Large Disk mini-HOWTO 大硬盤

2024-07-26 00:31:23

字體：大中小

來源：轉載

供稿：網友

作者:　Andries　Brouwer,　[email protected]
譯者:　Asd　L.　Chen,　[email protected]
v1.0,　26　June　1996　翻譯日期:　10-13　November　1997　

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所有有關　disk　geometry　及　1024　cylinder　的限制．　
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1.　問題所在
假如你的磁碟超過　1024　個磁簇(cylinders)．　還有,　假如你的作業系統使用基本輸出入系統(BIOS)．那麼你會遇到一個問題,　因為一般磁碟輸出入／輸入所使用的　INT13　BIOS　介面以一個　10　位元(bit)　的欄位來操作磁簇,　所以無法存取第　1024　及之後的磁簇．　

幸運的是,　linux　不使用　BIOS,　所以沒有問題．　

話是這麼說,　但有兩件事例外:　

(1)　當你在啟動系統時,　Linux　還沒開始執行所以無法讓你避免這個問題．這對　LILO　以及類似的啟動載入程式(boot　loaders)有些影響．　

(2)　使用磁碟的所有作業系統必須同意分割區的位置．換句話說,　如果你在一顆磁碟上使用　Linux　以及,　例如　DOS,　那麼兩者必須以相同的方式解讀分割表的資料．這對　Linux　核心以及　fdisk　有些影響.　

底下是對所有相關細節更詳細的描述．注意,　我使用　2.0.8　版核心原始程式做為參考．其它的版本可能有一點點出入．　

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2.　啟動
當系統啟動時,　BIOS　從第一個磁碟(或從軟碟)讀取磁區　0　(一般通稱的　MBR　-　Master　Boot　Record,　主啟動磁區)并跳至在該處的程式碼　-　通常是一些啟動載入程式(bootstrap　loader)．這些小小的啟動程式一般不會有自己的磁碟驅動程式而會使用　BIOS　所提供的服務．這意謂著只有整個　Linux　核心都位於開頭的　1024　個磁簇內時才能夠被啟動．　

這個問題很容易解決:　確定核心(也許還包括其它啟動時用到的檔案,　像是　LILO　map　檔)　是放在一個　BIOS　可以存取的到,　全都在開頭的　1024　個磁簇內的分割區里　-　這可以(可能)是第一個或第二個磁碟．　

另一點是啟動載入程式與　BIOS　必須同意彼此對磁碟邏輯(geometry)上的看法．給　LILO　`linear'　這個選項參數可能會有些幫助．細節後述．　

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3.　磁碟　geometry　以及分割區
如果你的磁碟上有好幾種作業系統,　每一種使用一個或多個分割區．那麼對於分割區位於何處不同的看法可能導致災難性的後果．　

MBR　中包含一個分割表描述分割區(主分割區:　PRimary)　在那里．有四個表格給四個主要分割區使用,　它們看起來像　

struct　partition　{
　　　　　　　　char　active;　　　　/*　0x80:　bootable,　0:　not　bootable　*/
　　　　　　　　char　begin[3];　　/*　CHS　for　first　sector　*/
　　　　　　　　char　type;
　　　　　　　　char　end[3];　　　　/*　CHS　for　last　sector　*/
　　　　　　　　int　start;　　　　　　/*　32　bit　sector　number　(counting　from　0)　*/
　　　　　　　　int　length;　　　　　/*　32　bit　number　of　sectors　*/
};

(其中　CHS　是磁簇／磁頭／磁區:　Cylinder/Head/Sector　的縮寫)　
因此,　有項資訊是重覆的:　分割區的位置可以由　24　位元的　begin　以及　end　欄位,　和　32　位元的　start　以及　length　欄位給定．　

Linux　只使用　start　以及　length　欄位,　故最多可以處理包含　2^32　個磁區的分割區,　也就是,　最大　2　TB　的分割區．這是現今磁碟機的兩百倍,　所以也許足夠往後十年的需求．　

不幸的是,　BIOS　INT13　呼叫使用三個位元組的　CHS　編碼,　10　個位元作為磁簇號碼,　8　個位元作為磁頭號碼,　及　6　個位元作為磁軌上的磁區號碼．可能的磁簇號碼是　0-1023,　可能的磁頭號碼是　0-255,　而磁軌上可能的磁區號碼為　1-63(是的,　磁軌上的磁區是由　1　起算,　不是　0)．以這　24　位元最多可以定址　8455716864　個位元組(7.875　GB),　這是　1983　年磁碟機的兩百倍．　

更不幸的是,　標準的　IDE　介面容許　256　個磁區／磁軌,　65536　個磁簇以及　16　個磁頭．它自己本身可以存取　2^37　=　137438953472　個位元組(128　GB),　但是加上　BIOS　方面　63　個磁區與　1024　個磁簇的限制後只剩　528482304　個位元組(504　MB)可以定址的到．　

這不足以應付現今的磁碟,　人們使用各種硬體或軟體上的方法來克服．　

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4.　轉換與磁碟管理程式
沒有人對磁碟的'真實'　geometry　有興趣．磁軌的磁區數通常是變動的　-　接近磁碟外圍的磁軌有比較多的磁區　-　所以沒有'真實'的每磁軌磁區數．對於使用者而言最好是把磁碟當作編號　0,1,...,　的磁區組合成的線性陣列,　讓控制器去找出磁區究竟位於磁碟的那里．　

此線性編號一般通稱為　LBA．對於　geometry　為　(C,H,S)　的磁碟而言屬(c,h,s)　的線性位址為　c*H*S+h*S+(s-1)．所有　SCSI　控制器都使用　LBA,　某些　IDE　控制器也是．　

如果　BIOS　把這　24　個位元(c,h,s)　轉換成　LBA　并□給懂得　LBA　的控制器,　那麼又可以定址到　7.875　GB?。⒉蛔阋詰端械拇诺?　但仍然是個改進．注意此處　BIOS　使用的　CHS,　它不再與'實體'有任何關系．　

當控制器不懂何為　LBA　但是　BIOS　知道如何轉換時有些類似的方法可行．(在　BIOS　設定中通常稱為　'Large'．)現在　BIOS　將呈現　geometry　為(C',H',S')給作業系統,　而在與磁碟控制器溝通時則使用(C,H,S)．通常　S=S',　C'=C/N　而　H'=H*N,　其中　N　是確保　C'<=1024　之　2　的最小次方(所以　C'=C/N　時舍去的數浪費少許容量)．再一次,　這允許存取最多達　7.875　GB．　

如果　BIOS　不知道　'Large'　或是　'LBA',　那麼還是有軟體的解決方案．像是　OnTracker　或　EZ-Drive　這些個磁碟管理程式會以它們自己的函式(routines)替換掉　BIOS　的．通常這是藉由將磁碟管理程式放在　MBR　及其後幾個磁區(OnTrack　稱這些程式碼為　DDO:　Dynamic　Drive　Overlay　)來達成的,　所以它會在任何其它作業系統之前被啟動．這也就是為什麼在安裝磁碟管理程式後從軟碟啟動可能會出問題．　

這影響可能多於或少於　BIOS　轉換　-　但特別是在相同的磁碟上跑數種不同的作業系統時,　磁碟管理程式可能引起許多問題．　

Linux　從　1.3.14　版開始支援　OnTrack　磁碟管理程式,　從　1.3.29　開始支援　EZ-Drive?。旅嬗行└M一步的資訊．　

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5.　核心的　IDE　磁碟轉換
如果　Linux　偵測到　IDE　磁碟上有某些磁碟管理程式存在,　它將會試著使用與該磁碟管理程式相同的方式來重新對應磁碟,　所以　Linux　看到與,　例如　DOS　配合　OnTrack　或是　EZ-Drive　相同的磁碟分割．然而,　當你在指令列上指定　geometry　時,　就不會做任何的重新對應　-　所以一行　`hd=cyls,heads,secs'　指令列選項可能取消掉與磁碟管理程式的相容．　

此重新對應的方式是嘗試　4,8,16,32,64,128,255　磁頭數(H*C　保持不變)直到　C　<=　1024　或是　H　=　255．　

細節如下　-　小節的抬頭是出現在相對應之啟動訊息里的字串．在此以及在這份文件任何其它地方中分割的型態都以十六進位數字表示．　

5.1　EZD　
偵測到　EZ-Drive　,　因為第一個主要分割區型態為　55?。缟鲜鲋匦聦eometry,　且忽略從第　0　磁區讀入的分割表　-　以第　1　磁區的分割表取代．磁碟的區塊號碼(block　numbers)　沒有改變,　但對磁區　0　的寫入會轉向磁區　1．此動作可以藉由修改在　ide.c　中的　

#define　FAKE_FDISK_FOR_EZDRIVE　0　
并重新編譯核心來改變．　

5.2　DM6:DDO　
偵測到　OnTrack　DiskManager(在第一個磁碟上),　因為第一個主要分割區型態為　54?。缟鲜鲋匦聦eometry　而且整個磁碟平移　63　個磁區．　(所以舊的磁區　63　變成磁區　0)然後從新的第　0　磁區讀入新的　MBR　(與分割表)．此平移當然是為　DDO　留空間　-　這也就是為什麼其它磁碟不必平移．　

5.3　DM6:AUX　
偵測到　OnTrack　DiskManager(在其它磁碟上),　因為第一個主要分割區型態為　51　或　53．如上述重新對應　geometry　．　

5.4　DM6:MBR　
偵測到某舊版的　OnTrack　DiskManager,　并非藉由分割區型態,　而是簽名(signature)．(測試在　MBR　里第　2,3　位元組的偏移值是否不大於　430,　而且在此偏移位址找到的　short　等於　0x55AA,　後面并跟著一個奇數的位元組)　再一次如上述重新對應　geometry　．　

5.5　PTBL　
最後,　核心會嘗試從主分割區的　start　以及　end　值推斷轉換方式:　若某些分割區的　start　以及　end　磁簇小於　256,　而且　start　以及　end　磁區號碼分別為　1　和　63　,　而且　end　磁頭為　31,　63,　或　127,　那麼,　因為依慣例分割區會在磁簇邊界結束,　而且更因為　IDE　介面最多使用　16　個磁頭,　故推測有開啟　BIOS　轉換,　分別使用　32,　64　或　128　磁頭數重新對應　geometry．　(也許這里有點瑕疵,　genhd.c　不應該測試磁簇號碼前兩個位元嗎?)無論如何,　當目前的　geometry　已經為每磁軌　63　個磁區且至少這麼多磁頭時,　不會做重新對應　(因為這可能意謂著重對應已完成)．　

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6.　結論
這到底意謂著什麼?　對　Linux　的使用者而言只有一件事:　就是他們必須得確保　LILO　以及　fdisk　使用正確的　geometry　,　其中'正確'的定義對　fdisk　而言是與其它在同一個磁碟上的作業系統所使用的　geometry　相同,　而對　LILO　而言是能夠在啟動時期成功地與　BIOS　交談的　geometry．(這兩者通常相符．)　

fdisk　如何得知該　geometry　?　它詢問核心,　使用　HDIO_GETGEO　ioctl．但使用者可以交談式地或在指令列上重定　geometry．　

LILO　如何得知該　geometry　?　它詢問核心,　使用　HDIO_GETGEO　ioctl．但使用者可以用　`disk='　選項重定．也可以給　LILO　一個　linear　選項,　如此它將在其　map　檔中儲存　LBA　位址以取代　CHS　位址,　并且在啟動時期找出該　geometry　來使用(藉由　INT　13　功能呼叫　8　來詢問磁碟的　geometry)．　

核心如何知道該怎麼回答?　首先,　使用者可能以　`hd=cyls,heads,secs'　指令列選項明確地指定　geometry,　否則核心將詢問硬體．　

6.1　IDE　細節　
讓我詳細說明．IDE　驅動程式有四個關於　geometry　的資訊來源．第一個(G_user)是使用者在指令列上所指定的．第二個(G_bios)是　BIOS　的固定磁碟參數表(只用於第一及第二個磁碟),　在系統啟動時,　切換至　32　位元模式之前讀入．第三個(G_phys)及第四個(G_log)　是由　IDE　控制器傳回,　作為對　IDENTIFY　指令的回應　-　它們是　'實體的'　以及　'目前邏輯上的'　geometries．　

另一方面,　對於　geometry　驅動程式需要兩個值:　其中之一是　G_fdisk,　由　HDIO_GETGEO　ioctl　傳回,　另一個是　G_used　,　這是執行輸出／入時實際使用的．如果給定　G_user　則　G-fdisk　以及　G_used　兩者都會設為　G_user,　當此資訊是根據　CMOS　所提供時則設為　G_bios　,　其它情形設為　G_phys．如果　G_log　看起來合理則　G_used　就設為　G_log．不然,　如果　G_used　不合理而　G_phys　看起來合理那麼　G_used　就設為　G_phys．此處的'合理'代表磁頭數在　1-16　的□圍內．　

換個方式說:　指令列選項大於　BIOS　,　并且決定　fdisk　看到的樣子,　但如果它指定轉換的　geometry(磁頭數大於　16),　則核心會藉由　IDENTIFY　指令的輸出重定它．　

6.2　SCSI　細節　
在　SCSI　方面情況有一點點不同,　因為　SCSI　指令已經使用邏輯區塊號碼,　所以　'geometry'　對實際的輸出／入完全沒關系．然而,　分割區的格式仍然是相同的,　所以　fdisk　必須得捏造些　geometry　,　并且也在此使用　HDIO_GETGEO　-　真的,　fdisk　不會分辨　IDE　以及　SCSI　磁碟．你可以從下面的詳細描述見到各種驅動程式捏造一些個不同的　geometry?。媸?　一團混亂．　

如果你沒有使用　DOS　或這類系統,　那麼避免使用所有額外的轉換設定,　可能的話,　盡管使用　64　磁頭,　每磁軌　32　磁區　(良好的,　方便每磁簇　1　MB),　如此當你把磁碟從一個控制器換到另一個去時不會遇到任何問題．某些　SCSI　磁碟驅動程式　(aha152x,pas16,ppa,qlogicfas,qlogicisp)非常在意與　DOS　的相容性而不允許只有　Linux　的系統使用超過　8　GB　的容量,　這是只臭□．　

真實的　geometry　是什麼?　最簡單的答案是沒有這種東西．如果真有的話,　你不會想知道,　而且的的確確從不,　永不需告訴　fdisk　或是　LILO　或核心有關它的事．這絕對是　SCSI　控制器與磁碟之間的事．讓我重覆這句話:　只有蠢蛋會告訴　fdisk/LILO/Kernel　SCSI　磁碟真實的　geometry?。?

但如果你好學且堅持,　可以問磁碟機自己．有個重要指令　READ　CAPACITY　將會傳回磁碟的總容量,　而且有個　MODE　SENSE　指令　Rigid　Disk　Drive　Page(page　04)　會傳回磁簇以及磁頭的數目(這是不能改變的資訊),　而在　Format　Page(page　03)有每磁區的位元組,　以及每磁軌的磁區數．這數字一般與　notch　有關,　而且每磁軌的磁區數是變動的　-　外圍的磁軌擁有比內圈磁軌多的磁區．Linux　程式　scsiinfo　會給予這項資訊．其中有許多繁瑣的細節,　而且很明白的,　沒有人(也許甚至是作業系統)需要使用這項資訊．還有,　因為我們只關心　fdisk　以及　LILO　,　一般得到的回答像　C/H/S=4476/27/171　-　這樣的值　fdisk　根本不能使用,　因為分割表只保留　10resp.　8resp.　6　bits　給　C/H/S．　

那核心之　HDIO_GETGEO　從何處取得其資訊?　嗯,　不是從　SCSI　控制器,　就是推論猜測．有些驅動程式似乎認為我們想知道　'真相'　,　但我們當然只想知道　DOS　或　OS/2　FDISK　(或　Adaptec　AFDISK　等等)所用的．　

注意,　Linux　fdisk　需要磁頭數　H　以及每磁軌磁區數　S　以便轉換　LBA　磁區號碼成為　c/h/s　位址,　但磁簇數　C　在此轉換中并未扮演什麼角色．有些驅動程式使用　(C,H,S)　=　(1023,255,63)　來表示磁碟容量至少為　1023*255*63　個磁區．這是不幸的,　因為這不能顯示實際的大小,　而且將限制大部份版本之　fdisk　的使用者其磁碟最大到　8　GB　-　現今實際的限制．　

在下面的描述中,　M　表示磁碟的全部容量,　而　C,H,S　是磁簇,　磁頭以及每磁軌磁區數．如果我們把　C　當作　M/(H*S)　那給　H,S　就可以滿足．　

依預設,　H=64,　S=32.　

aha1740,　dtc,　g_NCR5380,　t128,　wd7000:
H=64,　S=32.　

aha152x,　pas16,　ppa,　qlogicfas,　qlogicisp:
H=64,　S=32　除非　C　>　1024,　此情況下　H=255,　S=63,　C　=　min(1023,　M/(H*S)).　(故　C　被截斷,　且　H*S*C　不是磁碟容量的近似值.　這將會混搖淆大部份版本的　fdisk.)　ppa.c　程式碼使用　M+1　取代　M　并認為這是因為在　sd.c　里的一只臭□使　M　的值少一．　

advansys:
H=64,　S=32　除非　C　>　1024　而且還開啟　BIOS　中的　`>　1　GB'　選項,　此情況下　H=255,　S=63.　

aha1542:
詢問控制器使用兩種可能的　schemes　中的那一種,　并且使用　H=255,　S=63　或　H=64,　S=32.　前者有個啟動訊息　"aha1542.c:　Using　extended　bios　translation".　

aic7xxx:
H=64,　S=32　除非　C　>　1024,　而且還給了　"extended"　啟動參數,　或在　SEEPROM　或　BIOS　設了　`extended'　位元,　此情況下　H=255,　S=63.　

buslogic:
H=64,　S=32　除非　C　>=　1024,　而且還啟動控制器的擴充轉換,　此情況下若　M　<　2^22　則　H=128,　S=32;　否則　H=255,　S=63.　然而,　選擇　(C,H,S)　之後,　讀入分割表,　若三種可能的　(H,S)　=　(64,32),　(128,32),　(255,63)　中　endH=H-1　的值看來可行則使用該對　(H,S)　,　并印出啟動訊息　"Adopting　Geometry　from　Partition　Table".　

fdomain:
從　BIOS　Drive　Parameter　Table　找出　geometry　資訊,　或從分割表讀取并使用　H=endH+1,　S=endS　給第一個分割區,　若非空,　或使用　H=64,　S=32　for　M　<　2^21　(1　GB),　H=128,　S=63　for　M　<　63*2^17　(3.9　GB)　and　H=255,　S=63　otherwise.　

in2000:
使用　(H,S)　=　(64,32),　(64,63),　(128,63),　(255,63)　中第一個讓　C　<=　1024　的.　此情況下,　在　1023　截掉　C　.　

seagate:
從磁碟讀取　C,H,S.　(真誠實!)　如果　C　或　S　太大,　放入　S=17,　H=2　并倍增　H　直到　C　<=　1024.　這表示　H　將為　0　如果　M　>　128*1024*17　(1.1　GB).　這是只臭□.　

ultrastor　and　u14_34f:
三種對應之一　((H,S)　=　(16,63),　(64,32),　(64,63))　根據控制器的對應模式而定.　

如果驅動程式沒有指定　geometry　,　我們就回到使用分割表或磁碟總容量來推斷猜測．　
仔細看看分割表．因為依慣例分割區在磁簇邊界結束,　我們可以為任何分割區定　end=(endC,endH,ednS)　,　只要放入　H　=　endH+1　及　S　=　endS．　(記得磁區由　1　起算．)更明確地的說．如果有個不是空的分割區,　則以最大的　beginC　計．對於此分割區,　看看　end+1,　計算加上　start　以及　length　并且假設此分割區在某磁簇邊界結束．如果兩個值都相符,　或　endC　=　1023　且　start+length　是　(endH+1)*endS　的倍數,　那麼假定此分割區真的是在磁簇邊界,　并放入　H　=　endH+1　以及　S　=　endS．如果不對,　不是因為沒有分割區,　就是因為它們的大小很奇怪,　那麼只看磁碟容量　M．演算法:　放入　H　=　M/(62*1024)(無條件進位),S　=　M/(1024*H)(無條件進位),　C　=　M/(H*S)(無條件舍去)．這能產生一　(C,H,S)　其中　C　最大　1024　而　S　最大　62．　

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