セクタ・クラスタについて調べてみた。

この記事について

組み込み会社で新人の私が、セクタ・クラスタについて勉強と一緒にまとめたものです。内容は、「ファイルシステム」や「ストレージ（記憶装置）」を調べている内にでてくる、「セクタ」「クラスタ」っていったい何なのか？と思っている方に向けた内容になっています。

はじめに

まず、ざっくり結論から書いてしまうと

「セクタ」・「クラスタ」は "記録"の"単位" です。

• 「セクタ」は主に "ストレージ" の "最小記録単位" となります。
• 「クラスタ」は主に "ファイルシステム" の "(理論的な) 最小記録単位" となります。

……と書いたのですが
いきなり上記のように書かれても分からない所があると思うので
「ここで言う"ストレージ"とは？」 という点や 「"単位"とは分かったけど詳しくは？」 など、調べた結果を簡単にまとめようと思います。

ストレージとは？

日本語での ストレージ(Storage) の意味/対訳は 「保管」・「貯蔵」・「収納場所」 です。

スマートフォンやコンピュータなど、デバイスのデータ容量を調べる時に出てくる用語である「ストレージ」も同じ意味合いを持ち、"データを保管するシステムや装置" のことを指します。

身の回りにある「ストレージ」をあげると、
「磁気ディスク( HDD / フロッピーディスク )」「フラッシュメモリ( SD / USB / SSD )」「光ディスク( CD / DVD )」などがあり、
私たちは、数多ものストレージに囲まれて、日々暮らしています。

セクタとは

「ストレージ」に対して実際に「ソフトウェア」でデータを読み書きする場合、
データは、下図のように "固定的な長さのブロック" に区切って管理されています。
その「ブロック」は「セクタ」という "単位" で呼ばれており

「セクタ」は主に、"ストレージ" の "最小記録単位" となっています。

"セクタ"の大きさ

セクタは サイズ があり "ストレージ"によってサポートの範囲が異なります。
具体的なサイズは 512 Byte、1024 Byte、2048 Byte、4096 Byte の4種類存在します。

通常は 「512 Byte」 が使われています。

[補足] セクタの管理

Q. 「セクタ」はどうやって管理されているのか？
A. ファイルシステム上では、MBRという物理セクタの先頭に書かれている論理開始セクタ番号と、PBSという論理セクタの先頭に書かれている構成情報を元に「 セクタ番号（場所） 」を算出しています。

クラスタとは

「ソフトウェア」や「ファイルシステム」に対して、
"固定的な長さのブロック（セクタ）の集合体" に区切って管理されています。
セクタ単位での管理を行わないのは、データが大きくなった際の負荷を軽減するためなどがあげられます。
上記より、

「クラスタ」は主に"ファイルシステム" の "(理論的な) 最小記録単位"となっています。

下図のように、セクタが集合したもの を 「クラスタ」 と言います。

"クラスタ"の大きさ

クラスタのサイズは、セクタサイズ×n で決まり、
「n」の値は "２の累乗かつ１以上の値" でなければなりません、
したがって、使用できる値は、 1,2,4,8,...128 ということになります。

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クラスタの役割

主に、データの保存場所を管理できます。
また、ファイル・ディレクトリ作成、データ書き込みの際に、必要なクラスタ数を消費し、使用/未使用の状況の管理もしています。

FAT領域におけるデータ管理は 「クラスタ番号」 を使用して行われています。

[追記]：ファイルの「サイズ」と「ディスク上のサイズ」の値が異なる理由

「サイズ:」 は、実際のデータサイズ を表示しております。
「ディスク上のサイズ:」 は、クラスタの合計サイズを表示しているため値が異なります。

終わりの「ひとこと」

セクタとクラスタについて、ずらずらと説明を書いて記事として投稿していますが、ここに関してはサラッと流し読んで、実際にストレージの中身を見てみることを勧めたいです。
何が書いてあるかわからないと思いますが、セクタの中に16進数が無数に入っているのがみれるので、「あぁ、これがファイルになるのか」と映画マトリックスのような感じを味わってみてください。

ちなみに、私は「HxD」という16進エディタを使ってデータを見ていました。

次回は、「FAT12/16/32」について調べようと思います。
もし、よろしければまた見にきてください。

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次回の記事はこちらです。

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