Merevlemezek (hard disks)

Ez a fejezet a merevlemezekkel kapcsolatos szakkifejezések használatába vezet be. természetesen ha már ismered a szakkifejezéseket és a fogalmakat, átugorhatod ezt az alfejezetet.

Nézzük meg a 4.1. ábrát. Ezen egy merevlemez fontos részeinek vázlatos rajzát láthatjuk. A merevlemez egy vagy több kör alakú korongból (platter) áll.^4.1 Ezen korongok egyik, vagy mindkettő felülete (surface) egy mágneses tulajdonságokkal rendelkező anyaggal van bevonva, mely az adatokat rögzíti. Mindegyik felszínhez tartozik egy író-olvasó fej (read-write head), amely megvizsgálja vagy módosítja a rögzített adatokat. A korongok közös tengelyen forognak; tipikusan 3600 fordulat/perc sebességgel, de a nagysebességű merevlemezek ennél gyorsabban. A fejek a korongok sugarának irányában mozognak; és ez, valamint a forgás kombinációja megengedi, hogy a fejek a felszín tetszőleges pontját elérjék.

A processzor (CPU) és a lemez a lemez kontrolleren (disk controller) kereszül kommunikálnak egymással. Ez mentesíti a számítógép többi részét attől, hogy tudniuk kelljen, hogyan kell a merevlemezzel kommunikálni, hisz a kontrollerek segítségével az eltérő lemezek egy egységes felületen keresztül érhetők el a számítógép többi része irányából. Ezért a számítógépnek csak azt kell mondania, hogy ''Hé, lemez! Adsza amit akarok!'', ahelyett, hogy egy hosszú és összetett elektromos jelsorozatot adna le, ami a fejet a megfelelő pozícióba viszi, és megvárná, hogy a lemez a megfelelő pozícióba fordul, stb. (Valójában a kontroller interfésze még így is elég összetett, de sokkal kevésbé, mint a közvetlen vezérlés lenne.) A kontrollernek lehetnek még további feladatai is, pl. cache-selés, automatikus hibás szektor mozgatás.

A fenti hardverismeretek általban elégségesek a legtöbb ember számára. Egy csomó más dolog is van még, mint pl. a motor, amely a korongokat forgatja és mozgatja a fejeket, az elektronika, amely a mechanikus részeket vezérli, de ezek általában nem tartoznak a legfontosabb dolgok közé a merevlemez működésének alapszíntű megértését illetően.

A felületek általában koncentrikus gyűrűkre, az úgynevezett sávokra (track) vannak osztva, ezek pedig szektorokra (sector) oszlanak. A felosztás a merevlemezen való helymegadás és a lemezterület fájloknak történő lefoglalásában játszik szerepet. A merevlemez egy helyének meghatározásához mondhatjuk pl. hogy ''3. felület, 5. sáv, 7. szektor''. Általában a szektorok száma minden sávon azonos, de néhány merevlemez több szektort helyez a külső sávokra, mert ott azonos méretű szektorból több fér el. Általában egy szektor 512 bájtnyi adatot tartalmaz. A lemez nem képes ennél kevesebb adatot kezelni.

**4.1. ábra:** Egy merevlemez vázlatos ábrája.
$\includegraphics[width=8cm]{disks/hd-schematic.ps}$

Mindegyik felület azonos módon oszlik sávokra és szektorokra. Ez azt jelenti, hogy amikor az egyik felülethez tartozó fej egy sávon van, a többi felület fejei is az annak megfelelő sávon találhatók. Ezért az így összetartozó sávokat együttesen cilindernek (cylinder) nevezzük. Időbe telik, amíg a fejek egyik cilindertől a másikig elérnek, ezért célszerű az összetartozó adatokat (mondjuk egy fájl blokkjait) lehetőleg egy cilinderen elhelyezni, hogy ne kelljen ezen adotok olvasása közben a fejet mozgatni. Ez javítja a teljesítményt. Azonban nyilván nem mindig lehet így elhelyezni a fájlokat. Azokat a fájlokat, melyeknek különböző részei több cilinderen helyezkednek el, töredezettnek (fragmented) nevezzük.

A felületek (illetve fejek), a cilinderek és a szektorok száma nagyon változatos; ezen számok megadása jelenti a lemez geometriájának definiálását. A geometria általában egy speciális, elemről táplált memóriaelemben van tárolva, amit CMOS RAM-nak nevezünk. Innét veszi az operációs rendszer a meghajtóprogram inicializálásához szükséges információkat a boot-oláskor.

Szerencsétlen módon a BIOS-nak^4.2 tervezési korlátai vannak, ami lehetetlenné teszi 1024-nél nagyobb számú sáv megadását a CMOS RAM-ban, ez az érték pedig általában kicsi a nagy merevlemezekhez. Ezt kikerülendő, a merevlemezvezérlő hazudik a geometriával kapcsolatban és címlefordítást végez olyan alakra, amit a számítógép el tud fogadni. Például egy merevlemeznek lehet 8 feje, 2048 sávja és 35 szektora sávonként^4.3. A kontroller azt hazudhatja a számítógépnek, hogy 16 feje, 1024 sávja és 35 szektora van sávonként. Így nem haladja meg az 1024-es sávhatárt, de le kell fordítania a számítógép által megadott adatokat: felezi a fejszámot és duplázza a sávszámot. A számítások ennél bonyolultabbak is lehetnek a gyakorlatban, mert, a számok nem mindig jönnek ki olyan kerek értékre, mint a példában, de ezek a részletek nem fontosak az alapelvek szempontjából.

Ez a fordítás eltorzítja az operációs rendszer látását a lemez szervezésével kapcsolatban, így használhatatlanná teszi a ''minden adat egy cilinderen'' sebességjavító trükköt.

A fordítás csak az IDE lemezek problémája. Az SCSI lemezek soros szektorszámozást használnak, azaz a konroller egyetlen sorszámot fordít ''fej, cilinder, szektor'' hármasra, és a CPU is teljesen máshogyan kommunikál a kontrollerrel, így nem lép fel ez a probléma. Azt azért megjegyezzük, hogy a számítógépnek egyátalán nem is kell tudnia az SCSI lemezek valódi geometriájáról.

Mivel a Linux gyakran semmit sem ismer a lemez valódi geometriájából, a fájlrendszerei nem is próbálják a fájlokat egy cilinderen belül tartani. Ehelyett egymást követő sorszámú szektorokat próbálnak adni a fájlok részeinek, ami majdnem mindig hasonló teljesítményt ad. Ezt a kérdést tovább bonyolítja a kontoller beépített cache memóriája és az automatikus előreolvasás esetleges megléte.

Mindegyik merevlemezt különálló eszközfájl jeleníti meg. Általában 2 vagy 4 IDE merevlemez lehet egy rendszerben. Ezek rendre a /dev/hda , /dev/hdb , /dev/hdc , és /dev/hdd , eszközfájlokon keresztül érhetők el. Az SCSI merevlemezek eszközfájljai: /dev/sda , /dev/sdb , stb. Hasonló elnevezési szokások léteznek a többi merevlemez típusra is. A részletek [Anv]-ben vanak leírva. Megjegyzendő, hogy a merevlemezek eszközfájljai az egész lemezhez engedélyezik a hozzáférést, nem törődve a partíciókkal (lásd lentebb), ezért könnyű a patíciókat és az adatokat összezavarni, ha nem vagy óvatos. A lemezek eszközfájljait általában csak a ''master boot record'' elérésére használják (lásd lentebb).

Linux rendszeradminisztrátorok kézikönyve (első javított változat; SAG-HU 0.6b1)