Диски и файловые системы

Содержание 

1. Введение………………………………………………………..……………….2

2. Сравнение  Windows ХР и Linux……………………………………………….3

3. Динамические  и базовые диски……………………………………………….6

   3.1 Базовые диски……………………………………………………………….6

   3.2 Динамические диски………………………………………………………..8

      3.2.1 Типы динамических дисков…………………………………………….8

   3.3 Сравнение  базовых и динамических дисков……………………………..10

4. Файловые  системы Windows XP……………………………………………..13

  4.1 Задачи файловой системы…………………………………………………13

  4.2 Основные файловые системы ……………………………………..............13

     4.2.1 Файловая система NTFS……………………………………………….13

     4.2.2 Файловая система FAT………………………………………………...14

     4.2.3 Файловая система WinFS………………………………………………17

5. Файловые  системы Linux……………………………………………………..18

6. Заключение…………………………………………………………………….22

7. Список  литературы……………………………………………………………23 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Введение.

   Что такое современный мир? Мир всеобщей глобализации и компьютаризации. Что  встаёт на первое место для нас, для  современной молодежи? Что может  дать власть и вознести к самым высотам, а что способно Вас от туда скинуть?

   Ответ на эти вопросы прост. Это цифровые устройства и информация. В мире где микроволновка способна выходить в интернет для самосоятельного  поиска рецептов, человек теряет свою роль. Свое место в жизни. К сожалению информация и цифровые гаджеты играют очень важную роль в современном мире. Мире в котором если у пятикласника нет сотового телефона, то он никто,а для многих переписка в аське становится важнее разговора с родителямми. Что будет с человеком если из его жизни исчезнут телефоны, компьютеры? Жизнь остановится.

   Я выбрал эту тему так как, по моему  мнению, диски и файловые система  это основа того без чего мир не сможет прожить в 21 веке - компьютера, а все остальное (почти все) вторично. Жесткий диск можно увеличить, операционку переустановить (благо Майкрософт “штампует” их каждые год-полтора, а количество Linux систем вообще не поддаётся счету), память наростить и это все конечно сыграет свою роль, но сначало идет файловаю система. Поэтому я считаю очень важно разобраться в этом вопросе.

   Какова  цель? Дать общее представление о  файловых системах и типов дисков в среде Windows и Linux. Предметом исследования будет Windows и Linux, а объектом их файловые системы.

   Что Вас ждет во время чтения моей контрольной? Я думаю от улыбки до разочарования, от радости до грусти. Потому что все что сдесь описанно уже давно извесно людям знающим и понимающим. “Зачем тогда это?” спросите Вы, и для кого? Я отвечу “что это для себя”

      
2. Сравнение Windows ХР и Linux

   Первое  очевидное различие, конечно же, в ценах, установленных разработчиками на свои продукты. Linux при приобретении коробочной версии, чаще всего, обходится  в стоимость носителя или немногим больше того. Windows - типичное коммерческое решение с несомненно ощутимой для конечного пользователя ценой порядка сотни долларов США.

   Второе  различие, лежащее на поверхности, заключается  в доступности исходных текстов  рассматриваемых программных продуктов. Microsoft предоставляет свой код ограниченному  кругу компаний, организаций и специалистов, но для широкой общественности такой ограниченный доступ значит мало, поскольку любая инициатива по его использованию обязательно должна совпадать с курсом софтверного гиганта. Linux открыта всем ветрам, и на сей счёт даже существует такая вот замечательная шутка (автора, к сожалению, не вспомню, в оригинале это было карикатурой): покер в стиле Линукс - это когда каждый знает, какие карты на руках у других игроков, каждый может играть чужыми картами и каждый играет так, как ему того хочется, а выигрывают все, кроме Билла Гейтса...

   Впрочем, два упомянутых выше различия, которыми часто оперируют в спорах с  поклонниками Windows линуксоиды, на самом  деле значат немного. Вчера сайтом LinuxInsider.com была опубликована статья сравнительно известного проповедника идей open-source Пола Мёрфи, в которой констатируется именно этот факт: стоимость операционной системы для бизнесов часто вообще неважна, а в составе комплексных решений для домашних пользователей обычно нивелируется (система обходится дешевле), исходные же тексты для большинства рядовых пользователей - тёмный и страшный лес. Мёрфи, также задавшийся вопросом конкретизации различий между Windows и Linux (точнее, UNIX-системами), предлагает пойти иным путём - отталкиваться от философии разработчиков. При том, что и Windows, и Linux решают, в общем-то, одни и те же задачи (посредничество между пользователем и ресурсами компьютера, распределение времени и памяти, организация взаимодействия между процессами), побудительные мотивы, которые движут их создателями, различаются радикально. Статья Мёрфи перенасыщена технической терминологией, но идея проста: разработчики Microsoft выбирают направление движения, исходя из сиюминутных рыночных реалий: они реагируют на запросы рынка и усиленно развивают какую-либо одну из кажущихся перспективными технологий, не обращая внимания на её соотношение с уже реализованными в Windows наработками. Постепенно это приводит к неоправданному усложнению кода, потере его эффективности, и тогда компания производит смену программной платформы, стараясь, впрочем, сохранить совместимость с предыдущими этапами. Именно поэтому в Windows XP - четыре поколения программного интерфейса Win32 и только один интерфейс POSIX. Постоянство родившейся и развивавшейся в академической среде UNIX объясняется тем, что исторически разработчики систем этого семейства уделяли больше внимания долгосрочной перспективе, выдавая на-гора, в целом, более качественный код. В Linux, абсолютно свободной от коммерческих зависимостей, этот принцип реализован в чистом виде. Таким образом, вот ещё одно важное различие: Windows - продукт, созданный ради денег, тогда как Linux можно назвать построенным из любви к искусству.

   Что ещё? Модульность. Свобода конфигурации Linux (для пользователя) совершенно бесподобна: не имея единого графического интерфейса, эта система может быть превращена буквально во что угодно - от незаметного сервера до синтезатора. Где-то между этими, кажущимися автору колонки максимально далёкими категориями, находится и домашняя персоналка.

   Сравнительная сложность подключения новых  устройств и установки программ. Здесь перевес пока явно на стороне Windows, и если проблемы с инсталляцией программного обеспечения в некоторых Linux-дистрибутивах уже решены (Debian, Gentoo), смена аппаратной конфигурации в свободной ОС - пока занятие не для слабонервных.

   Наконец, ещё одно отличие - это интересность для юзера. Если Windows - всего лишь детально выверенный рабочий инструмент, Linux похож на большой, умный и сложный  конструктор, который вам подарили. Впрочем, претендовать на перечисление здесь всех отличий было бы наивно потому что каждый пользователь имевший дело с обоими системами обязательно найдет своё принципеальное различие которое и окажется рашающим в выборе windows – Linux. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3. Динамические  и базовые диски

   Базовые диски и динамические диски —  это два типа конфигурации жесткого диска в операционной системе Windows. На большинстве персональных компьютеров  диски сконфигурированы как базовые  диски, которые просты в управлении. Опытные пользователи и ИТ-специалисты могут воспользоваться преимуществами динамических дисков, в которых используются несколько жестких дисков для управления информацией, тем самым повышая производительность и надежность компьютера. 

   3.1 Базовые диски

   В семействе Windows  — используемая по умолчанию конфигурация для раздела  логического диска. Базовый диск может содержать основной раздел и дополнительный раздел с логическим диском. Первоначально все диски Windows 2000 создаются в виде базовых, но затем можно преобразовать их в динамические диски (dynamic disk).

   При эксплуатации базового диска возникает  необходимость перезапускать систему  после внесения некоторых изменений  в конфигурацию дисковых разделов. Из-за этого, при использовании базового диска как части сервера, администраторы вынуждены планировать внесение изменений либо на период неактивной эксплуатации системы, либо на нерабочее время.

   Отличительные особенности базового диска:

   1) Основной раздел (Primary partition). Разделы  этого типа, в отличие от остальных, способны выступать в качестве так называемых системных разделов (system partition) , на которых в свою очередь могут размещаться загрузочные сектора и специфичные для той или иной операционной системы файлы (startup files), такие, как, например, программа-загрузчик NT – NT Loader или NTLDR, а также особый файл hal.dll. В процессе загрузки система устанавливает соответствие между основным разделом и буквой логического диска (скажем, С, Е). И операционная система Windows 2000, и NT могут работать с несколькими основными разделами одного физического диска; в то же время, другие операционные системы, такие, как MS-DOS и Windows 9x, позволяют создавать и распознать лишь один основной раздел на диске.

   2) Расширенный или дополнительный раздел (Extended partition). Дополнительные разделы могут состоять из нескольких логических дисков (logical drive) . Базовый диск может содержать лишь один дополнительный раздел, однако внутри этого раздела может быть несколько логических дисков.

   Логические диски (Logical drive). Логические диски – это самостоятельные логические единицы, организованные в пределах дополнительного раздела. Задействовать их в качестве системного раздела нельзя, зато можно использовать для многих других задач, в том числе для формирования томов и организации так называемого загрузочного тома (boot volume) Windows 2000 или NT, на котором будет располагаться каталог \winnt. Система присваивает логическим дискам соответствующие буквы. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.2 Динамический диск

   3.2.1 Типы динамических дисков 

   Простые (simple) диски практически ничем  не отличаются от обычных, за исключением  того, что при переразбиении диска  отпадает необходимость в перезагрузке. Simple-тома размещаются на одном физическом диске и всегда непрерывны на всем своем протяжении. При увеличении размеров simple-томов за счет свободного пространства, находящегося на других дисках, они автоматически превращаются в составные (spanned) разделы.

• Надежность: средняя
• Избыточность: отсутствует
• Производительность: средняя

   Составные (spanned) состоят из одного или нескольких simple-томов, находящихся на разных физических дисках, объединенных в единый логический том. Информация записывается последовательно, как в классическом линейном RAID-массиве.

   *  Надежность: низкая

   * Избыточность: отсутствует

   *  Производительность: средняя

   Чередующиеся (stripped) внешне похожи на spanned, поскольку, как и последние, объединяют несколько  физических дисков в один логический том, но данные записываются вперемешку, то есть первый сектор - на первый жесткий диск, второй — на второй и т.д. В результате этого оба жестких диска работают параллельно, и, если они подключены к различным IDE-контроллерам, скорость обмена пропорционально возрастает. Однако если хотя бы один диск откажет, из данных образуется «решето», не подлежащее восстановлению. Одним словом, все как в классическом RAID-массиве уровня 0.

   *  Надежность: очень низкая

   *  Избыточность: отсутствует

   *  Производительность: высокая

   Зеркальные (mirrored) - два или более динамических диска, объединенных в один логический, причем запись дублируется на все диски (как в RAID’е уровня 1), и при выходе одного винчестера из строя он может быть заменен без потери данных (а в случае поддержки hot-plug'а - и без остановки сервера). Зеркалировать можно не только простые, но также составные и чередующиеся динамические диски. Платить за надежность приходится не только дисковым пространством, но и производительностью, поскольку количество контроллеров не безгранично и зеркальные диски обычно цепляются на уже задействованные контроллеры. К тому же поиск секторов на современных винчестерах осуществляется методом «вилки» и занимает различное время, а значит, при одновременном работе с несколькими винчестерами мы вынуждены дожидаться самого последнего из них, то есть паспортное время поиска из «среднего» приближается к «наихудшему».

   *  Надежность: очень высокая

   *  Избыточность: очень высокая

   *  Производительность: средняя или  низкая

   Чередование с контролем четности (stripped with parity) соответствует массиву RAID уровня 5. Состоит из трех или более дисков (максимум — 32). Данные пишутся на все диски, кроме последнего, где хранятся коды коррекции ошибок, с помощью которых можно восстановить любой другой отказавший диск. Получается, если мы имеем три диска, избыточность составит всего 30%, а в случае пяти дисков — 20%. Естественно, RAID-5 оправдывает себя только на массивах, состоящих из большого количества дисков. Массив не может динамически увеличивать свой размер за счет присоединения новых томов и к тому же поддерживается только серверными версиями Windows.

   *  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