Файловая система

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Файловая система



1. Физические носители информации

файловый дефрагментация носитель

Носитель информации (информационный носитель) - любой материальный объект, способный достаточно длительное время сохранять в своей структуре занесённую на него информацию. Носителем информации может быть любой объект, с которого возможно чтение имеющейся на нём информации.

В рамках работы нас интересуют электронные носители информации, являющиеся физическим объектом для хранения нефизических (электронных) данных.

1.1 Жесткий диск

Жёсткий диск (винчестер, HDD) - запоминающее устройство (устройство хранения информации) произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. До сих пор является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

История

Первый жесткий диск IBM 350 Disk Storage Unit был представлен 4 сентября 1956 года. Он представлял собой шкаф шириной 1,5 м, высотой 1,7 м, толщиной 0,74 м и весил почти тонну. На его шпинделе было 50 дисков размером 24? (61 см), покрытых краской, в которой содержался ферромагнитный материал. Диски вращались со скоростью 1200 оборотов в минуту, а суммарный объем хранимой на них информации был равен 4,4 МБ.

В 1979 году Seagate создала первый диск формфактора 5,25? ST-506 объемом 5 МБ, и год спустя его запустили в производство. Еще через год была выпущена модель ST-412 объемом 10 Мб. Именно эти диски использовались в персональных компьютерах IBM PC/AT и IBM PC/XT.

В 1986 году введены стандарты SCSI, ATA (IDE).

В 2003 году введен последовательный интерфейс обмена данными SATA, который является развитием параллельного интерфейса ATA (IDE).

Устройство

Основным компонентом жесткого диска являются одна или несколько пластин (их ещё называют платтеры), выполненных из алюминия или стекла, покрытые магнитным слоем - двусторонние магнитные пластины. Именно на этих пластинах и хранится вся информация, расположенная на жестком диске.

Диски закреплены на общей оси и вращаются с достаточно большой скоростью. Кроме того, в корпусе жесткого диска имеется блок магнитных головок, которые осуществляют чтение и запись с поверхностей дисков. Все головки соединены вместе и не могут двигаться раздельно, поэтому запись и чтение производятся сразу со всех поверхностей всех дисков одновременно.

С целью адресации пространства поверхности пластин диска делятся на дорожки - концентрические кольцевые области. Каждая дорожка делится на равные отрезки - секторы. Предполагается, что все дорожки в заданной зоне диска имеют одинаковое число секторов.

Цилиндр - совокупность дорожек, равноотстоящих от центра, на всех рабочих поверхностях пластин жёсткого диска. Номер головки задает используемую рабочую поверхность (то есть конкретную дорожку из цилиндра), а номер сектора - конкретный сектор на дорожке.

Преимущества HDD: низкая стоимость за 1ГБ, вследствие чего - более высокие объемы предоставляемой для хранения памяти.

Недостатки: имеются подвижные детали, что приводит к механическому износу и шуму, в процессе работы очень значимо влияние фрагментации, скорость доступа уступает современным носителям информации, энергопотребление выше, чем у флеш-памяти.



1.2 Флеш-память

Флеш-память (англ. flash memory) - разновидность полупроводниковой технологии электрически перепрограммируемой памяти. Получила повсеместное распространение благодаря дешевизне, простоте, компактности и надежности. Наиболее распространена в виде USB-флешек.

Твердотельный накопитель (англ. SSD, solid-state drive) - компьютерное немеханическое запоминающее устройство на основе микросхем памяти. В настоящее время твердотельные накопители используются в компактных устройствах: ноутбуках, нетбуках, коммуникаторах и смартфонах, но могут быть использованы в качестве гибридных или полностью твердотельных жестких дисков в стационарных компьютерах и на серверах для повышения производительности.

История

Предшественниками технологии флеш-памяти можно считать ультрафиолетово стираемые постоянные запоминающие устройства и электрически стираемые ПЗУ (EEPROM).

Усилия инженеров были направлены на решение проблемы плотности компоновки цепей стирания. Они увенчались успехом изобретением инженера компании Toshiba Фудзио Масуокой в 1984 году. Название «флеш» было придумано также в Toshiba коллегой Фудзио, Сёдзи Ариидзуми, потому что процесс стирания содержимого памяти ему напомнил фотовспышку (англ. flash).

Принцип работы

Принцип работы полупроводниковой технологии флеш-памяти основан на изменении и регистрации электрического заряда в изолированной области полупроводниковой структуры.

В простейшем случае каждая ячейка хранит один бит информации и состоит из одного полевого транзистора. Главной особенностью полевого транзистора, которая позволяет использовать его для хранения информации, стала возможность удерживать электрический заряд на «плавающем» затворе до 10 лет. Сам «плавающий» затвор выполнен из поликристаллического кремния и полностью окружен слоем диэлектрика, что обеспечивает ему полное отсутствие электрического контакта с элементами транзистора.

При записи или стирании содержимого ячейки заряд помещается на плавающий затвор (запись) либо снимается с плавающего затвора (стирание) методом тунеллирования. Эффект туннелирования заключается в преодолении электроном потенциального барьера малой «толщины». При создании определённых условий (соответствующее напряжение) электрон проскакивает слой диэлектрика (туннелирует сквозь него), создавая ток.

Наличие заряда на «плавающем» затворе меняет вольт-амперные характеристики транзистора таким образом, что при обычном для чтения напряжении канал не появляется, и тока между истоком и стоком не возникает.

Архитектура SSD

Существует два типа NAND-памяти, используемой в SSD дисках - SLC (single-level cell) и MLC (multi-level cell). SLC-устройства имеют одноуровневые ячейки, которые хранят в каждом транзисторе только один бит, а многоуровневые MLC могут хранить в каждой ячейке несколько бит информации.

Для более эффективного использования элементарных ячеек памяти они были объединены в массивы с несколько уровневой структурой. Одна ячейка хранящая два (для нынешнего поколения MLC) бита данных, объединена в группу названную страницей и вмещающую 4 КБ данных. Далее 128 страниц объединены в блок объемом 512 КБ, а 1024 блока дают массив, представляющий 512 МБ. Управление данными в одном массиве обычно осуществляется одним контроллером.

Алгоритмы для работы с SSD-дисками

Ввиду ограниченности циклов записи / стирания ячеек флеш-памяти разработчикам пришлось составить правильный алгоритм работы SSD-диска, позволяющий равномерно «изнашивать» всё его запоминающее пространство. Как только информация записана на страницу, она не может быть перезаписана до тех пор, пока не будет очищена. Проблема заключается в том, что минимальный размер записываемой информации не может быть меньше 4 КБ, а стереть данные можно минимум блоками по 512 КБ. Для этого контроллер группирует и переносит данные для освобождения целого блока.

Если необходимо удалить не весь блок, а несколько страниц, находящихся в нем, то контроллер удаляет данные логически, не стирая их, а просто помечая данные страницы как удаленные. В дальнейшем оставшаяся информация будет скомпонована с новой, пришедшей для записи, и записана в пустой блок, а исходный блок будет полностью удален и помечен как пустой.

Тримминг - еще одна технология, обеспечивающая более равномерный износ SSD-диска и быструю работу с данными за счет команды TRIM. Она позволяет выстроить цепочку и определить приоритет освобождаемых блоков. Раньше данная операция была возложена на ОС, но современные SSD-контроллеры уже поддерживают данную функцию аппаратно в прошивках накопителей. Время выполнения операции по «зачистке» блоков связано со свободным объемом на диске.

Список ОС поддерживающих TRIM:

Windows 7 - Поддерживается с финального релиза (октябрь 2009)

Linux 2.6.33 - Поддерживается с февраля 2010

OpenSolaris - Поддерживается с июля 2010

Mac OS X - Поддерживается (на данный момент - только для SSD, входящих в комплект поставки компьютера) с версии 10.6.6 с соответствующим обновлением.

Преимущества SSD: высокая скорость доступа к данным, низкое энергопотребление, не содержит подвижных частей и устойчив к ударам - в связи с чем используется в мобильных устройствах, отсутствие влияния фрагментации, отсутствие шума в процессе работы, компактность.

Недостатки: ограниченное количество циклов записи в ячейки, дороговизна по сравнению с жесткими дисками, невозможность восстановления удалённой информации recovery-утилитами.

1.3 Оптические носители

Оптический диск (англ. optical disc) - собирательное название для носителей информации, выполненных в виде дисков, чтение с которых ведётся с помощью оптического излучения.

История

Компакт-диск был разработан в 1979 году компанией Sony. Sony использовала собственный метод кодирования сигнала PCM - Pulse Code Modulation, использовавшийся ранее в цифровых профессиональных магнитофонах. В 1982 году началось массовое производство компакт-дисков. Выпуск первого коммерческого музыкального CD был анонсирован 20 июня 1982 года.

В начале 1990-х годов разрабатывалось два стандарта для оптических информационных носителей высокой плотности. Официально DVD был анонсирован в сентябре 1995 года, тогда же была опубликована первая версия спецификаций DVD. Первый привод, поддерживающий запись DVD-R, выпущен Pioneer в октябре 1997 года.

Изначально «DVD» расшифровывалось как «Digital Video Disc» (цифровой видеодиск), поскольку данный формат первоначально разрабатывался как замена видеокассетам. Позже, когда стало ясно, что носитель подходит и для хранения произвольной информации, многие стали расшифровывать DVD как Digital Versatile Disc (цифровой многоцелевой диск)

Устройство

Компакт-диск представляет собой поликарбонатную подложку толщиной 1,2 мм и диаметром 120 мм, покрытую тончайшим слоем металла (алюминий, золото, серебро и др.), защищенного слоем лака, на который обычно наносится графическое представление содержания диска. Принцип считывания через подложку позволяет весьма просто и эффективно осуществить защиту информационной структуры и удалить её от внешней поверхности диска. Диаметр пучка на внешней поверхности диска составляет порядка 0,7 мм, что повышает помехоустойчивость системы к пыли и царапинам.

Информация на диске записывается в виде спиральной дорожки из питов (англ. pit - углубление), выдавленных в поликарбонатной основе. Каждый пит имеет примерно 100 нм в глубину и 500 нм в ширину. Длина пита варьируется от 850 нм до 3,5 мкм.

Данные с диска читаются при помощи лазерного луча с длиной волны 780 нм, излучаемого полупроводниковым лазером. Принцип считывания информации лазером для всех типов носителей заключается в регистрации изменения интенсивности отражённого света. Лазерный луч фокусируется на информационном слое в пятно диаметром ~1,2 мкм.

В настоящее время значимость CD угасает, все меньше и меньше ориентируются на CD. Это связано с развитием дешевой и перезаписываемой флеш-памяти, пропускной способности интернета, ростом объемов информации, не вмещающейся в 700 МБ.

1.4 Сравнительная характеристика HDD и SSD

С учетом стремительного развития технологии и увеличения объемов SSD-накопителей, жесткие диски HDD в скором времени не смогут конкурировать с твердотельными накопителями по соотношению цена / качество. Преимущества и недостатки двух технологий с учетом специфики и сферы их применения в настоящее время подробно описаны в следующих подразделах.

Для персонального компьютера

Для пользовательского персонального компьютера переход на SSD приведет к увеличению скорости отклика при доступе к данным. С другой стороны, преимущества перекроют недостатки лишь при умеренном использовании файловой системы и поддержки технологии TRIM на уровне ОС, иначе диск очень быстро израсходует записывающий ресурс ячеек и выйдет из строя. Для экспериментов, активно использующих файловую систему (компиляция большого количества мелких файлов, например, ядро системы или исходные коды ОС; журналирование / мониторинг постоянно изменяющихся данных) использование SSD даст прирост в производительности, но очень быстро израсходует его ресурс. Использовать SSD в качестве медиахранилища также не совсем рационально по существующему сейчас отношению цены за 1 Гб.

Мобильные решения

Для мобильных устройств использование SSD даёт неоспоримые преимущества - твердотельный диск может перемещаться в пространстве и выдерживать колебания, толчки, удары, что для жесткого диска критично; он является менее энергозатратным, имеет малый вес и компактные размеры.

Серверные решения

Узким местом быстродействия сервера является жесткий диск, поэтому последние несколько лет проводятся пробные тесты с использованием SSD-RAID массивов, которые по сравнению с HDD дают достаточно высокие показатели производительности. С учетом того, что оборудование работает в круглосуточном режиме, также можно заметно сократить энергопотребление. Для увеличения срока службы выпускаются специальные серверные SSD с большим числом циклов перезаписи ячеек, что решает проблему долговечности. Из недостатков остается лишь высокая цена и малые объемы таких накопителей.

2. Файловые системы

Файловая система (англ. file system) - это упорядоченный способ наименования и хранения файлов на жестких дисках, флеш-носителях, картах памяти и другом электронном оборудовании.

Основные задачи, выполняемые любой файловой системой, это: именование файлов; обеспечение работы приложений с файлами; каталогизация данных; защита информации от сбоя питания и ошибок программ; свойства (размер, атрибуты, дата создания / изменении), необходимые для правильного взаимодействия файлов с другими объектами системы (ядро, приложения, пользователь и пр.)

2.1 Организация разделов

Раздел (англ. partition) - часть долговременной памяти жёсткого диска, выделенная для удобства работы, и состоящая из смежных блоков. Организация разделов имеет более низкоуровневую структуру по сравнению с файловой системой, универсальна и не зависит от операционной системы.

Информация о размещении разделов на жёстком диске хранится в таблице разделов (англ. partition table), которая является частью главной загрузочной записи (MBR). MBR располагается в первом физическом секторе жёсткого диска. Раздел может быть либо первичным (основным), либо дополнительным (расширенным).

В первом секторе каждого основного раздела находится загрузочный сектор (Boot Record), отвечающий за загрузку операционной системы с этого раздела. Информация о том, какой из основных разделов будет использован для загрузки операционной системы, тоже записана в главной загрузочной записи.

В MBR под таблицу разделов выделено 64 байта. Каждая запись занимает 16 байт. Таким образом, всего на жестком диске может быть создано не более 4 разделов. Когда разрабатывалась структура MBR, это считалось достаточным. Однако позднее был введён дополнительный раздел, структура которого (EBR) позволяет создавать внутри него неограниченное число логических дисков (разделов).

Преимущества использования разделов:

· на одном физическом жёстком диске можно хранить информацию в разных файловых системах, или в одинаковых файловых системах, но с разным размером кластера (например, выгодно хранить файлы большого размера - например, видео - отдельно от маленьких, и задавать больший размер кластера для хранилища больших файлов);

· можно отделить информацию пользователя от файлов операционной системы, отделить программы от данных;

· на одном жёстком диске можно установить несколько операционных систем;

· манипуляции с одной файловой системой не сказываются на других файловых системах.

· уменьшение влияния фрагментации, т.к. при разделении жесткого диска на несколько разделов каждый файл может находиться только в пределах одного раздела.

2.2 Виды файловых систем

Файловая система (далее ФС) - более высокоуровневая организация носителя данных, предназначена непосредственно для использования операционной системой и, как правило, разрабатывается для неё.

FAT (File Allocation Table - «таблица размещения файлов») - классическая архитектура ФС, которая из-за своей простоты всё ещё широко используется для флеш-накопителей. Существует четыре версии FAT - FAT8, FAT12, FAT16 и FAT32.

exFAT (extended FAT) - разработана на основе FAT для флеш-накопителей. Основная причина разработки - уменьшение количества перезаписей одного и того же сектора, что важно для накопителей, у которых ячейки памяти изнашиваются после определённого количества операций записи.

NTFS (New Technology File System - «файловая система новой технологии») - стандартная ФС для семейства ОС Microsoft Windows NT. Поддерживает систему метаданных и использует 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).

UDF (Universal Disk Format - «универсальный дисковый формат») - это формат ФС, для хранения файлов на оптических носителях. Ранее для этих целей использовался стандарт ISO 9660.

ext/ext2/ext3/ext4 (Extended File System - «расширенная файловая система»). Разработана специально для ОС на ядре Linux. Начиная с 3 версии стала журналируемой.

ReiserFS - журналируемая ФС, разработанная специально для Linux. Возможности: упаковка нескольких небольших файлов в один блок во избежание фрагментации и потери дискового пространства, возможность изменения размера файловой системы «на лету». Последняя версия Reiser4 является одной из самых быстрых ФС.

Novell Storage Services (NSS) - ФС, используемая в операционной системе Novell NetWare. Обладает особенностями, которые делают её привлекательной для использования на файловых серверах в локальных сетях. NSS - это 64-битная журналируемая ФС, в которой используется алгоритм сбалансированного дерева поиска для хранения структуры каталогов.

В общем случае файловые системы подразделяются на журналируемые и нежурналируемые. Журналируемая файловая система сохраняет список изменений, которые она будет проводить с файловой системой, перед фактическим их осуществлением. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой журналом или логом. Как только изменения файловой системы внесены в журнал, она применяет эти изменения к файлам или метаданным, а затем удаляет эти записи из журнала.

2.3 Кластер

Кластер (англ. cluster) - логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Например, на дисках с размером секторов в 256 байт, 256-байтный кластер содержит один сектор, тогда как 2-килобайтный кластер содержит восемь секторов.

Как правило, это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения файла. Понятие кластер используется в файловых системах FAT, NTFS, HFS Plus. Другие файловые системы оперируют схожими понятиями (зоны в Minix, блоки в Unix).



3. Особенности файловых систем

В данном разделе будут рассмотрены самые распространенные пользовательско-ориентированные ФС в связке с операционной системой.

3.1 NTFS

Разработана для операционных систем семейства Windows NT на замену FAT, использующегося еще со времен MS-DOS.

Диск с ФС NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT зону - пространство, в которое растет метафайл MFT (об этом ниже). Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы самый главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов.

Свободное место диска, однако, включает в себя всё физически свободное место - незаполненные куски MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона просто сокращается, освобождая место для записи файлов. При освобождении места в обычной области MFT зона может снова расширится. При этом не исключена ситуация, когда в этой зоне остались и обычные файлы. По этой причине метафайл MFT все-таки может фрагментироваться, хоть это и было бы нежелательно.

Первые 16 файлов NTFS (метафайлы) носят служебный характер. Каждый из них отвечает за какой-либо аспект работы системы. Преимущество настолько модульного подхода заключается в поразительной гибкости - например, на FAT-е физическое повреждение в самой области FAT фатально для функционирования всего диска, а NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT.

Метафайлы находятся корневом каталоге NTFS диска - они начинаются с символа имени «$», хотя получить какую-либо информацию о них стандартными средствами сложно. Любопытно, что и для этих файлов указан вполне реальный размер - можно узнать, например, сколько операционная система тратит на каталогизацию всего вашего диска, посмотрев размер файла $MFT.

NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще. У NTFS просто не бывает промежуточных (ошибочных или некорректных) состояний - квант изменения данных не может быть поделен на до и после сбоя, принося неопределенность - он либо совершен, либо отменен.

3.2 Linux-ориентированные файловые системы

В процессе установки ОС Linux пользователю предлагается выполнить разметку диска, выбрать файловую систему для разделов, каждая из них имеет свои особенности, преимущества и недостатки.

· ext/ext2/ext3/ext4 (Extended File System - «расширенная файловая система»). Разработана специально для ОС на ядре Linux. Начиная с 3 версии стала журналируемой. Является наиболее универсальной и пользовательско-ориентированной.

· Файловая система ReiserFS отличается тем, что позволяет хранить в одном блоке несколько файлов, и это позволяет еще больше сэкономить место на диске. Однако за все нужно платить: ReiserFS довольно неповоротлива и часто нуждается в дефрагментации. Стабильность работы ReiserFS также невелика.

· Файловую систему XFS целесообразно использовать при обработке видео в реальном времени. Также данная файловая система позволяет использовать размер блока от 512 байтов до 64 Кбайт. При работе с огромными файлами (например, видеофайлами) лучше установить наибольший размер блока. А если имеется много маленьких файлов, то рекомендуется установить наименьший размер блока - так можно сэкономить дисковое пространство. XFS изначально была рассчитана для использования на дисках большого объёма (более 2 терабайт, например, RAID-массивы)

· Файловая система JFS (Journaled File System) довольно специфична, поскольку первоначально она разрабатывалась компанией IBM для серверов. Ее производительность и надежность на высоком уровне. Но в расплату за надежность есть недостаток - размер журнала достигает 40% от размера всей файловой системы. JFS ведет журнал только метаданных, поддерживая структуру файловой системы целостной, но не обязательно сохраняет данные.

Есть еще очень много ФС, поддерживаемых дистрибутивом ОС Linux по умолчанию либо при помощи сторонних драйверов, но они очень узкоспециализированы и соответственно редки в использовании, поэтому не будут рассмотрены в рамках курсовой работы.

3.3 Файловая система Android

ОС Android основана на базе Linux Kernel, поэтому в организации файловой системы имеются схожие моменты. Некоторые директории могут располагаться в папках отличных от Linux`овых (так часть папок находится не в корневом каталоге памяти, а в папке System)

Файловая система Root должна быть небольших размеров, так как она содержит системные файлы и команды. Чем меньше объем файловой системы и чем реже она подлежит изменениям, тем меньше вероятность ее повреждения. Если система root повреждена, то обычно это означает, что начальная загрузка устройства невозможна.

Из-за использования флеш-памяти (SD-карты) для Android-устройств недопустимы журналируемые файловые системы, поэтому выбор стоит между ext и FAT.

Ext поддерживается только в Linux, что не универсально в использовании, поэтому по-умолчанию используется FAT32. Для внешних SD-карт, использующихся в Android, возможно использование любой ФС, поддерживаемой прошивкой Android-устройства.

Использование exFAT в ОС Android очень нестабильно, постоянно происходят сбои и потеря информации, поэтому на текущий момент её использование не рекомендуется.

Структура каталогов Android приведена в таблице 3 приложения 3

3.4 Файловая система exFAT

Основные преимущества exFAT перед FAT - уменьшение количества перезаписей одного и того же сектора, что важно для флеш-накопителей, у которых ячейки памяти необратимо изнашиваются после определённого количества операций записи (это сильно смягчается выравниванием износа - wear leveling, - встроенным в современные USB-накопители и SD-карточки), улучшение распределения свободного места за счёт введения бит-карты свободного места.

Но поддержка этой ФС в операционных системах очень ограничена из-за её закрытости и неясности лицензирования. Полная поддержка имеется в операционных системах: Windows XP с Service Pack 2 и 3 с обновлением KB955704, Windows Vista с Service Pack 1, Windows Server 2008, Windows 7, Windows 8, а также в Mac OS X Snow Leopard начиная с версии 10.6.5. Также существует свободный драйвер exFAT в виде патча для ядра Linux, поддерживающий только чтение этой файловой системы.

4. Фрагментация и дефрагментация

Файловую систему нужно обслуживать, поскольку её устройство не является совершенным, и длительная автономная работа приводит к засорению избыточной и устаревшей информацией, фрагментации, и как следствие - замедлению работы. В современных пользовательских операционных системах есть встроенные утилиты для удаления временных файлов и дефрагментации, но постоянно разрабатываются дополнительные специализированные утилиты.

Фрагментация - процесс разбиения файла на небольшие фрагменты при записи на диск. Причина этого заключается в сокрытии от пользователя низкоуровневого процесса записи информации. Длинные файлы занимают несколько кластеров. Если запись производится на незаполненный диск, то кластеры, принадлежащие одному файлу, записываются подряд. Если диск переполнен, на нём может не быть области, достаточной для размещения файла. Тем не менее, чтобы не отвлекать пользователя от работы, файл запишется, если на диске много мелких областей, суммарный размер которых достаточен для записи. В этом случае файл записывается в виде нескольких фрагментов.

Фрагментации в принципе не могут быть подвержены носители информации, на которые информация записывается исключительно последовательно - к ним относятся оптические диски и носители на магнитных лентах.

Фрагментация присутствует, но не сказывается на работе для твердотельных (SSD) накопителей, потому что обращение к ячейкам происходит мгновенно, ведь нет необходимости передвигать механическую головку для считывания файла, как в жестком (HDD) диске.



4.1 Дефрагментация

Дефрагментация - процесс упорядочивания и оптимизации логической структуры раздела диска с целью обеспечить хранение файлов в непрерывной последовательности кластеров.

Процесс дефрагментации файла можно разделить на два основных этапа:

1) анализ файла, поиск кластеров этого файла, их расположение, поиск области диска для перемещения фрагментированных данных;

2) непосредственно сама дефрагментация-перемещение кластеров файла в отведенное место, удовлетворяющее его объему.

4.2 Дефрагментация в Windows

В ОС MS-DOS начиная с версии 6 поставляется системная утилита Defrag. ОС Windows начиная с семейства NT5 и новее содержит дефрагментатор, основанный на Diskeeper. Утилиты по-умолчанию не поддаются никакой настройке, а в Windows 7 дефрагментация производится в фоновом режиме, пользователю только нужно установить расписание.

Скриншот рабочего окна стандартного дефрагментатора Windows 7 см. рисунок 1 приложения 4

Дефрагментаторы от сторонних производителей (Auslogics Disk Defrag, O&O Defrag, Defraggler, PerfectDisk) позволяют более тонко настраивать процесс дефрагментации, выбирать алгоритм сортировки или дефрагментировать отдельные каталоги.

В образовательных целях для методического пособия был выбран дефрагментатор UltimateDefrag, который просто и наглядно демонстрирует структуру диска, реальное расположение файлов в секторах и кластерах, MFT-файлы, давая представление не только о степени фрагментации, но и об устройстве файловой системы в целом.

Скриншот рабочего окна UltimateDefrag см. рисунок 2 приложения 5

Windows 7 отключает дефрагментацию для SSD-дисков. Поскольку SSD показывают высокие результаты производительности при произвольном считывании, дефрагментация не предоставит тех преимуществ, которые даёт на обычном жестком диске.

4.3 Дефрагментация в Linux

Существует миф, что Linux'овые файловые системы не подвержены фрагментации. На самом деле это не так.

Например, был проведён следующий эксперимент: на чистую файловую систему было записано 32 файла размером 1GB каждый; сначала по очереди, потом (после пересоздания файловой систем) одновременно. За счёт параллельности процессов записи во втором случае файловая система получилась сильно фрагментированной. Различие в скорости чтения данных в первом и втором случае составило 14.8% для ext3 и 16.5% для XFS.

В повседневной работе файловая система фрагментируется не так сильно, как NTFS, но всё-таки факт фрагментации присутствует. Проанализировать это можно следующей командой:

sudo e4defrag - c /dev/sdaXX

где sdaXX - раздел диска.

Для дефрагментации в Linux на данный момент есть консольная утилита e4defrag, графических приложений пока что нет.

В ОС Android дефрагментация в принципе не нужна, потому что в мобильных устройствах используются накопители по технологии флеш-памяти.



Литература

1. Свободная энциклопедия Википедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Флеш-память. - Дата доступа: 11.11.2013

2. Свободная энциклопедия Википедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/SSD. - Дата доступа: 11.11.2013

3. Свободная энциклопедия Википедия [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://ru.wikipedia.org/wiki/Жёсткий_диск. - Дата доступа: 11.11.2013

4. От новичка до IT-специалиста [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://entercomputers.ru/sekrety-sborki-pk/ssd-vs-hdd.html. - Дата доступа: 11.11.2013

5. www. EasyCOM.com.ua [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.easycom.com.ua/storag/diski_ssd_na_osnove_nand-pamyati__tehnologii_prinjip_rabotye_raznovidnosti/? lang=ru. - Дата доступа: 11.11.2013

6. Мир Линукс. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.clinuxworld.com/installation/55-file-system. - Дата доступа: 24.11.2013

7. Учебно-методическая страничка Сергеева Георгия Георгиевича [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://sergeev.sebastopol.ua/ostema19.html. - Дата доступа: 24.11.2013

8. Русский Tom's Hardware Guide [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.thg.ru/storage/raid_16_ssd/print.html. - Дата доступа: 11.11.2013

9. Вадим Стеркин - Think Outside the Box! [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.outsidethebox.ms/14432/. - Дата доступа: 03.12.2013

Размещено на Allbest.ru

...