Файловая система ISO 9660 для CD и CD-ROM

Введение

Файловая система для CD-R и CD-ROM оптических дисков

ISO 9660 (также известная как ECMA 119) — это файловая система для оптических дисковых носителей. Файловая система является международным стандартом, доступным в Международной организации по стандартизации (ISO). Поскольку спецификация доступна для приобретения, реализации были разработаны для многих операционных систем. ISO 9660 берет свое начало в формате High Sierra, который организовал информацию о файлах в плотном последовательном формате, чтобы минимизировать произвольный доступ, используя иерархическую (восемь уровней вложенности каталогов) древовидную структуру файловой системы, аналогичную UNIX и FAT. Для обеспечения кроссплатформенной совместимости он определил минимальный набор общих атрибутов файла (каталог или обычный файл и время записи) и атрибутов имени (имя, расширение и версия), а также использовал отдельную область системного использования, где могут быть указаны будущие необязательные расширения для каждого файла. High Sierra была принята в декабре 1986 года (с изменениями) в качестве международного стандарта Ecma International как ECMA 119 и представлена в ISO для ускоренного рассмотрения, где в конечном итоге была принята как ISO 9660:1988. Последующие поправки к стандарту были опубликованы в 2013 и 2020 годах. Первые 16 секторов файловой системы пусты и зарезервированы для других целей. Остальная часть начинается с набора дескрипторов тома (заголовочного блока, описывающего последующую структуру), а затем следуют таблицы путей, каталоги и файлы на диске. Диск, соответствующий стандарту ISO 9660, должен содержать как минимум один первичный дескриптор тома, описывающий файловую систему, и терминатор набора дескрипторов тома, который является дескриптором тома, обозначающим конец набора дескрипторов. Первичный дескриптор тома предоставляет информацию об объеме, характеристиках и метаданных, включая запись корневого каталога, указывающую, в каком секторе находится корневой каталог. Другие поля содержат метаданные, такие как имя и создатель тома, а также размер и количество логических блоков, используемых файловой системой. Таблицы путей суммируют структуру каталогов соответствующей иерархии каталогов. Для каждого каталога в образе таблица путей предоставляет идентификатор каталога, местоположение области, в которой записан каталог, длину любых расширенных атрибутов, связанных с каталогом, и индекс записи таблицы путей родительского каталога. Существует несколько расширений ISO 9660, которые снимают некоторые из ее ограничений. Примечательные примеры включают Rock Ridge (права доступа в стиле Unix и более длинные имена), Joliet (Unicode, позволяющий использовать нелатинские сценарии), El Torito (обеспечивает загрузку с CD-дисков) и расширения Apple ISO 9660 (характеристики файлов, специфичные для классической Mac OS и macOS, такие как вилки ресурсов, дата резервного копирования файла и многое другое).

ISO 9660 (also known as ECMA 119) is a file system for optical disc media. The file system is an international standard available from the International Organization for Standardization (ISO). Since the specification is available for anybody to purchase, implementations have been written for many operating systems. ISO 9660 traces its roots to the High Sierra Format, which arranged file information in a dense, sequential layout to minimize nonsequential access by using a hierarchical (eight levels of directories deep) tree file system arrangement, similar to UNIX and FAT. To facilitate cross platform compatibility, it defined a minimal set of common file attributes (directory or ordinary file and time of recording) and name attributes (name, extension, and version), and used a separate system use area where future optional extensions for each file may be specified. High Sierra was adopted in December 1986 (with changes) as an international standard by Ecma International as ECMA 119 and submitted for fast tracking to the ISO, where it was eventually accepted as ISO 9660:1988. Subsequent amendments to the standard were published in 2013 and 2020. The first 16 sectors of the file system are empty and reserved for other uses. The rest begins with a volume descriptor set (a header block which describes the subsequent layout) and then the path tables, directories and files on the disc. An ISO 9660 compliant disc must contain at least one primary volume descriptor describing the file system and a volume descriptor set terminator which is a volume descriptor that marks the end of the descriptor set. The primary volume descriptor provides information about the volume, characteristics and metadata, including a root directory record that indicates in which sector the root directory is located. Other fields contain metadata such as the volume's name and creator, along with the size and number of logical blocks used by the file system. Path tables summarize the directory structure of the relevant directory hierarchy. For each directory in the image, the path table provides the directory identifier, the location of the extent in which the directory is recorded, the length of any extended attributes associated with the directory, and the index of its parent directory path table entry. There are several extensions to ISO 9660 that relax some of its limitations. Notable examples include Rock Ridge (Unix style permissions and longer names), Joliet (Unicode, allowing non Latin scripts to be used), El Torito (enables CDs to be bootable) and the Apple ISO 9660 Extensions (file characteristics specific to the classic Mac OS and macOS, such as resource forks, file backup date and more).

История

Компакт-диски изначально были разработаны для записи музыкальных данных, но вскоре стали использоваться для хранения дополнительных типов цифровых данных, поскольку они были столь же эффективны для архивного хранения больших объемов информации. Низкоуровневый формат для этих компакт-дисков, известный как CD-ROM, был определен в спецификации "Желтой книги" в 1983 году. Однако эта книга не определяла формат для организации данных на CD-ROM в логические единицы, такие как файлы, что привело к тому, что каждый производитель CD-ROM создавал собственный формат. Для разработки стандарта файловой системы CD-ROM (Z39.60 – Структура томов и файлов CD-ROM для обмена информацией) Национальная организация по информационным стандартам (NISO) создала Комитет по стандартам SC EE (Формат данных компакт-дисков) в июле 1985 года. В октябре 1985 года несколько компаний пригласили экспертов для участия в разработке рабочего документа для этого стандарта. В ноябре 1985 года представители производителей компьютерного оборудования собрались в отеле High Sierra Hotel and Casino (в настоящее время называемом Golden Nugget Lake Tahoe) в Стейтлайн, штат Невада. Эта группа стала известна как Группа Высокой Сьерры (HSG). На встрече присутствовали представители Apple Computer, AT&T, Digital Equipment Corporation (DEC), Hitachi, LaserData, Microware, Microsoft, 3M, Philips, Reference Technology Inc., Sony Corporation, TMS Inc., VideoTools (позже Meridian), Xebec и Yelick. Отчет о встрече развился из стандарта Yellow Book CD-ROM, который был настолько открытым, что привел к диверсификации и созданию множества несовместимых методов хранения данных. Предложение Группы Высокой Сьерры (HSGP) было опубликовано в мае 1986 года и определяло файловую систему для CD-ROM, обычно известную как формат High Sierra. Проект этого предложения был представлен Европейской ассоциации производителей компьютеров (ECMA) для стандартизации. С некоторыми изменениями это привело к выпуску первоначального издания стандарта ECMA 119 в декабре 1986 года. ECMA представила свой стандарт Международной организации по стандартизации (ISO) для ускоренной обработки, где он был дополнительно доработан в стандарт ISO 9660. Для обеспечения совместимости второе издание ECMA 119 было пересмотрено, чтобы соответствовать ISO 9660 в декабре 1987 года. ISO 9660:1988 был опубликован в 1988 году. Основными изменениями в стандартах ECMA 119 и ISO 9660 по сравнению с форматом High Sierra были международные расширения, позволяющие формату лучше работать на рынках за пределами США. Чтобы избежать несовместимости, NISO приостановила дальнейшую работу над Z39.60, который был принят членами NISO 28 мая 1987 года. Он был отозван до окончательного утверждения в пользу ISO 9660. JIS X 0606:1998 был принят в Японии в 1998 году с более мягкими правилами именования файлов, использующими новую структуру данных "улучшенный дескриптор тома". Стандарт был представлен для ISO 9660:1999 и предположительно проходил ускоренную обработку, но не был утвержден. Тем не менее, несколько операционных систем и инструментов для создания дисков (таких как Nero Burning ROM, mkisofs и ImgBurn) теперь поддерживают добавление, под названиями "ISO 9660:1999", "ISO 9660 v2" или "ISO 9660 Level 4". В 2013 году предложение было окончательно оформлено в виде ISO 9660/Поправка 1, предназначенной для "гармонизации ISO 9660 и широко используемой "спецификации Джолие". В декабре 2017 года было опубликовано 3-е издание ECMA 119, которое технически идентично ISO 9660, Поправка 1. В 2019 году ECMA опубликовала 4-ю версию ECMA 119, интегрировав текст спецификации Joliet в качестве "Приложения C". В 2020 году ISO опубликовала Поправку 2, которая добавляет некоторые незначительные уточнения, но не добавляет и не исправляет какую-либо техническую информацию стандарта.

Compact discs were originally developed for recording musical data, but soon were used for storing additional digital data types because they were equally effective for archival mass data storage. Called CD ROMs, the lowest level format for these type of compact discs was defined in the Yellow Book specification in 1983. However, this book did not define any format for organizing data on CD ROMs into logical units such as files, which led to every CD ROM maker creating its own format. In order to develop a CD ROM file system standard (Z39.60 Volume and File Structure of CDROM for Information Interchange), the National Information Standards Organization (NISO) set up Standards Committee SC EE (Compact Disc Data Format) in July 1985. October 1985 several companies invited experts to participate in the development of a working paper for such a standard. In November 1985, representatives of computer hardware manufacturers gathered at the High Sierra Hotel and Casino (currently called the Golden Nugget Lake Tahoe) in Stateline, Nevada. This group became known as the High Sierra Group (HSG). Present at the meeting were representatives from Apple Computer, AT&T, Digital Equipment Corporation (DEC), Hitachi, LaserData, Microware, Microsoft, 3M, Philips, Reference Technology Inc., Sony Corporation, TMS Inc., VideoTools (later Meridian), Xebec, and Yelick. The meeting report evolved from the Yellow Book CD ROM standard, which was so open ended it was leading to diversification and creation of many incompatible data storage methods. The High Sierra Group Proposal (HSGP) was released in May 1986, defining a file system for CD ROMs commonly known as the High Sierra Format. A draft version of this proposal was submitted to the European Computer Manufacturers Association (ECMA) for standardization. With some changes, this led to the issue of the initial edition of the ECMA 119 standard in December 1986. The ECMA submitted their standard to the International Standards Organization (ISO) for fast tracking, where it was further refined into the ISO 9660 standard. For compatibility the second edition of ECMA 119 was revised to be equivalent to ISO 9660 in December 1987. ISO 9660:1988 was published in 1988. The main changes from the High Sierra Format in the ECMA 119 and ISO 9660 standards were international extensions to allow the format to work better on non US markets. In order not to create incompatibilities, NISO suspended further work on Z39.60, which had been adopted by NISO members on 28 May 1987. It was withdrawn before final approval, in favour of ISO 9660. JIS X 0606:1998 was passed in Japan in 1998 with much relaxed file name rules using a new "enhanced volume descriptor" data structure. The standard was submitted for ISO 9660:1999 and supposedly fast tracked, but nothing came out of it. Nevertheless, several operating systems and disc authoring tools (such as Nero Burning ROM, mkisofs and ImgBurn) now support the addition, under such names as "ISO 9660:1999", "ISO 9660 v2", or "ISO 9660 Level 4". In 2013, the proposal was finally formalized in the form of ISO 9660/Amendment 1, intended to "bring harmonization between ISO 9660 and widely used 'Joliet Specification'." In December 2017, a 3rd Edition of ECMA 119 was published that is technically identical with ISO 9660, Amendment 1. In 2019, ECMA published a 4th version of ECMA 119, integrating the Joliet text as "Annex C". In 2020, ISO published Amendment 2, which adds some minor clarifying matter, but does not add or correct any technical information of the standard.

Технические характеристики

Ниже приведена общая структура файловой системы ISO 9660. Многобайтовые значения могут храниться в трех различных форматах: little endian (младший байт вперед), big endian (старший байт вперед) и в комбинации обоих типов, в порядке, который спецификация называет "both byte" (оба байта). Порядок "both byte" обязателен в нескольких полях дескрипторов тома и записей каталогов, в то время как таблицы путей могут быть как в формате little endian, так и big endian. Хотя предполагается, что эта область зарезервирована для загрузочных дисков, CD-ROM может содержать альтернативный дескриптор файловой системы, и гибридные CD-диски часто используют её для предоставления контента, специфичного для классической Mac OS и macOS.

Таблицы маршрутов

Таблицы путей суммируют структуру каталогов соответствующей иерархии. Для каждого каталога в образе таблица путей предоставляет идентификатор каталога, местоположение экстента, в котором каталог записан, длину любых расширенных атрибутов, связанных с каталогом, и индекс записи родительского каталога в таблице путей. Номер родительского каталога – 16-битное число, ограничивающее его диапазон от 1 до 65 535.

Эль Торито

El Torito – это расширение, предназначенное для загрузки компьютера с CD-ROM. Оно было анонсировано в ноябре 1994 года и впервые выпущено в январе 1995 года как совместное предложение компаний IBM и Phoenix Technologies, производителя BIOS. Согласно легенде, расширение El Torito CD/DVD для ISO 9660 получило свое название, поскольку его разработка началась в ресторане El Torito в городе Ирвин, штат Калифорния. Первоначальными авторами были Кертис Стивенс из Phoenix Technologies и Стэн Меркин из IBM. Несмотря на то, что спецификация El Torito упоминает идентификатор платформы "Mac", компьютеры Apple Macintosh на базе PowerPC не используют его.

Ромео

Romeo был разработан компанией Adaptec и позволяет использовать длинные имена файлов длиной до 128 символов, которые записываются непосредственно в основной дескриптор тома с использованием текущей кодовой страницы. Этот формат основан на работе драйверов Windows 9x и Windows NT "CDFS". При открытии диска Romeo установкой Windows на другом языке отсутствие указания кодовой страницы приведет к тому, что не-ASCII символы в именах файлов будут отображаться некорректно (в виде "моджибаке"). Например, символ "ü" может быть заменен на "³". Другая операционная система может столкнуться с аналогичной проблемой или вообще отказаться распознавать эти некорректные имена. Технически аналогичная проблема существует и в стандарте ISO 9660, который допускает произвольную интерпретацию дополнительных и расширенных дескрипторов тома для любой кодировки символов по согласованию сторон. Однако основной дескриптор тома гарантированно содержит лишь небольшой набор символов ASCII.

Изображения дисков

Образы оптических дисков — распространенный способ электронной передачи содержимого CD-ROM. Они часто имеют расширение файла iso (iso9660 используется реже, но также встречается) и обычно называются "ISO-образами".