Gestione del disco a basso livello

Negli anni ottanta un giovane signore di nome Peter Norton sorprese i suoi amici recuperando un file cancellato, e questa piccola utility che prese il nome di unerase lo rese famoso nel mondo della programmazione.

In questo tutorial vedremo come è organizzato il file system del DOS, vedremo come esso salva e cancella i file e impareremo ad usare alcune routine messe a disposizione dal sistema operativo.

Tracce e settori

Un hard-disk è costituito da un certo numero di dischi "impilati" uno sull'altro a cui si accede per leggere e scrivere tramite un pettine di testine:

            O     I-----------
   -------------------       |
            O     I-----------
   -------------------   <==>|
            O     I-----------
   -------------------       |
            O     I-----------
   -------------------       |
        /   O     I-----------
       /           \
    disco           \ testina

Ogni disco è costituito da 2 facce, ogni faccia da n tracce e ogni traccia da m settori.

Il settore è l'unità minima di informazione che può essere letta o scritta e variano a seconda della capacità del disco da 32 a 4096 byte (di solito sono 512); su ogni traccia ci sono da 4 a 32 settori e su ogni superficie da 20 a 1500 tracce. Un settore è composto da due parti: un numero di identificazione e l'area dei dati.

Struttura fisica di un disco

Un disco fisso è diviso in diverse aree che sono:

1. Boot Sector
2. FAT 1
3. FAT 2
4. Root directory
5. Data

Vediamoli uno a uno in dettaglio.

Boot Sector

Il boot sector è situato sul primo settore del disco e contiene vari parametri riguardanti il disco stesso, riporto di seguito la sua struttura:

BOOT    STRUCT
        bsJMP         db     3 dup (?)
        bsOEM         db     8 dup (?)
        bsSECTSIZE    dw     ?
        bsCLUSTSIZE   db     ?
        bsRESSECT     dw     ?
        bsFATCNT      db     ?
        bsROOTSIZE    dw     ?
        bsTOTALSECT   dw     ?
        bsMEDIA       db     ?
        bsFATSIZE     dw     ?
        bsTRACKSECT   dw     ?
        bsHEADCNT     dw     ?
        bsHIDENSECT   dd     ?
        bsHUGESECT    dd     ?
        bsDRIVENUM    db     ?
        bsRESERV      db     ?
        bsBOOTSIGN    db     ?
        bsVOLID       dd     ?
        bsVOLABEL     db     11 dup(?)
        bsFILESTYPE   db     8 dup(?)
BOOT    ENDS

Vediamo cosa contengono:

• bsJMP: contiene un'istruzione di JMP al codice di BOOT che carica il Sistema Operativo dal disco. Di solito il suo valore è E9h, XX, XX
  
  
• bsOEM: è un identificativo Original Equipment Manufacturer. Non è usato dal dos
  
  
• bsSECTSIZE: byte per settore
  
  
• bsCLUSTER: settori per cluster
  
  
• bsRESSECT: numero di settori riservati contiene di solito il numero di settori fino alla prima FAT
  
  
• bsFATCNT: numero di FAT (di solito 2). Se ne usano due per poter recuperare i dati nel caso una si danneggi
  
  
• bsROOTSIZE: massimo numero di voci in una directory
  
  
• bsTOTALSECT: numero di settori del drive o della partizione. Se la partizione è superiore a 32Mb, questo valore è 0 e il numero di settori è specificato nel campo bsHUGESECT
  
  
• bsMEDIA: specifica il tipo di drive FDD 3.5 1.44, FDD 3.5 2.88, CD-ROM, HD, ecc...
  
  
• bsFATSIZE: numero di settori di una FAT
  
  
• bsTRACKSECT: settori per traccia
  
  
• bsHEADCNT: numero di testine per la lettura/scrittura
  
  
• bsHIDENSECT: numero di settori nascosti
  
  
• bsHUGESECT: numero di settore per dischi con capacità superiore ai 32Mb
  
  
• bsDRIVENUM: 80h se è il drive di boot, 0 altrimenti
  
  
• bsRESERV: non ancora usato (!)
  
  
• bsBOOTSIGN: 29h (??)
  
  
• bsVOLID: numero seriale del volume
  
  
• bsVOLABEL: etichetta del volume
  
  
• bsFILESTYPE: indica il tipo di file system: FAT12 o FAT16

Questa struttura è seguita dal codice di boot che carica il S.O. e termina con 0AA55h.

FAT

Il DOS mappa lo spazio usando i Cluster non i settori e ogni cluster consiste di un certo numero di settori consecutivi. Quando si crea un file il sistema alloca una catena di cluster per il file, ci scrive dentro i dati e memorizza le informazioni circa la locazione dei cluster nella File Allocation Table (FAT).

La FAT è un array con elementi di 12 o 16 bit (dipende dal numero dei cluster), i primi 3 byte (12bit) o 4 byte (16bit) sono riservati, per quanto riguarda il resto riporto una tabella con i valori dei possibili elementi:

Quando il DOS crea un nuovo file o directory memorizza l'indice del primo cluster nella directory destinazione all'offset 1Ah e allo stesso tempo questo è l'indice del primo elemento nella FAT. Il valore nella FAT indica il prossimo cluster nella catena e cosi via fino all'ultimo cluster indicato con (F)FF8h-(F)FFFh.

Vediamo un esempio. Consideriamo un file (PIPPO.EXE) situato nella root directory e supponiamo che inizi al cluster 04h. La struttura della FAT potrebbere essere questa:

indice 00 01  02  03  04  05  06  07  08  09  0A  0B  0C  0D

Valore ID FFF 000 000 005 006 009 00A 000 FFF 00B FFF 000 000
                      ^^^ ^^^ ^^^         ^^^

Quelli sottolineati sono i cluster del nostro file.

ROOT DIRECTORY

Qualsiasi disco ha una root directory ed eventualmente altre sotto-directory, ogni dir è un array di record. La root directory è memorizzata subito dopo la seconda FAT mentre le altre dir sono trattate come normali file.

La struttura di un elemento della directory è:

DIRENTRY  STRUCT
          deFILENAME      db   8 dup(?)
          deFILEEXT       db   3 dup(?)
          deATRIB         db   ?
          deRESERV        db   0Ah dup (?)
          deTIME          dw   ?
          deDATE          dw   ?
          deCLUSTNUM      dw   ?
          deFILESIZE      dd   ?
DIRENTRY  ENDS

Vediamo il significato di ogni campo:

• deFILENAME: Contiene il nome del file. Il primo carattere può avere un significato particolare:
  
  

  Valore	Significato
  0	L'elemento non è mai stato usato
  0E5h	Significa che il primo carattere del nome è 0E5h (ASCII)
  02Eh	Se il resto di questo campo sono spazi (20h) allora il campo deCLUSTNUM contiene il primo cluster della directory. Se anche il secondo valore è 02Eh e gli altri sono spazi, il campo deCLUSTNUM contiene il primo cluster della directory padre, oppure 0 se è la ROOT dir
  0E5h	Questo file o directory è stato cancellato (il resto del nome rimane uguale)

  
  
  
• deFILEEXT: 3 caratteri che contengono l'estensione del file.
  
  
• deATRIB: Attributi del file:
  
  7 6 5 4 3 2 1 0 bits
    A D V S H R
    | | | | | |
    | | | | | +-- 1 = Read only
    | | | | +----- 1 = Hidden
    | | | +-------- 1 = System
    | | +----------- 1 = Volume label
    | +-------------- 1 = Subdirectory
    +----------------- 1 = New or modified

  
  
• deRESERV: Riservato (!)
  
  
• deTIME: L'ora in cui il file è stato creato o modificato l'ultima volta.
  Il formato è il seguente:
  
  15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00
H  H  H  H  H  M  M  M  M  M  M  S  S  S  S  S

  
• deDATE: Data in cui il file è stato creato o modificato l'ultima volta.
  Il formato è il seguente:
  
  15 14 13 12 11 10 09 08 07 06 05 04 03 02 01 00
Y  Y  Y  Y  Y  M  M  M  M  M  M  D  D  D  D  D

  
• deCLUSTNUM: Cluster iniziale della directory o del file.
  
  
• deFILESIZE: dimensione del file in bytes
  
  

Per ora non mi vengono in mente esempi significativi da mostrarvi, ci sono vari interrupt che servono per creare file, leggerli, scrivere settori ecc.. quindi lascio a voi il compito di scrivere qualcosa...

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