Обзор дисковых интерфейсов и архитектур

1.

СЛОИ PARTITION И VOLUMES
Обзор дисковых интерфейсов и архитектур

2.

План
Слой Partition Manager и слой Volumes Manager в архитектуре
Раздел vs Том
LVM
Storage Spaces

3.

Архитектура файлового хранения
Volume snapshots – механизм создания
мгновенных копий состояния
файловых систем.
Volume Manager – механизм,
представляющий абстракцию тома.
Partition Manager- управление
разделами.

4.

Раздел vs Том
Раздел - область диска имеющая
определенные границы.
Том - область диска с файловой системой.

5.

Разделы

6.

Способы разбиения на разделы
MBR (Master Boot Record — главная загрузочная запись)
старый способ
непосредственным образом участвует в загрузке операционной системы
всегда находится в первом секторе жесткого диска
хранит и информацию, позволяющую описать разделы на блочном устройстве.
GPT (GUID Partition Table — таблица разделов GUID)
создана для замены MBR
является частью UEFI
снимает ограничения MBR
поддерживается только актуальными операционными системами

7.

MBR
BIOS считывает первый сектор с диска в
память по адресу 0000:7C00h и передает
ему управление
Структура:
440
байт исполняемого кода
4 байта ID диска
После адреса 01BEh - таблица разделов (4
шт)
Сигнатура MBR - для проверки целостности
MBR (AA55h)

8.

Таблица разделов
Признак активности (один!)
3 байта – адреса начала
раздела (Cylinder Head Sector)
Код типа – id типа раздела и
ФС.
3 байта – адрес конца раздела
(Cylinder Head Sector)
LBA (Logical Block Addressing) –
адрес LBA

9.

LBA
До LBA можно было адресовать раздел до 8 Гб
LBA – 32-битная сплошная нумерация секторов – 2 Тб.
Для дисков > 8 Гб в CHS - FFh

10.

Расширенные разделы
Позволяют создавать больше разделов на диске, чем это
позволяет MBR
Тип 05h и 0Fh
В первом секторе расширенного раздела находится структура
EBR (Extended Boot Record).
В
EBR нет исполняемого кода (заполнено нулями)
Сигнатуры диска и два неиспользуемых байта должны быть
заполнены нулями
В таблице разделов могут быть заполнены только две первых записи.
Остальные две записи должны быть заполнены нулями

11.

Расширенные разделы
EBR – список таблиц разделов.
Кол-во логических разделов практически не ограничено.

12.

GPT
Использует только LBA (и не 32, а 64 (48) бита)
Хранит 2 копии (начало и конец диска)
Использует для раздлелов GUID — Globally Unique Identifier
— 128-битный статистически уникальный идентификатор.

13.

GPT

14.

GUID Partition Table (GPT)
Защитный MBR-сектор, это старый MBR-сектор.
Первичный GPT-заголовок - содержит в себе данные о всех
LBA-адресах, использующихся для разметки диска на
разделы.
Таблица разделов диска
максимум
128 разделов, на каждую запись раздела - 128 байт,
таблица разделов займет 128*128=16384 байт, или 32 сектора
диска.
Данные (содержимое)
Копия таблицы разделов диска
Копия GPT-заголовка

15.

Таблица разделов диска в GPT
Размер
16 байт
16 байт
Название и описание поля
GUID типа раздела.
Уникальный GUID раздела. Генерируется при создании
раздела
8 байт
Начальный LBA-адрес раздела
8 байт
Последний LBA-адрес раздела
8 байт
Атрибуты раздела в виде битовой маски
72 байта Название раздела. Unicode-строка длиной 36-символов

16.

Тома

17.

Том
Том – система управления дисковым пространством,
абстрагирующаяся от физических устройств.
позволяет эффективно использовать и легко управлять дисковым
пространством.
обладает хорошей масштабируемостью, уменьшает общую
сложность системы.
У логических томов, можно легко изменить размер,
Создавать избыточные тома и делать снимки состояния
Независим от «железа»

18.

LVM (Logical Volume Manager) 1\2
PV, Physical volume, физический том. Обычно это раздел на диске
или весь диск. В том числе, устройства программного и
аппаратного RAID
VG, Volume group, группа томов. Это самый верхний уровень
абстрактной модели, используемой системой LVM. С одной
стороны группа томов состоит из физических томов, с другой -- из
логических и представляет собой единую административную
единицу.

19.

LVM (Logical Volume Manager) 2\2
LV, Logical volume, логический том. Раздел группы томов,
эквивалентен разделу диска в не-LVM системе. Может содержать
файловую систему.
PE, Physical extent, физический экстент. Каждый физический том
делится на порции данных, называющиеся физическими
экстентами. Их размеры те же, что и у логических экстентов.
LE, Logical extent, логический экстент. Каждый логический том
делится на порции данных, называющиеся логическими
экстентами. Размер логических экстентов не меняется в пределах
группы томов.

20.

LVM (Logical Volume Manager) 2\2

21.

Экстенты и способы их отображения
Линейное отображение

22.

Экстенты и способы их отображения
Чередующемся способе отображения

23.

Управление томами в LVM

24.

Windows Storage Spaces
Storage Spaces — технология виртуализации дискового
пространства, которая впервые появилась в Microsoft Windows
Server 2012.
Storage Spaces является дальнейшим развитием механизма
управления динамическими дисками в Windows.

25.

Windows Storage Spaces
Дисковые пулы - отдельные физические диски объединяются в
один или несколько пулов,
На пуле создаются тома
Тома могут быть с различными уровнями производительности и
отказоустойчивости.

26.

Windows Storage Spaces
Simple (простой) - требует наличия минимум двух дисков.
Mirror (зеркальный) - позволяет сохранять несколько копий
данных на случай отказа.
Two-way mirror spaces хранят две копии данных,
Three-way mirror spaces позволят пережить отказ двух дисков, а для их
организации потребуется минимум пять.
Parity (с контролем четности) - рекомендуется для хранения
архивных и стриминговых данных. Хранят несколько копий на
случай отказа.
Для
отказоустойчивости по одному диску - минимум три диска,
На случай проблемы с двумя - минимум семь дисков.

27.

Выводы

28.

Выводы
Раздел привязан к устройству
Том – структура, хранящаяся поверх раздела тома
С точки зрения ФС разница между томом и разделом
практически отсутствует (с zfs все сложно)
Разделы – MBR и GPT
Примеры томов – LVM и Storage Spaces