Linux 版 (精华区)
发信人: netiscpu (说不如做), 信区: Unix
标 题: Large-Disk mini-HOWTO (中文)
发信站: 紫 丁 香 (Tue May 19 07:58:28 1998), 转信
发信人: dfbb (赵无忌), 信区: Linux
标 题: Large-Disk mini-HOWTO (中文)
发信站: BBS 水木清华站 (Tue Nov 18 22:22:13 1997)
Large Disk mini-HOWTO 中译版
作者: Andries Brouwer, jaeb@cwi.nl
译者: Asd L. Chen, asdchen@ms1.hinet.net
v1.0, 26 June 1996 翻译日期: 10-13 November 1997
Abstract
所有有关 disk geometry 及 1024 cylinder 的限制．
1. 问题所在
假如你的磁碟超过 1024 个磁簇(cylinders)． 还有,
假如你的作业系统使用基本输出入系统(BIOS)．那麽你会遇到一个问题,
因为一般磁碟输出入／输入所使用的 INT13 BIOS 介面以一个 10 位元(bit)
的栏位来操作磁簇, 所以无法存取第 1024 及之後的磁簇．
幸运的是, Linux 不使用 BIOS, 所以没有问题．
话是这麽说, 但有两件事例外:
(1) 当你在启动系统时, Linux 还没开始执行所以无法让你避免这个问题．这对 LILO
以及类似的启动载入程式(boot loaders)有些影响．
(2) 使用磁碟的所有作业系统必须同意分割区的位置．换句话说,
如果你在一颗磁碟上使用 Linux 以及, 例如 DOS,
那麽两者必须以相同的方式解读分割表的资料．这对 Linux 核心以及 fdisk 有些影响.
底下是对所有相关细节更详细的描述．注意, 我使用 2.0.8
版核心原始程式做为参考．其它的版本可能有一点点出入．
2. 启动
当系统启动时, BIOS 从第一个磁碟(或从软碟)读取磁区 0 (一般通称的 MBR - Master
Boot Record, 主启动磁区)并跳至在该处的程式码 - 通常是一些启动载入程式(bootstrap
loader)． 这些小小的启动程式一般不会有自己的磁碟驱动程式而会使用 BIOS
所提供的服务．这意谓著只有整个 Linux 核心都位於开头的 1024
个磁簇内时才能够被启动．
这个问题很容易解决: 确定核心(也许还包括其它启动时用到的档案, 像是 LILO map 档)
是放在一个 BIOS 可以存取的到, 全都在开头的 1024 个磁簇内的分割区里 -
这可以(可能)是第一个或第二个磁碟．
另一点是启动载入程式与 BIOS 必须同意彼此对磁碟逻辑(geometry)上的看法． 给 LILO
`linear' 这个选项参数可能会有些帮助3. 磁碟 geometry 以及分割区
如果你的磁碟上有好几种作业系统,
每一种使用一个或多个分割区．那麽对於分割区位於何处不同的看法可能导致灾难性的後果
MBR 中包含一个分割表描述分割区(主分割区: primary)
在那里．有四个表格给四个主要分割区使用, 它们看起来像
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／磁头／磁区: Cylinder/Head/Sector 的缩写)
因此, 有项资讯是重覆的: 分割区的位置可以由 24 位元的 begin 以及 end 栏位, 和 32
位元的 start 以及 length 栏位给定．
Linux 只使用 start 以及 length 栏位, 故最多可以处理包含 2^32 个磁区的分割区,
也就是, 最大 2 TB 的分割区．这是现今磁碟机的两百倍,
所以也许足够往後十年的需求．
不幸的是, BIOS INT13 呼叫使用三个位元组的 CHS 编码, 10 个位元作为磁簇号码, 8
个位元作为磁头号码, 及 6 个位元作为磁轨上的磁区号码． 可能的磁簇号码是 0-1023,
可能的磁头号码是 0-255, 而磁轨上可能的磁区号码为 1-63(是的, 磁轨上的磁区是由 1
起算, 不是 0)． 以这 24 位元最多可以定址 8455716864 个位元组(7.875 GB), 这是
1983 年磁碟机的两百倍．
更不幸的是, 标准的 IDE 介面容许 256 个磁区／磁轨, 65536 个磁簇以及 16
个磁头．它自己本身可以存取 2^37 = 137438953472 个位元组(128 GB), 但是加上 BIOS
方面 63 个磁区与 1024 个磁簇的限制後只剩 528482304 个位元组(504
MB)可以定址的到．
这不足以应付现今的磁碟, 人们使用各种硬体或软体上的方法来克服．
4. 转换与磁碟管理程式
没有人对磁碟的'真实' geometry 有兴趣．磁轨的磁区数通常是变动的 -
接近磁碟外围的磁轨有比较多的磁区 - 所以没有'真实'的每磁轨磁区数．
对於使用者而言最好是把磁碟当作编号 0,1,..., 的磁区组合成的线性阵列,
让控制器去找出磁区究竟位於磁碟的那里．
此线性编号一般通称为 LBA．对於 geometry 为 (C,H,S) 的磁碟而言属(c,h,s)
的线性位址为 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 把这 24 个位元(c,h,s) 转换成 LBA 并□给懂得 LBA 的控制器,
那麽又可以定址到 7.875 GB ．并不足以应付所有的磁碟, 但仍然是个改进．注意此处
BIOS 使用的 CHS, 它不再与'实体'有任何关系．
当控制器不懂何为 LBA 但是 BIOS 知道如何转换时有些类似的方法可行．(在 BIOS
设定中通常称为 'Large'．)现在 BIOS 将呈现 geometry 为(C',H',S')给作业系统,
而在与磁碟控制器沟通时则使用(C,H,S)． 通常 S=S', C'=C/N 而 H'=H*N, 其中 N
是确保 C'<=1024 之 2 的最小次方(所以 C'=C/N 时舍去的数浪费少许容量)．再一次,
这允许存取最多达 7.875 GB．
如果 BIOS 不知道 'Large' 或是 'LBA', 那麽还是有软体的解决方案．像是 OnTracker
或 EZ-Drive 这些个磁碟管理程式会以它们自己的函式(routines)替换掉 BIOS 的．
通常这是藉由将磁碟管理程式放在 MBR 及其後几个磁区(OnTrack 称这些程式码为 DDO:
Dynamic Drive Overlay )来达成的, 所以它会在任何其它作业系统之前被启动．
这也就是为什麽在安装磁碟管理程式後从软碟启动可能会出问题．
这影响可能多於或少於 BIOS 转换 - 但特别是在相同的磁碟上跑数种不同的作业系统时,
磁碟管理程式可能引起许多问题．
Linux 从 1.3.14 版开始支援 OnTrack 磁碟管理程式, 从 1.3.29 开始 支援 EZ-Drive
．下面有些更进一步的资讯．
5. 核心的 IDE 磁碟转换
如果 Linux 侦测到 IDE 磁碟上有某些磁碟管理程式存在,
它将会试著使用与该磁碟管理程式相同的方式来重新对应磁碟, 所以 Linux 看到与,
例如 DOS 配合 OnTrack 或是 EZ-Drive 相同的磁碟分割． 然而, 当你在指令列上指定
geometry 时, 就不会做任何的重新对应 - 所以一行 `hd=cyls,heads,secs'
指令列选项可能取消掉与磁碟管理程式的相容．
此重新对应的方式是尝试 4,8,16,32,64,128,255 磁头数(H*C 保持不变)直到 C <= 1024
或是 H = 255．
细节如下 -
小节的抬头是出现在相对应之启动讯息里的字串．在此以及在这份文件任何其它地方中分割
男吞家允皇直硎荆
5.1 EZD
侦测到 EZ-Drive , 因为第一个主要分割区型态为 55 ．如上述重新对应 geometry,
且忽略从第 0 磁区读入的分割表 - 以第 1
磁区的分割表取代．磁碟的区块号码(block numbers) 没有改变, 但对磁区 0
的写入会转向磁区 1．此动作可以藉由修改在 ide.c 中的
#define FAKE_FDISK_FOR_EZDRIVE 0
并重新编译核心来改变．
5.2 DM6:DDO
侦测到 OnTrack DiskManager(在第一个磁碟上), 因为第一个主要分割区型态为 54
．如上述重新对应 geometry 而且整个磁碟平移 63 个磁区． (所以旧的磁区 63
变成磁区 0)然後从新的第 0 磁区读入新的 MBR (与分割表)．此平移当然是为 DDO
留空间 - 这也就是为什麽其它磁碟不必平移．
5.3 DM6:AUX
侦测到 OnTrack DiskManager(在其它磁碟上), 因为第一个主要分割区型态为 51 或
53．如上述重新对应 geometry ．
5.4 DM6:MBR
侦测到某旧版的 OnTrack DiskManager, 并非藉由分割区型态, 而是签名(signa□
ture)．(测试在 MBR 里第 2,3 位元组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, 後面并跟著一个奇数的位元组)
再一次如上述重新对应 geometry ．
5.5 PTBL
最後, 核心会尝试从主分割区的 start 以及 end 值推断转换方式: 若某些分割区的
start 以及 end 磁簇小於 256, 而且 start 以及 end 磁区号码分别为 1 和 63 , 而且
end 磁头为 31, 63, 或 127, 那麽, 因为依惯例分割区会在磁簇边界结束, 而且更因为
IDE 介面最多使用 16 个磁头, 故推测有开启 BIOS 转换, 分别使用 32, 64 或 128
磁头数重新对应 geometry． (也许这里有点瑕疵, genhd.c
不应该测试磁簇号码前两个位元吗?)无论如何, 当目前的 geometry 已经为每磁轨 63
个磁区且至少这麽多磁头时, 不会做重新对应 (因为这可能意谓著重对应已完成)．
6. 结论
这到底意谓著什麽? 对 Linux 的使用者而言只有一件事: 就是他们必须得确保 LILO
以及 fdisk 使用正确的 geometry , 其中'正确'的定义对 fdisk
而言是与其它在同一个磁碟上的作业系统所使用的 geometry 相同, 而对 LILO
而言是能够在启动时期成功地与 BIOS 交谈的 geometry．(这两者通常相符．)
fdisk 如何得知该 geometry ? 它询问核心, 使用 HDIO_GETGEO
ioctl．但使用者可以交谈式地或在指令列上重定 geometry．
LILO 如何得知该 geometry ? 它询问核心, 使用 HDIO_GETGEO ioctl． 但使用者可以用
`disk=' 选项重定．也可以给 LILO 一个 linear 选项, 如此它将在其 map 档中储存
LBA 位址以取代 CHS 位址, 并且在启动时期找出该 geometry 来使用(藉由 INT 13
功能呼叫 8 来询问磁碟的 geometry)．
核心如何知道该怎麽回答? 首先, 使用者可能以 `hd=cyls,heads,secs'
指令列选项明确地指定 geometry, 否则核心将询问硬体．
6.1 IDE 细节
让我详细说明．IDE 驱动程式有四个关於 geometry
的资讯来源．第一个(G_user)是使用者在指令列上所指定的． 第二个(G_bios)是 BIOS
的固定磁碟参数表(只用於第一及第二个磁碟), 在系统启动时, 切换至 32
位元模式之前读入． 第三个(G_phys)及第四个(G_log) 是由 IDE 控制器传回, 作为对
IDENTIFY 指令的回应 - 它们是 '实体的' 以及 '目前逻辑上的' geometries．
另一方面, 对於 geometry 驱动程式需要两个值: 其中之一是 G_fdisk, 由 HDIO_GETGEO
ioctl 传回, 另一个是 G_used , 这是执行输出／入时实际使用的． 如果给定 G_user
则 G-fdisk 以及 G_used 两者都会设为 G_user, 当此资讯是根据 CMOS 所提供时则设为
G_bios , 其它情形设为 G_phys．如果 G_log 看起来合理则 G_used 就设为 G_log．
不然, 如果 G_used 不合理而 G_phys 看起来合理那麽 G_used 就设为
G_phys．此处的'合理'代表磁头数在 1-16 的范围内．
换个方式说: 指令列选项大於 BIOS , 并且决定 fdisk 看到的样子,
但如果它指定转换的 geometry(磁头数大於 16), 则核心会藉由 IDENTIFY
指令的输出重定它．
6.2 SCSI 细节
在 SCSI 方面情况有一点点不同, 因为 SCSI 指令已经使用逻辑区块号码, 所以 'geome□
try' 对实际的输出／入完全没关系． 然而, 分割区的格式仍然是相同的, 所以 fdisk
必须得捏造些 geometry , 并且也在此使用 HDIO_GETGEO - 真的, fdisk 不会分辨 IDE
以及 SCSI 磁碟． 你可以从下面的详细描述见到各种驱动程式捏造一些个不同的 geome□
try ．真是, 一团混乱．
如果你没有使用 DOS 或这类系统, 那麽避免使用所有额外的转换设定, 可能的话,
尽管使用 64 磁头, 每磁轨 32 磁区 (良好的, 方便每磁簇 1 MB),
如此当你把磁碟从一个控制器换到另一个去时不会遇到任何问题． 某些 SCSI
磁碟驱动程式 (aha152x,pas16,ppa,qlogicfas,qlogicisp)非常在意与 DOS
的相容性而不允许只有 Linux 的系统使用超过 8 GB 的容量, 这是只臭虫．
真实的 geometry 是什麽? 最简单的答案是没有这种东西．如果真有的话, 你不会想知道,
而且的的确确从不, 永不需告诉 fdisk 或是 LILO 或核心有关它的事．这绝对是 SCSI
控制器与磁碟之间的事． 让我重覆这句话: 只有蠢蛋会告诉 fdisk/LILO/Kernel SCSI
磁碟真实的 geometry ．
但如果你好学且坚持, 可以问磁碟机自己．有个重要指令 READ CAPACITY
将会传回磁碟的总容量, 而且有个 MODE SENSE 指令 Rigid Disk Drive Page(page 04)
会传回磁簇以及磁头的数目(这是不能改变的资讯), 而在 Format Page(page
03)有每磁区的位元组, 以及每磁轨的磁区数． 这数字一般与 notch 有关,
而且每磁轨的磁区数是变动的 - 外围的磁轨拥有比内圈磁轨多的磁区．Linux 程式
scsiinfo 会给予这项资讯． 其中有许多繁琐的细节, 而且很明白的,
没有人(也许甚至是作业系统)需要使用这项资讯． 还有, 因为我们只关心 fdisk 以及
LILO , 一般得到的回答像 C/H/S=4476/27/171 - 这样的值 fdisk 根本不能使用,
因为分割表只保留 10resp. 8resp. 6 bits 给 C/H/S．
那核心之 HDIO_GETGEO 从何处取得其资讯? 嗯, 不是从 SCSI 控制器, 就是推论猜测．
有些驱动程式似乎认为我们想知道 '真相' , 但我们当然只想知道 DOS 或 OS/2 FDISK
(或 Adaptec AFDISK 等等)所用的．
注意, Linux fdisk 需要磁头数 H 以及每磁轨磁区数 S 以便转换 LBA 磁区号码成为
c/h/s 位址, 但磁簇数 C 在此转换中并未扮演什麽角色． 有些驱动程式使用 (C,H,S)
= (1023,255,63) 来表示磁碟容量至少为 1023*255*63 个磁区．这是不幸的,
因为这不能显示实际的大小, 而且将限制大部份版本之 fdisk 的使用者其磁碟最大到 8
GB - 现今实际的限制．
在下面的描述中, M 表示磁碟的全部容量, 而 C,H,S 是磁簇,
磁头以及每磁轨磁区数．如果我们把 C 当作 M/(H*S) 那给 H,S 就可以满足．
依预设, 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, 此情况下 H=255, S=63, C = min(1023,
M/(H*S)). (故 C 被截断, 且 H*S*C 不是磁碟容量的近似值.
这将会混摇淆大部份版本的 fdisk.) ppa.c 程式码使用 M+1 取代 M
并认为这是因为在 sd.c 里的一只臭虫使 M 的值少一．
advansys:
H=64, S=32 除非 C > 1024 而且还开启 BIOS 中的 `> 1 GB' 选项,
此情况下 H=255, S=63.
aha1542:
询问控制器使用两种可能的 schemes 中的那一种, 并且使用 H=255, S=63
或 H=64, S=32. 前者有个启动讯息 "aha1542.c: Using extended bios
translation".
aic7xxx:
H=64, S=32 除非 C > 1024, 而且还给了 "extended" 启动参数, 或在
SEEPROM 或 BIOS 设了 `extended' 位元, 此情况下 H=255, S=63.
buslogic:
H=64, S=32 除非 C >= 1024, 而且还启动控制器的扩充转换, 此情况下若 M
< 2^22 则 H=128, S=32; 否则 H=255, S=63. 然而, 选择 (C,H,S) 之後,
读入分割表, 若三种可能的 (H,S) = (64,32), (128,32), (255,63) 中
endH=H-1 的值看来可行则使用该对 (H,S) , 并印出启动讯息 "Adopting
Geometry from Partition Table".
fdomain:
从 BIOS Drive Parameter Table 找出 geometry 资讯,
或从分割表读取并使用 H=endH+1, S=endS 给第一个分割区, 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) 中第一个让 C <=
1024 的. 此情况下, 在 1023 截掉 C .
seagate:
从磁碟读取 C,H,S. (真诚实!) 如果 C 或 S 太大, 放入 S=17, H=2 并倍增
H 直到 C <= 1024. 这表示 H 将为 0 如果 M > 128*1024*17 (1.1 GB).
这是只臭虫.
ultrastor and u14_34f:
三种对应之一 ((H,S) = (16,63), (64,32), (64,63))
根据控制器的对应模式而定.
如果驱动程式没有指定 geometry , 我们就回到使用分割表或磁碟总容量来推断猜测．
仔细看看分割表．因为依惯例分割区在磁簇边界结束, 我们可以为任何分割区定
end=(endC,endH,ednS) , 只要放入 H = endH+1 及 S = endS． (记得磁区由 1
起算．)更明确地的说．如果有个不是空的分割区, 则以最大的 beginC 计．
对於此分割区, 看看 end+1, 计算加上 start 以及 length
并且假设此分割区在某磁簇边界结束． 如果两个值都相符, 或 endC = 1023 且
start+length 是 (endH+1)*endS 的倍数, 那麽假定此分割区真的是在磁簇边界, 并放入
H = endH+1 以及 S = endS． 如果不对, 不是因为没有分割区,
就是因为它们的大小很奇怪, 那麽只看磁碟容量 M． 演算法: 放入 H =
M/(62*1024)(无条件进位),S = M/(1024*H)(无条件进位), C =
M/(H*S)(无条件舍去)．这能产生一 (C,H,S) 其中 C 最大 1024 而 S 最大 62．
CONTENTS
1. 问题所在 ................................................................. 1
2. 启动 ..................................................................... 1
3. 磁碟 geometry 以及分割区 ................................................. 2
4. 转换与磁碟管理程式 ....................................................... 2
5. 核心的 IDE 磁碟转换 ...................................................... 3
5.1 EZD .................................................................. 3
5.2 DM6:DDO .............................................................. 3
5.3 DM6:AUX .............................................................. 4
5.4 DM6:MBR .............................................................. 4
5.5 PTBL ................................................................. 4
6. 结论 ..................................................................... 4
6.1 IDE 细节 ............................................................. 4
6.2 SCSI 细节 ............................................................ 5
--
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