Svoboda]

Aha, no jo, napred sektory, pak hlavy. Tak pak je to jasne...
Diky za vysvetleni.

[David Jež]

Hm, to ze je rezervovana cela stopa je znamy fakt ktery je krome boot loaderu tez vyuzivan (a videt) v bootovacich virech
-djz

[Radko Gecik]

Na particiu s XFS mozeme zapisat lilo/grub pokial na tuto particiu pristupujeme cez loopback zariadenie, ktore vytvorime s parametrom (loosetup) -o 512. Bolo o tom pisane v clanku http://www.penguin.cz/novinky-view.php3?id=977 v suvislosti s cryptoloop.

[Honza Houštěk]

To sice ano, ale bez cryptoloop by to byl dost opruz pouzivat to pres loopback jen kvuli 512B pro zavadec, ktere klidne muzou byt jinde (napr. ve swapu, nebo na zacatku nejake male nepouzivane partition). Loopback ma dost velky overhead.

[Noxius]

ja viem, ze to sem moc nepatri, ale ako dam systemu vediet, ze disk ma vadne sektory a nech sa teda nepokusa na ne zapisovat ??? badblocks nasiel cca 6 badblockov, ale neviem ako mam povedat systemu (ext3) aby si to niekde zapisal ... ked pozrem do /var/log/messages tak mi tam obcas vypise, ze nemohol zapisat a podobne errory co s tym ?

[rastos]

e2fsck parmeter '-l' - berie subor generovany pomocou parametra '-o' pre badblocks.

[jiri.b]

Cus, mrknete na Gentoo Security Guide - zajimave ohledne rozdeleni partitions. Gentoo Sec Guide

Jakym prikazem vymazu MBR? Je to: lilo -u ??? A co kdyz nemam vubec lilo, ale grub?

:)) Asi bych to nekde nasel, ale treba to tu do budoucna nekomu pomuze :))

Jirka

[platYpus]

Nabootuj z DOSovske diskety a zadej

c:\> fdisk /mbr