Обеспечение целостности файловой системы в современных операционных системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Санкт Петербургский государственный технологический институт

(Технический университет)

Контрольная работа

по курсу «Операционные системы»

Выполнила: Терентьева Е.Г.

Группа: № 9182

Санкт-Петербург

2014

1. Аналитическая часть

Поясните, что понимается под целостностью файловой структуры.

Файловая структура - это совокупность файлов и взаимосвязей между ними.

Принципы размещения файлов, каталогов и системной информации на реальном устройстве описываются физической организацией файловой системы.

Основные критерии эффективности физической организации файлов являются:

· Скорость доступа к данным.

· Объем адресной информации файла.

· Степень фрагментированности дискового пространства.

· Максимально возможный размер файла.

Система управления файлами должна иметь всю информацию о расположении и структуре файлов. Эту информацию она получает из основных структур данных: каталога и файловой информационной таблицы.

Основа файловой структуры:

· Справочники (Directory) - таблица идентификаторов и ссылок к соответствующим элементам данных.

· Списки (Lists) - структура данных представляет собой логические связи последовательных записей - элементов списка (файловой информационной таблицы).

В простейшем случае на диске создается справочник всех содержащихся на нем файлов для обеспечения доступа к нему (иначе пришлось бы просматривать весь диск). Развитые файловые структуры поддерживают древовидную (иерархическую) файловую структуру.

Запись справочника (каталога), в общем виде, содержит:

· Символическое имя файла.

· Местонахождение файла.

· Уникальный идентификатор файла (один для всех пользователей).

· Тип доступа.

· Дату последнего изменения.

В файловой информационной таблице содержится информация о расположении файла на диске.

Разрушение файловой системы зачастую более опасно, чем разрушение компьютера. Поэтому файловые системы должны разрабатываться с учетом подобной возможности.

Важный аспект надежной работы файловой системы - контроль ее целостности. В результате файловых операций блоки диска могут считываться в память, модифицироваться и затем записываться на диск.

Причем многие файловые операции затрагивают сразу несколько объектов файловой системы. Например, копирование файла предполагает выделение ему блоков диска, изменение содержимого каталога и т.д. В течение короткого периода времени между этими шагами информация в файловой системе оказывается непредсказуемой. И если вследствие непредсказуемой остановки системы на диске будут сохранены изменения только для части этих объектов, файловая система на диске может быть остановлена в несовместимом состоянии.

В результате могут возникнуть нарушения логики работы с данными, например, появиться «потерянные» блоки диска, которые не принадлежат ни одному файлу и в то же время помечены как занятые.

М.б. и другие нарушения, например, может появиться блок, принадлежащий одновременно нескольким файлам - «пересекающиеся» блоки.

В современных ОС предусмотрены меры, которые позволяют свести к минимуму ущерб от порчи файловой системы и затем полностью или частично восстановить ее целостность.

Если нарушение произошло, то для устранения проблемы несовместимости можно прибегнуть к специальным утилитам ОС (chkdsk, scandisk и др.) которые проверяют целостность файловой системы.

Они могут запускаться вручную или в автоматическом режиме после сбоя и осуществляют многократное сканирование структуры файловой системы в поисках ошибок и противоречий.

В реальной файловой системе эта процедура может занимать очень длительное время, это зависит от разных факторов: количества ошибок, объема дискового пространства и т.д.

Необходимо уточнить, что дефектные блоки после лечения не могут изменить свое месторасположение. В каждом блоке данных хранится контрольная сумма этих данных.

Под «плохими» блоками обычно понимают блоки диска, в которых вычисленная контрольная сумма передаваемых данных, не совпадает с хранимой контрольной суммой этих данных. Дефектные блоки обычно появляются в процессе работы по разным причинам: сбои в работе ОС, отключение электроснабжения, физический износ и другие.

Есть два способа решения этой проблемы: на аппаратном уровне и на уровне файловой системы.

В первом случае список дефектных блоков хранится в контроллере диска, при инициализации, контроллер считывает его и замещает эти блоки на резервные, и все запросы будут идти к резервным блокам. Обычно резервные блоки располагаются на внешних цилиндрах дискового накопителя. Если сбойный блок находится на внутреннем цилиндре, то при обращении к нему, считывающая головка будет перемещаться к внешним цилиндрам для чтения резервного блока, что накладывает дополнительную нагрузку на дисковую систему и является минусом этого способа.

В случае решения проблемы на уровне файловой системы, такой проблемы нет. Создается файл, в котором содержится список дефектных блоков, и они становятся недоступны прикладным программам и при записи данных игнорируются.

Еще одним способом подержания целостности является способ, заимствованный из СУБД который называется - журнализация или журналирование. Все действия с объектами при файловых операциях протоколируются, и если происходит сбой, то имея протокол, можно осуществить откат к предыдущему, исправному состоянию.

К сожалению, необходимо принять тот факт, что не существует никаких средств, гарантирующих полную сохранность информации в файлах, и в тех случаях, когда целостность данных нужно гарантировать с высокой степенью надежности, применяют дорогостоящие системы дублирования (например RAID системы).

Таким образом, исправное состояние файловой системы (как физическое, так и логическое) и совокупность мер (утилиты для проверки диска, резервное копирование, и другие) для поддержания его в должном виде и отвечает за целостность файловой структуры в целом.

2. Тестовые задания

файл целостность дефрагментация диск

2.1 Файловая система распределяет дисковую память, поддерживает именование файлов, отображает их имена в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечивает доступ к данным, а также поддерживает их разделение, защиту и восстановление

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы организовать эффективную работу с данными, хранящимися во внешней памяти, и обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с ними.

Основные функции файловой системы:

· Идентификация файлов. Связывание имени с выделенным ему пространством внешней памяти.

· Распределение внешней памяти между файлами.

· Обеспечение надежности и отказа устойчивости.

· Обеспечение защиты от несанкционированного доступа.

· Обеспечение совместного доступа к файлам.

· Обеспечение высокой производительности.

2.2 Что означает «512» в элементе таблицы FAT для некоторого кластера

· кластер используется файлом и не является последним;

Таблица Fat состоит из массива индексных указателей. Указатель может принимать значения, характеризующие состояние связанного с ним кластера.

Возможны следующие состояния:

· кластер свободен -- указатель обнулен;

· кластер занят файлом и не является последним кластером файла -- значение указателя -- это номер следующего кластера файла;

· кластер является последним кластером файла -- указатель содержит метку EOC (End Of Clusterchain), значение которой зависит от версии FAT:

- для FAT12 меткой EOC считается любое значение, большее или равное 0x0FF8 (по умолчанию 0x0FFF);

- для FAT16 -- большее или равное 0xFFF8 (по умолчанию 0xFFFF);

- для FAT32 -- любое значение, большее или равное 0x0FFFFFF8 (по умолчанию 0x0FFFFFFF);

· кластер поврежден -- указатель содержит специальную метку, значение которой для FAT12 0x0FF7, для FAT16 0xFFF7 и для FAT32 0x0FFFFFF7. Поврежденный кластер не может использоваться файловой системой для хранения данных; соответствующие указатели не затрагиваются при форматировании тома, когда все остальные указатели обнуляются;

· кластер зарезервирован «для будущей стандартизации» -- указатель содержит значение, превышающее CountofClusters, но меньшее метки поврежденного кластера (то есть до 0xFFF6 включительно для FAT16). В этом случае кластер, не соответствуя никаким реальным данным, считается занятым и пропускается при поиске свободного, но никакой другой информации о нём не предоставляется.

3. Практические задания

3.1 На рисунке приведен пример фрагмента файловой системы MS Windows FAT* - содержимое каталога и таблицы FAT. Проанализируйте целостность данной файловой системы и дайте рекомендации по ее лечению и оптимизации, считая, что eof - последний кластер файла, bad - дефектный кластер и не заполненный элемент таблицы - свободный кластер

Проведем анализ предоставленных данных.

Файл A состоит из четырех кластеров 4,5,28,29, и является фрагментированным, что не является ошибкой, а демонстрирует возможности блочного распределения внешней памяти. Начало цепочки кластеров в каталоге - 4, в нем ссылка на следующий кластер. В 29 кластере признак конца файла.

Файл B состоит из четырех не последовательных кластеров 9,6,24,31. Начало цепочки кластеров в каталоге - 9, в нем ссылка на следующий кластер. В 31 кластере признак конца файла. Файл фрагментирован.

Файл С состоит из четырех последовательных кластеров 20,21,22,23. Начало цепочки кластеров в каталоге - 20, в нем ссылка на следующий кластер. В 23 кластере признак конца файла.

Файл D состоит из 2 последовательных кластеров 28,29. Начало цепочки кластеров в каталоге - 28, в нем ссылка на следующий кластер. В 29 кластере признак конца файла.

Файлы А и D имеют общие кластеры - 28,29, это ошибка файловой системы которая называется - пересекающиеся кластеры. Для ее исправления нужно каждому файлу предоставить собственную цепочку кластеров, т.е. продублировать кластеры 28,29.

Кластеры 7 и 16 помечены как плохие в результате форматирования и позволяют безошибочно работать на диске, на котором могут быть плохие участки поверхности.

Цепочка из кластеров 11,12,13,14 - является потерянной, так как нет файла в каталоге, который бы ей соответствовал.

Цепочка из кластеров 17,18,28,29 - является потерянной и в тоже время содержит пересекающиеся фрагменты.

Для лечения ошибки потерянных кластеров есть два способа:

· Присвоить этим кластерам статус свободных, т.е. вернуть свободное место на диске пользователю.

· Создать файл с выделяющимся именем и связать с ним данную цепочку кластеров.

Таким образом, предоставленный фрагмент содержит ошибки файловой системы, как пересекающиеся кластеры, так и потерянные.

Приведем примеры исправления ошибок и оптимизации дискового пространства.

В этом примере потерянным кластерам были присвоены статусы свободных, а для файла D была создана собственная цепочка кластеров.

В этом случае были созданы файлы LOST_001 и LOST_002, которые позволяют оценить информацию, которая содержалась в потерянных кластерах, а в случае не надобности, пользователь может их удалить.

3.2 Используя штатные средства операционной системы MS Windows XP получите отчет о состоянии жесткого диска своего компьютера. С учетом размера кластера и логической конфигурации жесткого диска поясните полученные значения свободного и занятого пространства и оцените возможные потери дискового пространства из-за внутренней фрагментации. Оцените возможности операционной системы Windows XP, предоставляемые пользователю, для работы с жесткими дисками

В качестве тестовой операционной системы используется Windows 7 Максимальная.

Рассмотрим системные утилиты по диагностики и оптимизации дисковой системы.

Для просмотра параметров жесткого диска воспользуемся оснасткой управление компьютером.

Рис.1. Управление компьютером

В разделе управление дисками можно получить следующую информацию:

· Полный объем жесткого диска.

· Количество и тип разделов.

· Количество логических дисков.

· Тип файловой системы для каждого логического диска.

· Емкость логического диска, свободный объем в гигабайтах и процентном соотношении.

В ОС Windows 7 программа дефрагментации диска содержит параметр для автоматического запуска в запланированное время с помощью планировщика заданий и использует низкую важность для центрального процессора, а также новый алгоритм подсистемы ввода-вывода с низкой важностью для обеспечения продолжения дефрагментации с применением сокращенного количества ресурсов (меньшее количество действий по чтению и записи на диск, а также процедур центрального процессора) при использовании компьютера. Интерфейс пользователя был упрощен, а цветные графики и индикатор выполнения полностью удалены.

Рис.2. Стандартные средства W7 для выполнения дефрагментации

Служебная программа командной строки, Defrag.exe в ОС Windows 7, обеспечивает больший контроль над процессом дефрагментации, например выполнение полной дефрагментации путем объединения всех фрагментов независимо от их размера. Эта служебная программа может использоваться для дефрагментации определенных томов или просто их анализа, аналогично функциям программы дефрагментации в ОС Windows XP, что иллюстрирует рис.3.

Рис.3 Дефрагментация диска С с помощью прогр. Defrag.exe

Подсчитаем потери дискового пространства из-за внутренней фрагментации.

Размер потерь = (количество файлов * на размер кластера) / 2= = (19511551*4 КБ) / 2 = 39023102 КБ

Количество файлов и размер кластера определяем, используя служебную программу Chkdsk, рис 4.

Рис. 4

Размер потерь из-за внутренней фрагментации напрямую зависит от размера кластера и типа хранимых данных. Например, если диск содержит только мультимедийный контент и, следовательно, файлы имеют большие объемы - целесообразно размер кластера делать большим, это увеличит скорость чтения данных. Если же на диске много мелких файлов - имеет смысл размер кластера делать меньше, чтобы сократить потери дискового пространства.

Теперь запустим утилиту по очистке диска, с помощью нее можно освободить некоторое количество дискового пространства, путем удаления временных файлов, очистка корзины, журналов установок и т.д.

Рис.5. Запуск утилиты очистки диска

Рис.6. Очистка диска

Уже рассмотренная мной ранее программа CHKDSK даёт широкий круг возможностей по проверке и исправлению ошибок файловой системы.

Таким образом, операционная система обладает набором встроенных средств для оптимизации, диагностики и исправления файловой системы на жестком диске.

Размещено на Allbest.ru