Диски и файловые системы

   *  Надежность: очень высокая

   *  Избыточность: средняя или низкая

   *  Производительность: высокая 
 

   3.3 Сравнение базовых  и динамических  дисков  

   Базовое дисковое хранилище

   Базовое хранилище использует обычную таблицу разделов, поддерживаемую MS-DOS, Microsoft Windows 95, Microsoft Windows 98, Microsoft Windows Millennium Edition (Me), Microsoft Windows NT, Microsoft Windows 2000 и Windows XP. Диск, инициализированный для базового хранения, называется базовым. На базовом диске размещаются базовые тома, такие как основные разделы, дополнительные разделы и логические диски.

   Кроме того, к базовым томам относятся  многодисковые тома, созданные в Windows NT 4.0 или более ранних операционных системах, в частности, наборы томов, чередующиеся наборы, зеркальные наборы и чередующиеся наборы с контролем четности. Windows XP не поддерживает многодисковые базовые тома. Перед установкой Windows XP Professional следует выполнить резервное копирование всех наборов томов, зеркальных и чередующихся наборов и удалить их или преобразовать в динамические тома.

   Динамические  дисковые хранилища

   Динамические  хранилища поддерживаются в Windows 2000 и Windows XP Professional. Диск, инициализированный для динамического хранения, называется динамическим. Динамический диск содержит динамические тома, в частности, простые тома, составные тома, чередующиеся тома, зеркальные тома и тома RAID-5.

   Примечание. На переносных компьютерах или компьютерах  под управлением Windows XP Home Edition динамические диски не поддерживаются.

   Невозможно  создать зеркальные тома и тома RAID-5 на компьютерах под управлением Windows XP Home Edition, Windows XP Professional или Windows XP 64-Bit Edition. Однако можно использовать компьютер  под управлением Windows XP Professional для создания зеркального тома или тома RAID-5 на удаленных компьютерах, работающих под управлением Windows 2000 Server, Windows 2000 Advanced Server или Windows 2000 Datacenter Server. Для этого необходимо иметь на удаленном компьютере права администратора.

   Типы  хранилищ не связаны с типами файловых систем. Базовый или динамический диск может содержать разделы  или тома FAT16, FAT32 или NTFS.

   Дисковая  система может содержать хранилища  данных различного типа в любой комбинации, однако все тома на одном диске должны использовать один тип хранилищ.

   Шесть доводов против динамических дисков

   1) Преобразование базового диска  в динамический — это практически  необратимая операция. Исключение  составляют simple-разделы, которые  можно превратить в обычные  тома путем редактирования диска на секторном уровне. Но составные, чередующиеся и уж тем более RAID-5 диски преобразовать обратно можно только путем копирования данных на внешний носитель и удаления динамических дисков с последующим созданием обычных разделов.

   2) Преобразовав системный диск  в динамический, мы уже не сможем  ни обновить, ни переустановить Windows, поскольку динамические диски,  увы, инсталлятор не понимает  и навряд ли будет понимать  в дальнейшем.

   3) Linux и xBSD штатным образом динамические диски не поддерживают и для работы с ними требуют установки программного обеспечения от сторонних производителей (например, Paragon LDM/NTFS driver – paragon-software.com), но это еще полбеды. Некоторые типы динамических дисков поддерживаются только «продвинутыми» версиями Windows, и потому, обновляя, например, Windows XP Home до Windows Vista Home Base/Premium, мы с удивлением обнаружим пропажу динамических дисков.

   4) При серьезных разрушениях дискового  тома восстанавливать данные  на динамических дисках намного труднее, чем на обычных, и как минимум на порядок дороже. Хакеры только-только распотрошили формат информации, описывающий структуру динамических дисков, но там еще много белых пятен, и реально действующих утилит для автоматизированного восстановления на сегодняшний день нет.

   5) Динамические диски имеют проблемы  со службой кластеров и теневыми  копиями, и, чтобы не накосячить, требуется раскурить базу знаний  и тщательно продумать каждый  шаг.

6) Серьезные  серверы традиционно оснащаются  аппаратными RAID-контроллерами, а у несерьезных потребности в динамических дисках, в общем-то, не возникает, и там они несут больше проблем, чем решают. 
4. Файловые системы

4.1 Задачи файловой  системы

    Основные  функции файловой системы это:

1)   программный интерфейс работы с файлами для приложений;

2) отображения  логической модели файловой системы  на физическую организацию хранилища  данных;

3)  организация  устойчивости файловой системы  к сбоям питания, ошибкам аппаратных  и программных средств;

4)  содержание  параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.)

В многопользовательских  системах появляется еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого  пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение». 

4.2 Основные файловые  системы Windows XP

4.2.1 Файловая система  NTFS

    NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT.

    NTFS заменила использовавшуюся в  MS-DOS и Microsoft Windows файловую систему  FAT. NTFS поддерживает систему метаданных и использует специализированные структуры данных для хранения информации о файлах для улучшения производительности, надёжности и эффективности использования дискового пространства. NTFS хранит информацию о файлах в главной файловой таблице — Master File Table (MFT). NTFS имеет встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей (списки контроля доступа — Access Control Lists (ACL)), а также назначать квоты (ограничения на максимальный объём дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями). NTFS использует систему журналирования для повышения надёжности файловой системы.

    NTFS разработана на основе файловой  системы HPFS (от англ. High Performance File System — высокопроизводительная файловая система), создававшейся Microsoft совместно с IBM для операционной системы OS/2. Но, получив такие несомненно полезные новшества, как квотирование, журналируемость, разграничение доступа и аудит, в значительной степени утратила присущую прародительнице (HPFS) весьма высокую производительность файловых операций.

    Различают несколько версий NTFS: v1.2 используется в Windows NT 3.51 и Windows NT 4.0, v3.0 поставляется с Windows 2000, v3.1 — с Windows XP, Windows Server 2003, Windows Vista, Windows 7 и Windows Server 2008.

    Спецификации  файловой системы являются закрытыми. Это создаёт определённые трудности  при реализации её поддержки в  сторонних продуктах, не принадлежащих Microsoft, — в частности, разработчикам  драйверов для свободных операционных систем приходится заниматься реверс-инжинирингом системы.

    Файловая  система NTFS присутствует и в других операционных системах, но в урезанном  виде. В качестве примеров можно  привести поддержку NTFS в LINUX системах ( Linux-NTFS, NTFS-3G, Captive NTFS), системах APPLE  Mac OS X. Но используется либо просто ядро системы NTFS, либо в сборку включается специальный драйвер позволяющий работать с NTFS разделами. В любом случае полноценно, и комфортно, работать с файловой системой NTFS, на сегодняшний день, можно только в Microsoft Windows. 

    4.2.2 Файловая система  FAT

    FAT (от англ. File Allocation Table — «таблица  размещения файлов») — архитектура  файловой системы, сейчас широко  используемая в картах памяти  фотоаппаратов и других устройств.

    Разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1977 году[1]. Использовалась в качестве основной файловой системы в операционных системах DOS и Microsoft Windows (до версии Windows ME).

    Структура FAT определена стандартом ECMA-107.

    Для хранения файлов всё доступное для  них пространство разбивается на кластеры. Таблица размещения файлов содержит ячейки, каждая из которых соответствует определённому кластеру диска. Если кластер принадлежит файлу, то соответствующая ему ячейка содержит номер следующего кластера этого же файла. Если ячейка соответствует последнему кластеру файла, то она содержит значение «FFFF». Таким образом выстраивается цепочка кластеров файла. Неиспользуемые кластеры помечены «0000». «Плохие» кластеры помечены специальным кодом «FFF7».

    При удалении файла фактически только делается запись в каталоге, а цепочка кластеров не разрушается и данные не затираются. Это позволяет восстанавливать удалённые файлы, если на их место ещё не было ничего записано.

    Максимальный  размер кластера, который поддерживается в FAT, составляет 64 КБ. Зная, что максимальное количество кластеров, которое можно адресовать шестнадцатиразрядным указателем равно 65536, можно вычислить какой величины раздел можно отформатировать, применяя тот или иной размер кластера. Если взять размер кластера равным размеру физического кластера (сектора), то получим: 65536 * 512 = 32 МБ. Если взять кластер в 2 раза больше, то можно отформатировать раздел уже до 64 МБ. Ввиду того, что разрядность ФС — величина постоянная, для форматирования дисков различных размеров будут применяться разные размеры кластеров. Например, чтобы отформатировать диск более 1 ГБ, нужно применять кластер 16 КБ. Поскольку размер кластера, являющийся максимально допустимым в этой ФС, равен 64 КБ, то можно определить, что максимальный размер раздела, форматируемый под FAT, равен 4 ГБ.

    Поскольку система FAT хранит данные о файлах и  данные о свободном месте на диске  в одной таблице, то операция записи файла, традиционно состоящая из двух этапов (добавление занимаемого  блока в перечень занятых и исключение этого же блока из списка свободных) происходит в FAT в одно действие. Благодаря этому система FAT обладает врождённой устойчивостью к сбоям, то есть сбой (например, питания) в момент выполнения операции чтения или записи в большинстве случаев не приведёт к разрушению файловой системы. Однако следует помнить, что в данном случае речь идёт именно о целостности файловой системы, а не самих файлов.

    Cyществует  четыре версии FAT — FAT12, FAT16, FAT32 и  exFAT. Они отличаются количеством  бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT12 применяется в основном для дискет, FAT16 — для дисков малого объёма, а новая exFAT преимущественно для флэш-накопителей.

    Изначально FAT не поддерживала иерархическую систему  каталогов. Все файлы располагались  в корневом каталоге. Это оказалось неудобно. И к тому же малый размер корневого каталога ограничивал количество файлов на диске. Каталоги были введены с выходом MS-DOS 2.0.

    В различных операционных системах также  были внедрены различные расширения FAT. Например, в DR-DOS имеются дополнительные атрибуты доступа к файлам; в Windows 95, Linux и Proolix — поддержка длинных имён файлов (LFN) в формате Unicode (Virtual FAT — VFAT); в OS/2 — расширенные атрибуты всех файлов. 
 
 
 
 
 

    4.2.3 Файловая система  WinFS 

    Файловая система WinFS планировалась на смену NTFS в качестве более совершенной файловой системы. Руководство Майкрософт хотела включить эту разработку в свою систему Windows Vista во времена когда её кодовое название было Longhorn. Однако в июне 2006 года было заявлено о прекращении разработок WinFS как файловой системы для операционных систем, а в ноябре 2006 года Microsoft заявила, что файловая система ещё разрабатывается, и появится позже — либо в Windows Seven, либо как отдельный продукт.

    В настоящее время файловая система так и не выпущена и эра “файловой системы NTFS” все еще продолжается 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    5. Файловые системы  Linux

Ext2fs 

  До  недавнего времени список истинно  родных (native) файловых систем для Linux ограничивался  единственной - ext2fs.  Название это расшифровывается как "вторая расширенная