1589310.ppsx

1.

МИРЭА - Российский технологический университет
ОПЕРАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ
ФИО преподавателя: Белякова Е.В.
e-mail: укажите корпоративную почту
mirea.ru

2.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файловая система
2

3.

МИРЭА - Российский технологический университет
Файловая
система
(фс)
—
это
операционной системы, включающая:
mirea.ru
часть
совокупность всех файлов на диске;
наборы структур данных, используемых для
управления файлами, такие, например, как
каталоги файлов, дескрипторы файлов,
таблицы
распределения
свободного
и
занятого пространства на диске;
комплекс системных программных средств,
реализующих
различные
операции
над
файлами,
такие
как
создание,
уничтожение, чтение, запись, именование
и поиск файлов.
3

4.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
• Файловая система - порядок., определяющий
способ организации, хранения и именования
данных
на
носителях
информации
в
компьютерах, а также в другом электронном
оборудовании. Файловая система определяет
способ
физического
хранения
информации,
которую принято группировать в виде файлов.
• Файл
поименованная
последовательность
байтов.
Конкретная
файловая
система
определяет размер имени файла, максимальный
возможный размер файла и раздела, набор
атрибутов файла. Некоторые файловые системы
предоставляют
сервисные
возможности,
например, разграничение доступа и шифрование
файлов.
4

5.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
ФС связывает носитель информации с одной стороны и API
для доступа к файлам - с другой. Когда прикладная
программа обращается к файлу, она не имеет никакого
представления
о
том,
каким
образом
расположена
информация в конкретном файле, так же как и на
физическом типе носителя он записан. Все, что знает
программа - это имя, размер и атрибуты. Эти данные она
получает от драйвера файловой системы. Именно ФС
устанавливает, где и как будет записан файл на
физическом носителе.
В
широком
смысле
понятие
"файловая
система"
включает:
совокупность всех файлов на диске,
наборы
структур данных, используемых для управления файлами,
такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы
файлов, таблицы распределения свободного и занятого
пространства на диске,
комплекс системных программных
средств, реализующих управление файлами, в частности:
создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск
и другие операции над файлами.
5

6.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файловая
система
позволяет
программам
обходиться
набором
достаточно
простых
операций
для
выполнения действий над некоторым
абстрактным объектом, представляющим
файл.
6

7.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Функции файловой системы:
• Функции для работы с файлами (создание, удаление,
переименование файлов и т.д.)
• Функции для работы с данными, которые хранятся в
файлах (запись, чтение, поиск данных и т.д.)
распределяет дисковую память,
поддерживает именование файлов,
отображает имена файлов в соответствующие адреса
во внешней памяти,
обеспечивает доступ к данным,
поддерживает разделение, защиту и восстановление
файлов.
7

8.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Задачи(назначение) решаемые ФС, зависят от способа
организации вычислительного процесса в целом.
Самый простой тип — это ФС в однопользовательских
и однопрограммных ОС, к числу которых относится,
например, MS-DOS. Основные функции в такой ФС
нацелены на решение следующих задач:
именование файлов;
программный интерфейс для приложений;
отображения логической модели файловой системы
на физическую организацию хранилища данных;
устойчивость файловой системы к сбоям питания,
ошибкам аппаратных и программных средств.
8

9.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
По предназначению файловые системы можно
классифицировать на следующие категории:
для
носителей
с
произвольным
доступом
(например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2
и др.
для носителей с последовательным доступом
(например, магнитные ленты): QIC и др.
для оптических носителей — CD
ISO9660, ISO9690, HFS, UDF и др.
и
DVD:
виртуальные файловые системы: AEFS и др.
сетевые
файловые
системы:
SSHFS, GmailFS и др.
NFS,
SMBFS,
9

10.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Важным
компонентом
физической
организации файловой системы является
физическая организация файла, то есть
способ размещения файла на диске.
• Непрерывное размещение — простейший
вариант физической организации, при
котором
файлу
предоставляется
последовательность кластеров диска,
образующих
непрерывный
участок
дисковой
памяти.
Основным
достоинством этого метода является
высокая скорость доступа, так как
затраты
на
поиск
и
считывание
кластеров файла минимальны.
10

11.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
• Следующий
способ
физической
организации
—
размещение
файла
в
виде
связанного
списка
кластеров дисковой памяти. При таком способе в
начале каждого кластера содержится указатель на
следующий
кластер.
В
этом
случае
адресная
информация минимальна: расположение файла может
быть задано одним числом — номером первого
кластера.
• Еще один способ задания физического расположения
файла заключается в простом перечислении номеров
кластеров, занимаемых этим файлом. Этот перечень
и служит адресом файла. Недостаток данного
способа очевиден: длина адреса зависит от размера
файла и для большого файла может составить
значительную величину.
11

12.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файловая система fat
FAT
В файловой системе FAT дисковое
логического диска делится на две области:
область данных.
пространство любого
системную область и
Системная область создается и инициализируется при форматировании,
а впоследствии обновляется при манипулировании файловой структурой.
Системная область состоит из следующих компонентов:
· загрузочного
record);
сектора,
содержащего
загрузочную
запись
·
зарезервированных секторов (их может и не быть);
·
таблицы размещения файлов (FAT, File Allocation Table);
·
корневого каталога (Root directory, ROOT).
(boot
Эти компоненты расположены на диске друг за другом.
12

13.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
13

14.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Область
данных
содержит
файлы
каталоги, подчиненные корневому.
В отличие от системной области,
область
данных
доступна
через
пользовательский интерфейс DOS.
14

15.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Загрузочный сектор
Формирование загрузочной записи происходит при форматировании
(например, FORMAT). Формат загрузочного сектора зависит от ОС и
даже от версии. Загрузочный сектор является самым первым на
логическом диске. Он содержит загрузочную запись (boot record).
Загрузочная запись состоит из двух частей:
·блока параметров диска (disk parameter block) - часто наз. блоком
параметров BIOS (BPB) или Extended BPB (для более старших версий
ОС)
·программы начальной загрузки ОС (system bootstrap).
Первые два байта загрузочной записи - команда безусловного
перехода на системный загрузчик - JMP 3Eh. В третьем байте - NOP
(90h).
Далее - 8 байтовый системный идентификатор (информация о фирмеразработчике и версии ОС). Обратим внимание - ОС не используется.
15

16.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Затем следует блок параметров диска, а после него - загрузчик ОС.
Блок параметров диска содержит следующую информацию
·
размер сектора,
·
число секторов в кластере,
·
число зарезервированных секторов,
·
количество копий FAT,
·
максимальное количество элементов ROOT,
·
количество секторов в таблице FAT,
·
число секторов на дорожке,
·
метку тома,
·
имя файловой системы
·
и другие параметры (байт-описатель среды по смещ 0Ah = F8Hж.д. любой емкости; F0-дискета 1.44, 3.5’’).
Загрузочные записи различных операционных систем отличаются обычно
структурой блока параметров. В некоторых есть и дополнительные
поля.
Между загрузочным сектором и FAT могут находиться зарезервированные
секторы, которые являются служебными для файловой системы или не
используются. Количество зарезервированных секторов определено в
BPB.
16

17.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Таблица размещения
файлов
Таблица размещения файлов (File Allocation Table - FAT)
по сути является картой области данных.
Область данных разбивают на так называемые кластеры.
Кластер - это один или несколько смежных секторов
области данных. С другой стороны, кластер - это
минимальная
адресуемая
единица
дисковой
памяти,
выделяемая файлу. Т.е. файл или каталог занимает целое
число кластеров. Для создания и записи на диск нового
файла операционная система отводит для него несколько
свободных кластеров диска. Эти кластеры не обязательно
должны следовать друг за другом. Для каждого файла
хранится
список
всех
номеров
кластеров,
которые
предоставлены данному файлу.
17

18.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Разбиение
области
данных
на
кластеры
вместо использования секторов позволяет:
·
уменьшить размер таблицы FAT;
·
уменьшить фрагментацию файлов;
·
сокращается длина цепочек файла Þ
ускоряется доступ к файлу.
Однако слишком большой размер кластера
ведет
к
неэффективному
использованию
области данных, особенно в случае большого
количества
маленьких
файлов
(ведь
на
каждый
файл
теряется
в
среднем
полкластера).
18

19.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Каждый элемент таблицы FAT (12, 16 или 32 бит)
соответствует одному кластеру диска и характеризует его
состояние:
свободен,
занят
или
является
сбойным
кластером (bad cluster).
· Если кластер распределен какому-либо файлу (т.е.,
занят), то соответствующий элемент FAT содержит номер
следующего кластера файла;
· последний кластер файла отмечается числом в диапазоне
FF8h - FFFh (FFF8h - FFFFh);
· если кластер является свободным, он содержит нулевое
значение 000h (0000h);
· кластер, непригодный для использования
отмечается числом FF7h (FFF7h).
Таким образом, в таблице FAT кластеры,
одному файлу связываются в цепочки.
(сбойный),
принадлежащие
19

20.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Таблица размещения файлов хранится сразу после
загрузочной записи логического диска, ее точное
расположение
описано
в
специальном
поле
в
загрузочном
секторе.
Она
хранится
в
двух
идентичных экземплярах, которые следуют друг за
другом.
При
разрушении
первой
копии
таблицы
используется вторая. В связи с тем, что FAT
используется очень интенсивно при доступе к диску,
она обычно загружается в ОП (в буфера ввода/вывода
или кэш) и остается там настолько долго, насколько
это возможно.
Основной недостаток FAT - медленная работа с
файлами. При создании файла работает правило выделяется первый свободный кластер. Это ведет к
фрагментации диска и сложным цепочкам файлов.
Отсюда следует замедление работы с файлами.
20

21.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
21

22.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файловая система VFAT
Файловая система VFAT (виртуальная FAT) впервые появилась в Windows for
Workgroups 3.11 и была предназначена для файлового ввода/вывода в
защищенном режиме. Используется эта файловая система в Windows 95.
Поддерживается она также и в Windows NT 4. VFAT - это «родная» 32-разрядная
файловая система Windows95. Ее контролирует драйвер VFAT.VXD. Управляет
различными файловыми системами и приложениями диспетчер устанавливаемых
файловых систем - Installable File Systems Manager.
VFAT использует 32-разрядный код для всех файловых операций, может
использовать 32-разрядные драйверы защищенного режима. НО, элементы таблицы
размещения файлов остаются 12- или 16-разрядными, поэтому на диске
используется та же структура данных (FAT). Т.е. формат таблицы VFAT такой
же, как и формат FAT.
VFAT наряду с именами «8.3» поддерживает длинные имена файлов. (Часто
говорят, что VFAT - это FAT с поддержкой длинных имен). Существует
специальный механизм преобразования длинных имен в короткие и наоборот. Для
томов
VFAT
нельзя
пользоваться
никакими
утилитами,
кроме
утилит
«понимающих»
VFAT.
Основной
недостаток
VFAT
большие
потери
на
кластеризацию при больших размерах логического диска и ограничения на сам
размер логического диска.
22

23.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файловая система FAT32
Это новая реализация идеи использования таблицы FAT. FAT32 - это
полностью самостоятельная 32-разрядная файловая система. Впервые
использовалась в Windows OSR2 (OEM Service Release 2). В настоящее
время FAT32 используется в Windows 98 и Windows ME. Она содержит
многочисленные усовершенствования и дополнения по сравнению с
предыдущими реализациями FAT.
1.
Намного эффективнее расходует дисковое пространство за счет
того, что использует кластеры меньшего размера (4 Кб) - подсчитано,
что экономится до 15%.
2.
Имеет расширенную загрузочную запись, которая позволяет
создавать копии критических структур данных повышает устойчивость
диска к нарушениям структур диска
3.
Может использовать резервную копию FAT вместо стандартной.
4.
Может перемещать корневой каталог, другими словами, корневой
каталог может находиться в произвольном месте снимает ограничение
на размер корневого каталога (512 элементов, т.к. ROOT должен был
занимать один кластер).
5.
Усовершенствована структура корневого каталога
23

24.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
HPFS
В
файловой
системе
HPFS
поддерживается
структура
каталогов FAT и добавлена сортировка файлов по именам.
Имя файла может содержать до 254 двухбайтовых символов.
Файл состоит из «данных» и специальных атрибутов, что
создает дополнительные возможности для поддержки других
типов имен файлов и повышению уровня безопасности.
Кроме того, наименьший блок для хранения данных теперь
равен размеру физического сектора (512 байт), что
позволяет снизить потери дискового пространства.
Записи в каталоге файловой системы HPFS содержат больше
сведений, чем в FAT. Наряду с атрибутами файла здесь
хранятся сведения о создании и внесении изменений, а
также дата и время доступа. Записи в каталоге файловой
системы HPFS указывают не на первый кластер файла, а на
FNODE.
24

25.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
FNODE может содержать данные файла, указатели на данные
файла или другие структуры, указывающие на данные файла.
HPFS старается по возможности располагать данные файла в
смежных секторах. Это приводит к повышению скорости
последовательной обработки файла. HPFS делит диск на
блоки по 8 МБ каждый и всегда пытается записать файл в
пределах
одного
блока.
Для
каждого
блока
2
КБ
зарезервировано под таблицу распределения, в которой
содержится информация о записанных и свободных секторах
в пределах блока.
Разбиение
на
блоки
приводит
к
повышению
производительности,
так
как
головка
диска
для
определения
места
для
сохранения
файла
должна
возвращаться не к логическому началу диска (как правило,
это
нулевой
цилиндр),
а
к
таблице
распределения
ближайшего блока. Кроме того, файловая система HPFS
содержит два уникальных объекта данных: суперблок и
запасной блок.
25

26.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
exFAT
В отличие от FAT12/16/32, exFAT разрабатывалась специально для USB
Flash и карт памяти большого (≥ 32 Гбайт) объема. Extended FAT
устраняет упомянутый выше недостаток FAT32 — перезаписывание одних
и тех же секторов при любом изменении. Как у 64-разрядной системы,
у нее нет практически значимых лимитов на размер одного файла.
Теоретически он может иметь длину в 2^64 байт (16 Эбайт), а
карточки такого объема появятся нескоро.
Еще одно принципиальное отличие exFAT — поддержка списков контроля
доступа (ACL). Это уже не та простушка из девяностых, однако
внедрению
exFAT
мешает
закрытость
формата.
Поддержка
exFAT
полноценно и легально реализована только в Windows (начиная с XP
SP2) и OS X (начиная с 10.6.5). В Linux и *BSD она поддерживается
либо с ограничениями, либо не вполне законно. Microsoft требует
лицензировать использование exFAT, и в этой области много правовых
споров.
26

27.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
NTFS
С точки зрения пользователя файловая система NTFS
организует файлы по каталогам и сортирует их так же, как
и HPFS. Однако в отличие от FAT и HPFS на диске нет
специальных объектов и отсутствует зависимость от
особенностей
установленного
оборудования
(например,
сектор размером 512 байт). Кроме того, на диске
отсутствуют специальные хранилища данных (таблицы FAT и
суперблоки HPFS). Целью файловой системы NTFS является
следующее.
• Обеспечение
надежности, имеющей большое значение для
высокопроизводительных систем и файловых серверов.
• Предоставление
платформы
дополнительной
функциональности.
• Поддержка требований POSIX.
• Устранение
ограничений,
характерных
для
файловых
систем FAT и HPFS.
Эту файловую систему используют такие операционные
системы, как Windows NT/2000/XP.
27

28.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
При установке NTFS, диск разделяется на две
неравные части: первая отводиться под MFT (Master
File Table - общая таблица файлов), называется MFT
- зоной и занимает порядка 12% от общего размера
диска, вторую часть занимают собственно Ваши
данные. Есть еще и третья зона, но о ней позже.
Что за MFT? Это основа NTFS. Он лежит, как было
сказано ранее, в MFT - зоне т.е. в начале диска.
Каждая запись в MFT соответствует какому-либо
файлу и занимает около 1 Kb. По своей сути это
каталог всех файлов находящихся на диске.
Надо заметить, что любой элемент данных в NTFS
рассматривается как файл, даже MFT.
28

29.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
29

30.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Первые 16 файлов (метафайлы) в MFT - зоне являются особой кастой. В
них содержится служебная информация, они имеют фиксированное
положение и они недоступны даже операционной системе. Кстати,
первым из этих 16 является сам MFT - файл.
Существует копия первых трех записей. Копия своим положением, если
можно так выразиться, делит диск пополам. Зачем это сделано? Да для
надежности, в случае утери информации в MFT - файле, всегда можно
восстановить информацию, а там уже дело техники, как говориться.
Все остальные файлы в MFT - зоне могут располагаться произвольно.
Надо заметить, что в MFT - зоне теоретически кроме служебных файлов
ничего не находиться. Но бывают случаи, когда места на той части
диска, что отведена для пользователя не остается и тогда MFT - зона
уменьшается. Соответственно появляется место во второй половине
диска для записи данных. Когда же в этой зоне освобождается
достаточное количество свободного места, MFT - зона опять
расширяется.
30

31.

МИРЭА - Российский технологический университет
Каждый из метафайлов отвечает
Начинаются они с символа имени $
за
какую-либо
область
mirea.ru
работы.
MFT - не что иное как сам MFT
MFTmirr - та самая копия, что по серединке диска
LogFile - это файл журналирования
Boot - загрузочный сектор
Bitmap - карта свободного места раздела и т.д.
Информация о метафайлах находиться в MFT - файле. Все это придумано
для увеличения надежности NTFS и себя оправдывает.
NTFS практически не имеет ограничения на размеры диска ( во всяком
случае при нынешних технологиях производства жестких дисков).
Размер кластера может варьироваться от 512 b до 64 Kb, хотя обычный
его размер равен 4 Kb.
31

32.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Каталог
Это метофайл с обозначением $. . Он
разделен на части в каждой из которых
содержится имя файла, его атрибуты и
ссылка на MFT - файл. А там уже есть
вся
остальная
информация.
Каталог
представляет собой бинарное дерево. В
каталоге информация о данных на диске
расположена таким образом, что при
поиске
какого-либо
файла
каталог
разбивался
на
две
части
и
ответ
заключался в том, в какой именно части
находиться искомое. Затем та же самая
операция
повторяется
в
выбранной
половине. И так до тех пор, пока не
будет найден нужный файл.
32

33.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файл
Их как таковых нет. Есть так называемые
стримы, или потоки. То есть, любая единица
информации
представляет
собой
несколько
потоков. Один поток - это сами данные, он
является основным. Другие потоки - атрибуты
файла. К любому файлу можно прикрепить любой
другой файл. Проще говоря, к потокам одних
данных можно прикрепить совершенно новый
поток и записать туда новые данные. Вот
только информация по объему файла берется по
объему
основного
потока.
Пустые
или
малоразмерные
файлы
на
диске
отображены
только в метафайлах. Сделано это в целях
экономии дискового пространства. Вообще надо
отметить, что понятие файл намного глубже и
шире и все свойства описать довольно сложно.
Отметим, что максимальная длина имени файла
может достигать 255 символов.
33

34.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Достоинства NTFS:
Достоинства FAT 32:
1. Быстрая скорость доступа к
файлам малого размера;
2.
Размер
дискового
пространства
на
сегодняшний
день практически не ограничен;
3.
Фрагментация
файлов
не
влияет
на
саму
файловую
систему;
4.
Высокая
надежность
сохранения данных и собственно
самой файловой структуры;
5. Высокая производительность
при работе с файлами большого
размера;
1.
Высокая
скорость
работы;
2. Низкое требование к
объему
оперативной
памяти;
3. Эффективная работа с
файлами средних и малых
размеров;
4. Более низкий износ
дисков,
вследствие
меньшего
количества
передвижений
головок
чтения/записи.
34

35.

МИРЭА - Российский технологический университет
Недостатки NTFS:
mirea.ru
Недостатки FAT 32:
1. Более высокие требования 1. Низкая защита от сбоев
к объему оперативной памяти системы;
по сравнению с FAT 32;
2. Не эффективная работа с
2.
Работа
с
каталогами файлами больших размеров;
средних размеров затруднена 3.
Ограничение
по
из-за их фрагментации;
максимальному
объему
3. Более низкая скорость раздела и файла;
работы по сравнению с FAT 4. Снижение быстродействия
32;
при фрагментации;
5. Снижение быстродействия
при работе с каталогами,
содержащими
большое
количество файлов.
35

36.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файловые системы Ext2
и Ext3
Ext2
является
основной
файловой
системой операционной системы Linux.
Ext2 — это 32-разрядная файловая
система,
ее
максимальный
размер
составляет 16 терабайт
36

37.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Атрибутами файловой системы ext2 являются:
• тип и права доступа к файлу,
• владелец, группа доступа,
• информация о разрешённых операциях,
• время
создания, дата последнего доступа,
дата последнего изменения и время последнего
удаления,
• текущий размер файла,
• спецификация файла:
обычный файл,
каталог,
файл байт-ориентированного устройства,
файл блочно-ориентированного устройства,
сокет,
именованный канал,
символическая ссылка,
число занимаемых блоков,
• ACL
• другие
37

38.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Атрибуты
файлов
хранятся
не
в
каталогах, как это сделано в ряде
простых
файловых
систем,
а
в
специальных
таблицах.
В
результате
каталог имеет очень простую структуру,
состоящую всего из двух частей: номера
индексного дескриптора и имени файла.
В
составе
ext2
можно
следующие составляющие:
блоки и группы блоков;
индексный дескриптор;
суперблок;
выделить
38

39.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Всё
пространство
раздела
диска
разбивается на блоки фиксированного
размера,
кратные
размеру
сектора:
1024, 2048, 4096 или 8192 байт. Размер
блока
указывается
при
создании
файловой системы на разделе диска.
Меньший
размер
блока
позволяет
сэкономить место на жёстком диске, но
также ограничивает максимальный размер
файловой системы. Все блоки имеют
порядковые номера. С целью уменьшения
фрагментации и количества перемещений
головок жёсткого диска при чтении
больших
массивов
данных
блоки
объединяются в группы блоков.
39

40.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Базовым понятием файловой системы является индексный дескриптор.
Это специальная структура, которая содержит информацию об атрибутах
и физическом расположении файла. Индексные декрипторы объединены в
таблицу, которая содержится в начале каждой группы блоков.
Суперблок — основной элемент файловой системы ext2. Он содержит
общую информацию о файловой системе:
общее число блоков и индексных дескрипторов в файловой системе,
число свободных
системе,
размер блока файловой системы,
количество блоков и индексных дескрипторов в группе блоков,
размер индексного дескриптора,
идентификатор файловой системы.
блоков
и
индексных
дескрипторов
в
файловой
40

41.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Система адресации
данных
Для хранения адреса файла выделено 15 полей, каждое из которых
состоит из 4 байт. Если файл умещается в 12 блоков, то номера
соответствующих кластеров непосредственно перечисляются в первых
двенадцати полях адреса. Если размер файла превышает 12 блоков, то
следующее поле содержит адрес кластера, в котором могут быть
расположены номера следующих блоков файла. Таким образом, 13-е поле
используется для косвенной адресации.
При
максимальном
размере
блока
в
4096
байт
кластер,
соответствующий 13-му полю, может содержать до 1024 номеров
следующих блоков файла. Если размер файла превышает 12+1024 блоков,
то используется 14-е поле, в котором находится адрес кластера,
содержащего 1024 номеров кластеров, каждый из которых ссылается на
1024 блока файла. Здесь применяется уже двойная косвенная
адресация. И наконец, если файл включает более 12+1024+1048576
блоков, то используется последнее 15-е поле для тройной косвенной
адресации.
Данная система адресации позволяет при максимальном размере
блока в 4096 байт иметь файлы, размер которых превышает 2 TB.
41

42.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Ext3
Файловая система ext3 может поддерживать файлы размером
до 1 ТБ. С Linux-ядром 2.4 объём файловой системы
ограничен максимальным размером блочного устройства, что
составляет 2 терабайта. В Linux 2.6 (для 32-разрядных
процессоров)
максимальный
размер
блочных
устройств
составляет 16 ТБ, однако ext3 поддерживает только до 4
ТБ. Ext3 имеет хорошую совместимость с NFS и не имеет
проблемы с производительностью при дефиците свободного
дискового
пространства.Еще
одно
достоинство
ext3
происходит из того, что она основана на коде ext2.
Дисковый формат ext2 и ext3 идентичен; из этого следует,
что при необходимости ext3 filesystem можно монтировать
как ext2 без каких либо проблем. И это еще не все.
Благодаря факту, что ext2 и ext3 используют идентичные
метаданные, имеется возможность оперативного обновления
ext2 в ext3.
Основное отличие от ext2 состоит в том, что ext3
журналируема, то есть в ней предусмотрена запись
некоторых данных, позволяющих восстановить файловую
систему при сбоях в работе компьютера.
42

43.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Стандартом предусмотрено три режима журналирования:
writeback: в журнал записываются только метаданные
файловой системы, то есть информация о её изменении. Не
может гарантировать целостности данных, но уже заметно
сокращает время проверки по сравнению с ext2;
ordered: то же, что и writeback, но запись данных в файл
производится гарантированно до записи информации о
изменении
этого
файла.
Немного
снижает
производительность,
также
не
может
гарантировать
целостности данных (хотя и увеличивает вероятность их
сохранности при дописывании в конец существующего
файла);
journal: полное журналирование как метаданных ФС, так и
пользовательских данных. Самый медленный, но и самый
безопасный режим; может гарантировать целостность
43

44.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Ext4
Ext4 — это результат эволюции Ext3, наиболее
популярной файловой системы в Linux. Во многих
аспектах Ext4 представляет собой больший шаг
вперёд по сравнению с Ext3, чем Ext3 была по
отношению
к
Ext2.
Наиболее
значительным
усовершенствованием Ext3 по сравнению с Ext2 было
журналирование, в то время как Ext4 предполагает
изменения в важных структурах данных, таких как,
например, предназначенных для хранения данных
файлов.
Это позволило создать файловую систему с более
продвинутым дизайном, более производительную и
стабильную и с обширным набором функций.
44

45.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
На сегодняшний день максимальный размер
файловой системы Ext3 равен 16 терабайтам,
а размер файла ограничен 2 терабайтами. В
Ext4 добавлена 48-битная адресация блоков,
что означает, что максимальный размер этой
файловой системы равен одному экзабайту, и
файлы могут быть размером до 16 терабайт.
1 EB (экзабайт) = 1,048,576 TB (терабайт),
1 EB = 1024 PB (петабайт), 1 PB = 1024 TB,
1 TB = 1024 GB. Почему 48-битная, а не 64битная? Имелся ряд ограничений, которые
необходимо было бы снять, чтобы сделать
Ext4 полностью 64-битной, и такой задачи
перед Ext4 не ставилось. Структуры данных
в Ext4 проектировались с учётом требуемых
изменений,
поэтому
однажды
в
будущем
поддержка 64 бит в Ext4 появится. Пока же
придётся
довольствоваться
одним
экзабайтом.
45

46.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Btrfs (B-tree file system)
Еще один яркий представитель файловых систем на основе B-деревьев
называется Btrfs. Эта ФС появилась в 2007 году и изначально
создавалась в Oracle с прицелом на работу с SSD и RAID. Например,
ее можно динамически масштабировать: создавать новые индексные
дескрипторы прямо в работающей системе или разделять том на подтома
без выделения им свободного места.
Реализованный в Btrfs механизм копирования при записи и полная
интеграция
с
модулем
ядра
Device
mapper
позволяют
делать
практически
мгновенные
снапшоты
через
виртуальные
блочные
устройства. Предварительное сжатие данных (zlib или lzo) и
дедупликация ускоряют основные операции, заодно продлевая время
жизни флеш-памяти. Особенно это заметно при работе с базами данных
(достигается сжатие в 2–4 раза) и мелкими файлами (они записываются
упорядоченно крупными блоками и могут храниться непосредственно в
«листьях»).
46

47.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Файловая система XFS
XFS - это высокомасштабируемая файловая система,
разработанная Silicon Graphics и впервые развернутая в
операционной системе IRIX на базе Unix в 1994 году. Это
файловая система с журналированием которая отслеживает
изменения в журнале перед фиксацией изменений в основной
файловой
системе.
Преимущество
заключается
в
гарантированной
целостности
файловой
системы
и
ускоренном восстановлении в случае сбоев питания или
сбоев системы.
Первоначально
XFS
была
создана
для
поддержки
чрезвычайно больших файловых систем с размерами до 16
эксабайт и размером файлов до 8 эксабайт. Она имеет
долгую историю работы на больших серверах и массивах
хранения.
Одной из примечательных особенностей XFS является
гарантированная скорость ввода-вывода. Это позволяет
приложениям
зарезервировать
пропускную
способность.
Файловая
система
рассчитывает
доступную
производительность и корректирует свою
47

48.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
ZFS
ZFS (Zettabyte File System) остается одной из наиболее технически
продвинутых и полнофункциональных файловых систем с момента ее
появления в октябре 2005 года. Это локальная файловая система
(например, ext4) и менеджер логических томов (например, LVM),
созданные Sun Microsystems. ZFS публиковалась под лицензией с
открытым исходным кодом, пока Oracle не купила Sun Microsystems и
не закрыла лицензию.
Вы можете думать о ZFS как о диспетчере томов и как о RAID-массиве
одновременно, что позволяет добавлять дополнительные диски к вашему
тому ZFS, что позволяет одновременно добавить дополнительное
пространство в вашу файловую систему. В дополнение к этому ZFS
обладает некоторыми другими функциями, которых нет в традиционных
RAID.
ZFS сильно зависит от памяти, поэтому для запуска вам потребуется
не менее 8 ГБ. На практике используйте столько, сколько можете
получить в
Для использования на сервере, где вы хотите почти полностью
исключить любую возможность потери данных и стабильности, вы можете
изучить ZFS.
48

49.

МИРЭА - Российский технологический университет
mirea.ru
Возможности ZFS
Бесконечная
масштабируемость.
Что
ж,
технически
она
не
бесконечна, но это 128-битная файловая система, способная
управлять зеттабайтами (одним миллиардом терабайт) данных.
Поэтому независимо от того, сколько у вас места на жестком
диске, ZFS подойдет для управления им.
Максимальная целостность. Все, что вы делаете внутри ZFS,
использует контрольную сумму для обеспечения целостности файла.
Вы можете быть уверены, что ваши файлы и их резервные копии не
испытают скрытого повреждения данных. Кроме того, пока ZFS
незаметно
проверяет
целостность
ваших
данных,
она
будет
выполнять автоматическое восстановление в любое время.
Объединение дисков. Создатели ZFS хотят, чтобы вы думали об этом
как о том, как ваш компьютер использует оперативную память.
Когда вам нужно больше памяти на вашем компьютере, вы вставляете
другую карту, и все готово. Точно так же с ZFS, когда вам нужно
больше места на жестком диске, вы вставляете другой жесткий
диск, и все готово. Не нужно тратить время на разбиение на
разделы, форматирование, инициализацию или что-то еще с вашими
дисками. Если вам нужен «пул» хранилища большего размера, просто
добавьте диски.
RAID. ZFS поддерживает множество различных уровней RAID,
обеспечивая
при
этом
производительность,
сравнимую
с
производительностью аппаратных RAID-контроллеров. Это позволяет
сэкономить деньги, упростить настройку и получить доступ к
превосходным уровням RAID, которые были улучшены в ZFS.
49

50.

МИРЭА - Российский технологический университет
Спасибо за внимание!
mirea.ru