Large Disk mini-HOWTO 中译版 作者: Andries Brouwer, [1]jaeb@cwi.nl 译者: Asd L. Chen, [2]asdchen@ms1.hinet.net v1.0, 26 June 1996 翻译日期: 10-13 November 1997 _________________________________________________________________ 所有有关 disk geometry 及 1024 cylinder 的限制． _________________________________________________________________ 1. 问题所在 2. 启动 3. 磁碟 geometry 以及分割区 4. 转换与磁碟管理程式 5. 核心的 IDE 磁碟转换 * 5.1 EZD * 5.2 DM6:DDO * 5.3 DM6:AUX * 5.4 DM6:MBR * 5.5 PTBL 6. 结论 * 6.1 IDE 细节 * 6.2 SCSI 细节 _________________________________________________________________ 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．细节後述． 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的型态都以十六进位数字表示． 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(signature)．(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□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 'geometry' 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 geometry ．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□． 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□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□. 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． References 1. mailto:aeb@cwi.nl 2. mailto:asdchen@ms1.hinet.net