Главная > Оборудование > Компьютер > Жёсткий диск HDD Теория ATA/IDE жестких дисковВ последнее время среди некоторых моих друзей и знакомых стала очень популярной тема установки, точнее НЕ установки FreeBSD на жесткие диски больших размеров - от 120 Gb и более. Проблема возникает на стадии разбиения диска на слайсы, а именно при попытке создать swap. BSD его пытается создать в первую очередь. Но происходит ошибка записи. Ругань на суперблок, геометрию диска и: прочая ерунда, в которую нужно вникать. Сбросы BIOS в дефолт, низкоуровневое форматирование, попытка отформатировать жесткий диск из-под уже работающей системы и прочие способы "наугад" проблемы не решают. Ну: правда, за редкими исключениями. Я сам сталкнулся с подобным при переносе сервера на диск WD 120Gb и мне правдами и неправдами все же удалось ее обойти. Вот только: как мне это удалось, я, хоть убей, не помню. На это было потрачено два(!) дня. Квадратная голова, валерьянка, чувство потерянного времени: Последнее, что я сделал помню, это поменял шлейф для винта, поставил в BIOS'е PIO MODE = 0: Но не уверен, что все дело было в PIO. По моему, проблема несколько дальше. Нормально погуглить не было пока времени. Но возможно, кому-то просто стоит обновить прошивку BIOS. Пострадавшие - владельцы HDD(список будет обновляться)
Google нашел мне интересную статью по теории ATA/IDE. В общем, статейку в мемориз и курим дальше. * * *
ATA (IDE) - технология с историей и со странностями. Путь ее развития весьма извилистый. Этим объясняется множество проблем и заморочек, с которыми приходится на ней сталкиваться. Некоторые из них перешли и на применение SCSI дисков - например, проблемы с partition tables. Диск - это непрерывный массив физических блоков. Непрерывность этого массива принципиальна - нарушения сейчас допускаются только для "плохих" (нечитаемых и иным образом испорченных) физических блоков, и то эта особенность постепенно уходит в прошлое - плохие блоки там, где должны быть критически важные структуры, и раньше не допускались, а сейчас (по крайней мере для ATA дисков) сообщение о плохом блоке означает исчерпание внутреннего резерва запасных блоков и поэтому невозможность дальнейшей работы с этим диском. В то же время, адресовать блоки в этом непрерывном массиве можно двумя путями. Первый путь - адресация по прямому номеру блока; блоки нумеруются от нуля до максимально возможного номера, без разрывов в этой последовательности. Этот путь был изначальным для SCSI, но не для IDE. Второй - изначальный для IDE/ATA, но не для SCSI - использование трех чисел, которые называются номером цилиндра, головки (дорожки) и сектора. Весь наш рассказ посвящен проблемам, которые исходят от этого пути. Понятие номера головки и номера дорожки обычно смешиваются. В дальнейшем я буду стараться останавливаться на номере головки, как на более точном, потому что номер дорожки имеет интерпретацию также не в пределах цилиндра, а по всему диску Адресация CHS - то есть, цилиндр/головка/сектор (cylinder/head/sector) - отражает технологию, принятую в ранних дисках. Опишем ее подробнее. Диск - множество пластин (одна или больше), на которых могут использоваться одна или две стороны. Номер поверхности - номер головки (еще один синоним к имеющимся двум, но использовать его мы не будем). Поверхность разбита на кольцевые дорожки. Группа дорожек на равном расстоянии от центра - цилиндр. На всех дорожках одинаковое количество одинаковых блоков. Угловая скорость чтения/записи блока - одинакова для всех цилиндров; линейная - растет по мере удаления от центра. Нехитрая премудрость этой адресации здесь заканчивается. Интерфейс ATA вплоть до ATA-6 (2002 г.) требовал поддержку этого режима, которая используется при начальной загрузке системы и других операциях; номер цилиндра, головки и сектора пишутся прямо в порты адресов ATA контроллера (и передаются напрямую диску), при этом диапазоны допустимых значений таковы: C - 0..65535, H - 0..15, S - 1..255. (По принятому стилю, нумерация секторов начинается с 1, а не с 0.) С ростом технологий, подобная схема стала слишком примитивной. Росли плотности как по количеству дорожек на поверхность, так и по количеству секторов. С какого-то момента контроллер диска стал производить ретрансляцию переданной ему геометрии в реальную дисковую, которая потеряла описанную примитивность - количество секторов на дорожку могло меняться, плотность записи могла меняться, и так далее. Используемая непосредственно на шине и рапортуемая для этих целей диском геометрия стала фиктивной, от которой требовалось соответствие желаниям и ограничениям интерфейса и софта, но не реальной обстановки на диске. Размер блока устоялся равным 512 байт. Менять уже не стали - изменение этого размера могло вызвать проблемы в софте значительно большие, чем все геометрии вместе взятые. Как сказано выше, ограничение шины - 65536*16*255. В то же время, BIOS (интерфейсами d-1302, d-1303 - см. Ralf Brown's Interrupt List) ввела другие ограничения: 10 бит на цилиндр, 8 на головку и 6 на сектор, что дало предельную геометрию 1024*256*63. Эти же ограничения были повторены в структуре записи раздела в MSDOS partition table. Одновременно с C/H/S адресом блока, в таблицу писались абсолютные (линейные) адреса (номер начального блока и длина раздела), но для доступа средствами MS-DOS они не использовались - геометрия одна, и проще было применять CHS номера, чем пересчитывать абсолютные номера блоков. Драйверам файловых систем все равно приходилось делать такой пересчет, потому что в файловых системах нумерация была абсолютной; но загрузчики были лишены общения с абсолютными номерами блоков. Шинную геометрию можно узнать (если диск поддерживает ATA-5 или более ранний стандарт) у диска командой Identify Device (код 0xEC). Эта команда появилась не сразу; до этого можно было только задавать геометрию руками в настройках BIOS. С ее появлением в BIOS появилась возможность сделать автодетект диска - диску отдавалась команда Identify Device и геометрия бралась из ответа диска. Значительно позднее стали применять автоидентификацию при каждой загрузке, вместо ручного прогона при изменении конфигурации. Идиллия с геометрическим доступом кончилась по достижению барьера в 1024*16*63 блока, то есть 504 мегабайта (или 528, по принятому у производителей дисков подсчету). Ограничение шины - 65536*16*255 - почти 2^28 блоков. (С учетом описанного ниже предела в 63 сектора - почти 2^26 блоков.) Ограничение BIOS и MSDOS - 1024*256*63 - почти 2^24 блока. Зато общее подмножество - только около 2^19 блоков, общая геометрия - 1024*16*63, что дает 504 "длинных" мегабайта, или 528 "коротких". Вместо переделки шин и таблиц, было принято решение по использованию ретрансляции на произвольном участке между MSDOS (и Windows, к тому времени) и шиной ATA - это решение откладывало переделку таблиц как минимум до достижения объема в 32 раза больше, чем 504M. Два пути, которыми это решалось - поддержка BIOS режимов, названных LARGE и LBA, и специальные драйвера, загружавшиеся на этапе чтения config.sys, сделанные из OnTrack Disk Manager производителями своих дисков (или OnTrack Disk Manager непосредственно). Пример решения с трансляциями в BIOS для Quantum Fireball 1.2G. Геометрия диска, видимая на шине - 2484*16*63, что дает 1.28 "коротких" G. BIOS, видя количество цилиндров больше чем 1024, включал режимы ретрансляции: если установлен режим LARGE, то геометрия показывалась 1242*32*63; если LBA - то 621*64*63. Только вариант, выбранный для LBA, был пригоден для использования всего диска в MS-DOS и других системах, использующих BIOS в качестве драйвера. При установке такого режима, BIOS производил трансляцию геометрии, полученной в вызовах группы INT 13h, в ту, которая сообщалась диском, или же в абсолютный номер блока, если такое поддерживалось диском (см. ниже). Начиная с дисков размером 4G, установилась практика транслировать при выборе LBA ретрансляции в фиктивную геометрию с 255 головками и 63 секторами. Режим в 256 головок решили не применять из-за ограничений используемого софта. Эта ретрансляция используется и поныне, хотя в 1024 цилиндра новые диски уже не вмещаются даже при ней. Точный механизм вычисления так называемой LBA-геометрии, если точнее - LBA-assist геометрии, следующий. Полное количество блоков диска, полученное из ответа команды Identify Device, делилось на 1024*63. (Поправка: на mossywell написано, что деление на 1024 было с округлением вверх, то есть не x/1024, а 1+(x-1)/1024.) Если частное было 255 или больше, количество головок в геометрии устанавливалось 255. Если меньше, происходило округление вверх до ближайшего числа из следующего набора: 16, 32, 64, 128, 255. Разделив количество блоков диска на 63 и на подобранное количество головок и округлив ответ вниз до целого, получали количество цилиндров в итоговой LBA-assist геометрии. Если оно было более 1024, часть диска уже не могла адресоваться через старые (геометрические) вызовы BIOS и требовала линейной адресации. Отметим, что от декларирования шинной геометрии с количеством секторов больше 63 отказались (вплоть до перехода 32G границы - см. ниже) из-за желания получить все ту же совместимость с BIOS и MSDOS даже при выборе режима трансляции NORMAL (то есть без трансляции вообще). Решение вполне обоснованное - до того, как загрузчик сможет загрузить драйвер, умеющий это обходить, потребуется загрузить очень много другого и наверняка с секторов с номерами больше чем 63. Одновременно с введением ретрансляции средствами BIOS или специальных драйверов было начато предоставлять возможность отказаться от CHS адресации вообще для тех, кто на это способен. В частности, для многих unix систем, не использующих MSDOS partitioning вообще, это было избавлением от бессмысленного промежуточного уровня. Аналогично начала работать и Windows NT (а позднее - Windows 98 и ME, но только в protected режиме). Это состояло из двух интерфейсов:
Здесь LBA адресация (не путать с LBA трансляцией!) означает Linear Block Access - доступ к блокам диска по их линейному (абсолютному) номеру, а не по фиктивной комбинации C/H/S. В современных BIOS'ах, она может использоваться и для LBA трансляции. В ATA-6 появилась поддержка 48-битной LBA адресации, кроме прежней 28-битной. Она используется для дисков объемом более 128G. (Для сравнения, BIOS вызовы группы d-134X изначально поддерживают 64 бита номера блока.) Барьер 1024 цилиндров - барьер ограничений BIOS и MSDOS - не преодолевается старыми средствами BIOS; для его преодоления нужны как минимум функции группы d-134X (по номенклатуре Ральфа Брауна). Для BIOS'ов, не умеющих ретрансляцию геометрии, он наступил на границе 504(528)MB; диски объемом больше чем этот граничный нельзя использовать в полном объеме для MSDOS и наследников, если BIOS не поддерживает ретрансляцию геометрии или поддерживает ее иначе, чем тот, на котором диск был форматирован на логическом уровне (записана partition table). Если BIOS поддерживает стандартную LBA ретрансляцию, то этот барьер наступает при достижении диском размера 8G. Барьер 8G - барьер 1024 цилиндров при выборе LBA ретрансляции в BIOS'е. Предельный адресуемый размер диска средствами старых вызовов BIOS и при стандартной интерпретации MSDOS partition table - 1024*255*63 блока, или 8.422 "коротких" GB. Преодоление барьера в 1024 цилиндра потребовало ряда специальных мер. Так как BIOS не дает использовать CHS адресацию для цилиндров более 1024, ОС вынуждены использовать LBA адресацию - через вызовы d-134X или через свой драйвер - или же производить ретрансляцию в шинную геометрию своими силами, но тоже через свой драйвер, потому что BIOS этого не позволяет. Загрузочные разделы, при использовании старого загрузчика в MBR, не могут выходить за границы первых 1024 цилиндров. В MSDOS partition table потребовались специальные меры для обозначения разделов за пределами первых 1024 цилиндров, потому что стандартные обозначения непригодны. Для этого были взяты поля записей, которые ранее всегда писались, но не использовались MSDOS и потомками: абсолютный адрес начала раздела и абсолютная длина размера; оба - в блоках диска и 32 бита (то есть перестанут удовлетворять по достижению объема диска в 2TB). В старые поля (C,H,S) стали писаться фиктивные параметры: или правильный C/H/S адрес начала (конца), но с цилиндром обрезанным выше младших 10 битов, или специальное значение 1023/head_max/sector_max (чаще всего 1023/254/63). Чтобы избежать конфликта со старыми правилами понимания partition table, были введены новые типы разделов:
- для которых интерпретируются только абсолютные адрес начала и длина. Для систем, иных, чем DOS/Win9x/WinME, проблема опознания границ раздела была изначально решена в пользу абсолютных номеров (это относится к WinNT, Linux, FreeBSD и так далее), поэтому для их разделов новый тип не требовался. Барьер 32G (для некоторых дисков он был при немного меньшем объеме) - барьер в 65536 цилиндров для шинной геометрии. Как сказано выше, для шинной геометрии пределом считалось - 16 головок и 63 сектора (а не 256 и не 255, потому что вмешивается совместимость с BIOS и загрузчиками). Для дисков больше чем 32G потребовалось рапортовать более чем 65536 цилиндров, например, для IBM IC35L040AVER07 (40G) это 79780*16*63, при том, что LBA геометрия в этом случае - 5005*255*63. Превышение границы в 65536 цилиндров дало два эффекта:
Немного о других границах и проблемах от их пересечения.
Источник: http://segfault.kiev.ua/~netch/articles/ata-geom.html Главная > Оборудование > Компьютер > Жёсткий диск HDD |
