Информация, представляемая для обработки на компьютере, называется данными. Для хранения на устройствах внешней памяти данные организуют в виде файлов. Файл - именованная область внешней памяти.

Способ организации как служебной, так и пользовательской информации о файлах на носителях называют файловой системой. Конкретная файловая система определяет, в частности, правила именования файлов.

Необходимые для выполнения операций с файлами и носителями программные средства входят в состав операционных систем. Такие программные средства не изменяют и не обращаются к содержимому файлов, а оперируют с ними просто как с целым, непрерывным массивом данных. Таким образом, файловая система обеспечивает выполнение операций для любых программ.

Имя файлу присваивает пользователь, или программа, создающая файл, предлагает имя в автоматическом режиме. По историческим причинам для пользователя имя файла в операционных системах фирмы Майкрософт состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имени и расширения. Тип файла определяется по его расширению, которое задает программа, сохраняющая файл.

С точки зрения прикладных программ, файл представляет собой некоторую последовательность байтов. Используя такой подход, как доступ к файлам, организуется также доступ к некоторым устройствам, которые принимают или возвращают поток байтов. К таким устройствам относятся принтеры, модемы, клавиатура или поток текстового вывода на экран и др.

В некоторых операционных системах предусмотрен такой доступ и к служебной информации самих носителей. Для работы с такими файлами предусмотрены специальные, зарезервированные системой, имена файлов.

Следует помнить, что для ОС линии Microsoft:

между именем и расширением ставится точка, не входящая ни в имя, ни в расширение;

имя файла можно набирать в любом регистре, т.к. для системы все буквы строчные;

символы, не использующиеся в имени файла * = + \ ; : , . < > / ?

имена устройств не могут использоваться в качестве имён файлов (prn, lpt, com, con, nul).

Наиболее часто встречающиеся расширения:

EXE, COM - готовая к выполнению программа;

ВАТ - пакетный командный файл;

SYS - программа-драйвер устройства (системная);

ВАК - резервная копия файла;

OBJ - объектный модуль («полуфабрикат» программы);

DAT - файл данных со служебной информацией;

BAS - исходный текст программы на Бейсике;

ТХТ - текстовый файл;

DOC - документ, созданный в Microsoft Word.

Для удобства хранения и работы файловые структуры организуются с помощью вложенных каталогов (папок).

Каталог - специальный системный файл, в котором хранится служебная информация о файлах.

На каждом носителе может быть множество каталогов. В каждом каталоге может быть зарегистрировано много файлов, но каждый файл регистрируется только в одном каталоге

На каждом логическом томе присутствует один главный, или корневой, каталог. В нем регистрируются файлы и подкаталоги (каталоги 1 уровня). В каталогах 1 уровня регистрируются файлы и каталоги 2 уровня и т. д. Получается древовидная структура каталогов, например:

Каталог, с которым работает пользователь в настоящий момент, называется текущим.

Когда используется файл не из текущего каталога, программе, осуществляющей доступ к файлу, необходимо указать, где именно этот файл находится. Это делается с помощью указания пути к файлу.

Путь к файлу - это последовательность имен каталогов, в операционных системах Windows разделенных символом «\» (в ОС линии UNIX используется символ «/»). Этот путь задает маршрут к тому каталогу, в котором находится нужный файл.

Рассмотрим, например, запись \KLASS10\DOCS\START2\text.doc

Она означает, что файл text.doc находится в подкаталоге START2, который находится в каталоге DOCS, а он в свою очередь находится в каталоге KLASS10 корневого каталога.

Над файлами можно производить следующие основные операции: копирование, перемещение, удаление, переименование и пр.

Каждый файл на диске имеет свой адрес. Чтобы понять принцип доступа к информации, хранящейся в файле, необходимо знать способ записи данных на носители информации.

Перед использованием диск размечается на дорожки и секторы (форматируется). С точки зрения оборудования разметка - это процесс записи на носитель служебной информации, отмечающей конец и начало каждого сектора. Обычный объем сектора - 512 байт. На одной стороне размещается 80 дорожек. Каждая дорожка содержит 18 секторов.

Названия «сектор», «дорожка» введены для дисковых носителей. Во многих современных носителях информации, использующих хранение данных в энергонезависимой памяти, эти понятия поддерживаются реализацией файловых систем для обеспечения общих принципов работы.

В одной из распространенных файловых систем, FAT, предусматривается, что все файлы перечислены в каталогах. Обязателен корневой каталог, размещенный в определенном месте диска. О каждом из перечисленных в каталоге файлов помимо обычных данных известно местоположение (в виде номера) начала файла.

Для того, чтобы определить, какие именно секторы занимает файл, применяется второй обязательный элемент файловой системы - таблица FAT (размещения файлов). Таблица представляет собой массив ячеек. Размер ячейки фиксирован и отражается в номере файловой системы (12, 16, 32 бита). Каждый файл занимает некоторую последовательность секторов, не обязательно последовательно расположенных. При сохранении файла в ячейку записывается номер следующего сектора в цепочке.

Поскольку на современных дисках секторов существенно больше, чем можно записать номеров в таблице, то секторы объединяют в кластеры. Именно кластерами и распределяется пространство на дисках, в результате эта файловая система неэффективно работает с мелкими файлами.

Сделать эту проблему менее острой позволяет увеличение размера ячейки в FAT. Это позволяет уменьшить размер кластера и увеличить количество адресов (файлов) на диске. В операционных системах, начиная с Windows 98, реализована FAT-32.

Помимо этой файловой системы, существует большое количество других, разработанных для разных операционных систем и решаемых задач.

Для долговременного хранения информации, её накопления и передачи используются носители информации. Материальная природа носителей информации может быть различной: бумага, фото и кинопленки для аналоговых носителей, микросхемы памяти, магнитные и лазерные диски для информации в цифровой форме и т.д.

Носители информации характеризуются информационной ёмкостью. Современные микросхемы памяти могут хранить в 1см3 1010 битов информации, однако это во много раз меньше чем хранят молекулы ДНК. Однако если сравнивать с информационной емкостью традиционных носителей (книг), то прогресс очевиден.

Надежность и долговременность хранения информации

Надежность (устойчивость к повреждениям) достаточно высока у аналоговых носителей, повреждение которых приводит к потере информации только на поврежденном участке. Цифровые носители гораздо более чувствительны к повреждениям, т.к. потеря только одного байта может привести к невозможности прочитать весь файл. Именно поэтому необходимо соблюдать правила эксплуатации и хранения цифровых носителей информации.

Устройство компьютера

С точки зрения информатики компьютер -- это электронное устройство для ввода, хранения, обработки и передачи информации. Мы будем рассматривать только персональные компьютеры. В основу архитектуры современных персональных компьютеров положен магистрально-модульный принцип. Этот принцип опирается на шинный принцип обмена информацией между устройствами. Модульность позволяет потребителю самому комплектовать нужную ему конфигурацию компьютера и производить при необходимости ее модернизацию.

Шина представляет собой многопроводные линии, к которым подключаются процессор, оперативная память, а также периферийные устройства ввода, вывода и хранения информации. Эти устройства обмениваются через шину информацией в форме электрических импульсов, которые соответствуют последовательностям нулей и единиц машинного кода. Шина данных -- собственно, набор контактов, соединяющий различные компоненты компьютера для подвода к ним питания и обмена данными. По этой шине, например, прочитанные из оперативной памяти данные могут быть переданы процессору для обработки, а затем полученные данные могут быть отправлены в оперативную память для хранения. Таким образом, данные по шине данных могут передаваться от устройства к устройству в любом направлении. Выбор устройства или ячейки памяти, куда или откуда пересылаются данные по шине данных, производит процессор.

Существует понятие базовой конфигурации персонального компьютера, в которую входят:

· Системный блок;
· Монитор;
· Клавиатура;
· Мышь.

Рассмотрим элементы конфигурации персонального компьютера, точки зрения модульной структуры:

1. Системный блок

Системный блок представляет собой металлический корпус с блоком питания. В корпусе также располагается звуковой динамик. Системный блок представляет собой основной узел, внутри которого установлены наиболее важные компоненты. Устройства, находящиеся внутри системного блока, называются внутренними, а подключаемые снаружи -- внешними.

1.1. Системная (материнская) плата (motherboard), на которой располагаются различные устройства, входящие в системный блок. Конструкция материнской платы позволяет каждому пользователю заменять вышедшие из строя или устаревшие элементы системного блока. На системной плате крепятся:
- а) Процессор (CРU - Central Рrocessing Unit) -- большая интегральная схема на кристалле, которая называется большой по количеству включенных в нее элементов. Процессор выполняет логические и арифметические операции, осуществляет управление функционированием компьютера. Процессор характеризуется тактовой частотой. Такт -- это промежуток времени между началами двух последовательных импульсов, которые подаются специальной микросхемой -- генератором тактовой частоты, синхронизирующим работу узлов компьютера. Тактовая частота -- это количество тактов в секунду. На выполнение процессором каждой базовой операции отводится определенное число тактов. Ясно, что чем больше тактовая частота, тем больше операций в секунду выполняет компьютер. Тактовая частота определяет быстродействие процессора и измеряется в Герцах (1с). Современные процессоры настолько быстры, что их частоты удобно измерять в ГГц (Гигагерцах). Другой характеристикой процессора является его разрядность. Разрядность - означает количество двоичных разрядов, которые могут передаваться или обрабатываться процессором одновременно. Производительность процессора является его интегральной характеристикой, которая зависит от частоты процессора, его разрядности, а также особенностей архитектуры. Наиболее известными изготовителями процессоров являются компании Intel и AMD.
- б) Контроллеры - микросхемы, отвечающие за работу различных устройств компьютера (клавиатуры, HDD, FDD, мыши и т.д.). Сюда же отнесем и микросхему ПЗУ (Постоянное Запоминающее Устройство) в которой хранится ROM-BIOS.
- в) Слоты (шины) - разъемы (ISA, РCI, SCSI, AGР и т.д.) под различные устройства (оперативная память, видеокарта и т.п.).
- г) Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ, RAM - Random Access Memory -- микросхемы, служащие для кратковременного запоминания промежуточных команд, значений вычислений, производимых CРU, а также других данных. Там же для повышения быстродействия хранятся исполняемые программы. Оперативная память изготавливается в виде модулей памяти. Модули памяти представляют собой пластины с рядами контактов. Модули памяти различаются между собой по конструкции, быстродействию, информационной емкости и т.д. Важнейшей характеристикой является быстродействие. ОЗУ - быстродействующая память со временем регенерации 7·10-9 сек.
- д) Видеокарта (видеоакселератор) - устройство, расширяющее возможности и ускоряющее работу с графикой. Видеокарта имеет свою видеопамять для хранения графической информации и графический процессор (GРU - Graрhic Рrocessor Unit), берущий на себя вычисления при работе с 3D графикой и видео. Может иметь выход на TV и видеовход.
- е) Звуковая карта - устройство, расширяющее звуковые возможности компьютера. Звуки генерируются с помощью записанных в память образцов звуков разных тембров. Поддерживаются различные эффекты. Могут иметь линейный вход/выход, выход на наушники, микрофонный вход, (разъем для джойстика, аналоговый и цифровой вход CD аудио).
- ж) Сетевая карта - устройство, отвечающее за подключение компьютера к сети для возможности обмена информацией.

Кроме материнской платы в системном блоке находятся:

Накопитель на жестком магнитном диске (винчестер, HDD - Hard Disk Drive) - герметично запаянный корпус с вращающимися магнитными дисками и магнитными головками. Жесткий магнитный диск представляет собой несколько десятков дисков, размещенных на одной оси и вращающихся с большой угловой скоростью. Основной функцией жесткого магнитного диска является долговременное хранение большого объема информации в виде файлов (программы, тексты, графика, фотография, музыка, видео). Жесткий диск -- это устройство, которое использует свойство сохранения намагниченности специальным магнитным веществом, нанесенным на поверхность диска. В процессе записи информации головки дисковода перемещаются вдоль поверхности диска, на которую нанесен слой этого магнитосодержащего вещества. В головки поступают импульсы (последовательность нулей и единиц), в результате намагничиваются или не намагничиваются элементы поверхности магнитного носителя.

При считывании информации головка движется вдоль поверхности носителя. Намагниченные участки вызывают в ней импульсы тока (явление электромагнитной индукции). Последовательности таких импульсов передаются в оперативную память компьютера. В отсутствии сильных магнитных полей и высоких температур элементы поверхности могут сохранять намагниченность достаточно долго.

CD/DVD-ROM (Comрact Disc Read Only Memory) - устройство, служащее для считывания/записи информации с CD/DVD дисков. Двоичная информация с поверхности CD считывается лучом лазера. В лазерных дисководах используется оптический принцип записи и считывания информации. Информация на лазерном диске записывается на спиралевидную дорожку, содержащую чередующиеся участки с различной отражающей способностью.

В процессе считывания информации луч лазера, установленный в дисководе, падает на поверхность вращающегося диска и отражается. Так как поверхность лазерного диска имеет участки с различными коэффициентами отражения, то отраженный луч меняет свою интенсивность (логические 0 или 1). Затем отраженные световые импульсы с помощью фотоэлементов преобразуются в электрические импульсы и по шине передаются в оперативную память.

Запись на CD/DVD основана на изменении отражающих свойств вещества подложки CD под действием луча лазера.

В состав ЭВМ кроме системного блока входят следующие устройства ввода-вывода информации.

2. Монитор (дисплей) - устройство вывода графической информации. Есть электронно-лучевые (уже устаревшие) и LCD мониторы. На экране жидкокристаллического монитора изображения формируется в результате прохождения белого света лампы подсветки через ячейки, прозрачность которых зависит от приложенного электрического напряжения. Мониторы используют RGB систему образования цвета, т.е. цвет получается смешением 3-х основных цветов: красного (Red), зеленого (Green) и синего (Blue). Размеры по диагонали -- (14""), 15"", 17"", 19"", 21"", 24"". Размер пикселя - 0.2-0.3мм. Частота смены кадров - 77Гц при разрешении 1920x1200 пиксель, 85Гц при 1280x1024, 160Гц при 800x600. Количество цветов определяется количеством разрядов на один пиксель и может быть 256 (28, где 8 - количество разрядов), 65536 (216, режим High Color), 16 777 216 (224, режим True Color, может быть и 232).
3. Клавиатура (keyboard) - клавишное устройство ввода команд и символьной информации (108 клавиш). Подключается к последовательному интерфейсу (COM порт) либо к USB порту. Комбинация монитора и клавиатуры обеспечивает простейший интерфейс пользователя. С помощью клавиатуры вводят команды управления, а с помощью монитора получают от нее отклик.
4. Манипулятор типа мышь (mouse) - устройство ввода команд. Мышь подключается к компьютеру с помощью, так называемых портов (USB (Universal Serial Bus) или COM), которые передают электрические импульсы, несущие информацию, последовательно, один за другим. Аппаратно эти порты выведены на панель системного блока. Стандартной является 2-х кнопочная мышь с колесом прокрутки (scrolling). Перемещение мыши по плоской поверхности синхронизировано с перемещением графического объекта (указателя мыши) на экране монитора.
5. Печатающее устройство (принтер) - устройство для вывода информации на бумагу, пленку или другую поверхность. Подключается к так называемому, параллельному интерфейсу (LРT порт) который передает одновременно 8 импульсов в машинном коде. Существуют конструкции, которые подключаются к USB (Universal Serial Bus) - универсальная последовательная шина, заменившая устаревшие COM и LРT порты).
а) Матричный. (уже устаревшая технология) Изображение формируется иголками, пробивающими красящую ленту.
б) Струйный. Изображение формируется выбрасываемыми из сопел (до 256) микрокаплями краски. Скорость движения капель до 40м/с.
в) Лазерный. Изображение на бумагу переносится со специального барабана, наэлектризованного лазером, к которому притягиваются частички краски (тонера).
6. Сканер - устройство для ввода изображений в компьютер. Есть ручной, планшетный, барабанный.
7. Модем (МОдулятор-ДЕМодулятор) - устройство, позволяющее обмениваться информацией между компьютерами через аналоговые или цифровые каналы. Модемы отличаются друг от друга максимальной скоростью передачи данных (2400, 9600, 14400, 19200, 28800, 33600, 56000 бит в секунду), поддерживаемыми протоколами связи. Бывают модемы внутренние и внешние.

Лекция №6

Системы управления файлами.

Файловая система HPFS

Вопросы:

1. Файловая система HPFS

· Основные особенности HPFS

· Структура раздела HPFS

· Принцип размещения файлов

· Принципы хранения информации о расположении файлов

· Структура и размещение каталогов

· Надежность хранения данных в HPFS

2. Система управления файлами HPFS.IFS

3. Система управления файлами HPFS386.1FS

4. Файловая система JFS

HPFS (High Performance File System ) - высокопроизводительная файловая система.

HPFS впервые появилась в OS/2 1.2 и LAN Manager. (Кстати, HPFS была первой файловой системой, поддерживающей длинные имена.)

Перечислим основные особенности HPFS.

· Главное отличие - базовые принципы размещения файлов на диске и принципы хранения информации о местоположении файлов. Благодаря этим принципам HPFS имеет высокую производительность и отказоустойчивость, является надежной файловой системой.

· Дисковое пространство в HPFS выделяется не кластерами (как в FAT ) , а блоками. В современной реализации размер блока взят равным одному сектору, но в принципе он мог бы быть и иного размера. (По сути дела, блок - это и есть кластер, только кластер всегда равен одному сектору). Размещениефайлов в таких небольших блоках позволяет более эффективно использовать пространство диска , так как непроизводительные потери свободного места составляют в среднем всего (полсектора) 256 байт на каждый файл. Вспомним, что чем больше размер кластера, тем больше места на диске расходуется напрасно.

· Система HPFS стремится расположить файл в смежных блоках, или, если такой возможности нет, разместить его на диске таким образом, чтобы экстенты (фрагменты) файла физически были как можно ближе друг к другу. Такой подход существенно уменьшает время позиционирования головок записи/чтения жесткого диска и время ожидания (задержка между установкой головки чтения/записи на нужную дорожку). Напомним, что в FAT файлу просто выделяется первый свободный кластер.

Экстенты (extent) - фрагменты файла, располагающиеся в смежных секторах диска. Файл имеет по крайней мере один экстент, если он не фрагментирован, а в противномслучае - несколько экстентов.

· Используется метод сбалансированных двоичных деревьев для хранения и поиска информации о местонахождении файлов (каталоги хранятся в центре диска, кроме того, предусмотрена автоматическая сортировка каталогов), что существенно повышает производительность HPFS (в сравнении с FAT ).

· В HPFS предусмотрены специальные расширенные атрибуты файлов, позволяющие управлять доступом к файлам и каталогам .

Расширенные атрибуты (extended attributes, EAs) позволяют хранить дополнительную информацию о файле. Например, каждому файлу может быть сопоставлено его уникальное графическое изображение (значок), описание файла, комментарий, сведения о владельце файла и т. д.

C труктура раздела HPFS

В начале раздела с установленной HPFS расположено три управляющих блока:

· загрузочный блок (boot block),

· дополнительный блок (super block) и

· запасной (резервный) блок (spare block).

Они занимают 18 секторов.

Все остальное дисковое пространство в HPFS разбито на части из смежных секторов - полосы (band - полоса, лента ). Каждая полоса занимает на диске 8 Мбайт.

Каждая полоса и имеет свою собственную битовую карту распределения секторов .Битовая карта показывает, какие секторы данной полосы заняты, а какие - свободны. Каждому сектору полосы данных соответствует один бит в ее битовой карте. Если бит = 1, то сектор занят, если 0 - свободен.

Битовые карты двух полос располагаются на диске рядом, так же располагаются и сами полосы. То есть последовательность полос и карт выглядит как на рис.

Сравним с FAT . Там на весь диск только одна “битовая карта” (таблица FAT) . И для работы с ней приходится перемещать головки чтения/записи в среднем через половину диска.

Именно для того, чтобы сократить время позиционирования головок чтения/записи жесткого диска в HPFS диск разбит на полосы.

Рассмотрим управляющие блоки .

Загрузочный блок (boot block )

Содержит имя тома, его серийный номер, блок параметров BIOS и программу начальной загрузки.

Программа начальной загрузки находит файл OS2LDR, считывает его в память и передает управление этой программе загрузки ОС, которая, в свою очередь, загружает с диска в память ядро OS/2 - OS2KRNL. И уже OS2KRIML с помощью сведений из файла CONFIG.SYS загружает в память все остальные необходимые программные модули и блоки данных.

Загрузочный блок располагается в секторах с 0 по 15.

Супер Блок (super block )

Содержит

· указатель на список битовых карт (bitmap block list). В этом списке перечислены все блоки на диске, в которых расположены битовые карты, используемые для обнаружения свободных секторов;

· указатель на список дефектных блоков (bad block list). Когда система обнаруживает поврежденный блок, он вносится в этот список и для хранения информации больше не используется;

· указатель на группу каталогов (directory band),

· указатель на файловый узел (F-node) корневого каталога,

· дату последней проверки раздела программой CHKDSK;

· информацию о размере полосы (в текущей реализации HPFS - 8 Мбайт).

Super block размещается в 16 секторе.

Резервный блок (spare block)

Содержит

· указатель на карту аварийного замещения (hotfix map или hotfix-areas);

· указатель на список свободных запасных блоков (directory emergency free block list);

· ряд системных флагов и дескрипторов.

Этот блок размещается в 17 секторе диска.

Резервный блок обеспечивает высокую отказоустойчивость файловой системы HPFS и позволяет восстанавливать поврежденные данные на диске.

Принцип размещения файлов

Для сокращения времени позиционирования головок чтения/записи жесткого диска система HPFS стремится

1) расположить файл в смежных блоках;

2) если такой возможности нет, то разместить экстенты фрагментированного файла как можно ближе друг к другу,

Для этого HPFS использует статистику, а также старается условно резервировать хотя бы 4 килобайта места в конце файлов, которые растут.

Когда данные дописываются в существующий файл, HPFS сразу же резервирует как минимум 4 Кбайт непрерывного пространства на диске. Если же часть этого пространства не потребовалась, то после закрытия файла она высвобождается для дальнейшего использования. Если же файл не может быть увеличен без нарушения его непрерывности, HPFS опять-таки резервирует 4 Кбайт смежных блоков как можно ближе к основной части файла.

Очевидно, что степень фрагментации файлов на диске зависит как от числа файлов, расположенных на нем, их размеров и размеров самого диска, так и от характера и интенсивности самих дисковых операций. Незначительная фрагментация файлов практически не сказывается на быстродействии операций с файлами. Файлы, состоящие из двух-трех экстентов, практически не снижают производительность HPFS, так как эта файловая система следит за тем, чтобы области данных, принадлежащие одному и тому же файлу, располагались как можно ближе друг к другу.

Программы (утилиты) дефрагментации , имеющиеся для этой файловой системы, по умолчанию считают наличие двух-трех экстентов у файла нормой.

Например, программа HPFSOPT из набора утилит GammaTech по умолчанию не дефрагментирует файлы, состоящие из трех и менее экстентов, а файлы, которые имеют большее количестве экстентов, приводятся к 2 или 3 экстентам, если это возможно.

Практика показывает, что в среднем на диске имеется не более 2% файлов, имеющих три и более экстентов. Даже общее количество фрагментированных файлов, как правило, не превышает 3%. Такая ничтожная фрагментация оказывает пренебрежимо малое влияние на общую производительность системы.

Еще один способ уменьшения фрагментирования файлов - это расположение файлов, растущих навстречу друг другу, или файлов, открытых разными тредами или процессами, в разных полосах диска.

Принципы хранения информации о расположении файлов

Каждый файл и каталог диска имеет свой файловый узел F-Node . Это структура, в которой содержится информация о расположении файла и о его расширенных атрибутах.

Замечание. Файловая система FAT аналога файлового узла не имеет.

Каждый F-Node занимает один сектор и всегда располагается поблизости от своего файла или каталога (обычно - непосредственно перед файлом или каталогом). Объект F-Node содержит

· длину,

· первые 15 символов имени файла,

· специальную служебную информацию,

· статистику по доступу к файлу,

· расширенные атрибуты файла,

· список прав доступа (или только часть этого списка, если он очень большой); если расширенные атрибуты слишком велики для файлового узла, то в него записывается указатель на них.

· ассоциативную информацию о расположении и подчинении файла и т. д.

Если файл непрерывен, то его размещение на диске описывается двумя 32-битными числами. Первое число представляет собой указатель на первый блок файла, а второе - длину экстента (число следующих друг за другом блоков, принадлежащих файлу).

Замечание. Из этого следует, что максимальный объем диска может составлять (2 32 -1)*512 = 2 Тбайта.

Если файл фрагментирован, то размещение его экстентов описывается в файловом узле дополнительными парами 32-битных чисел.

В файловом узле можно разместить информацию максимум о восьми экстентах файла. Если файл имеет больше экстентов, то в его файловый узел записывается указатель на блок размещения (allocation block), который может содержать до 40 указателей на экстенты или, по аналогии с блоком дерева каталогов, на другие блоки размещения.

Таким образом, двухуровневая структура блоков размещения может хранить информацию о 480 секторах, что позволяет работать с файлами размером до 7,68 Гбайт. На практике размер файла не может превышать 2 Гбайт, но это обусловлено текущей реализацией интерфейса прикладного программирования.

Структура и размещение каталогов

Для хранения каталогов используется полоса, находящаяся в центре диска .

Эта полоса называется directory band .

Если она полностью заполнена, HPFS начинает располагать каталоги файлов в других полосах.

Расположение этой информационной структуры в середине диска значительно сокращает среднее время позиционирования головок чтения/записи. Действительно, для перемещения головок чтения/записи из произвольного места диска в его центр требуется в два раза меньше времени, чем для перемещения к краю диска, где находится корневой каталог в случае файловой системы FAT. Уже только одно это обеспечивает более высокую производительность файловой системы HPFS по сравнению с FAT. Аналогичное замечание справедливо и для NTFS, которая тоже располагает свой master file table в начале дискового пространства, а не в его середине.

Однако существенно больший (по сравнению с размещением Directory Band в середине логического диска) вклад в производительность HPFS дает использование метода сбалансированных двоичных деревьев для хранения и поиска информации о местонахождении файлов.

Вспомним, что в файловой системе FAT каталог имеет линейную структуру, специальным образом не упорядоченную, поэтому при поиске файла требуется последовательно просматривать его с самого начала.

В HPFS структура каталога представляет собой сбалансированное дерево с записями, расположенными в алфавитном порядке.

Каждая запись, входящая в состав дерева, содержит

· атрибуты файла,

· указатель на соответствующий файловый узел,

· информацию о времени и дате создания файла, времени и дате последнего обновления и обращения,

· длине данных, содержащих расширенные атрибуты,

· счетчик обращений к файлу,

· длине имени файла

· само имя,

· и другую информацию.

Файловая система HPFS при поиске файла в каталоге просматривает только необходимые ветви двоичного дерева (В-Тгее). Такой метод во много раз эффективнее, чем последовательное чтение всех записей в каталоге, что имеет место в системе FAT.

Размер каждого из блоков, в терминах которых выделяются каталоги в текущей реализации HPFS, равен 2 Кбайт. Размер записи, описывающей файл, зависит от размера имени файла. Если имя занимает 13 байтов (для формата 8.3), то блок из 2 Кбайт вмещает до 40 описателей файлов. Блоки связаны друг с другом посредством списка.

Проблемы

При переименовании файлов может возникнуть так называемая перебалансировка дерева. Создание файла, переименование или стирание может приводить к каскадированию блоков каталогов . Фактически, переименование может потерпеть неудачу из-за недостатка дискового пространства, даже если файл непосредственно в размерах не увеличился. Во избежание этого “бедствия” HPFS поддерживает небольшой пул свободных блоков, которые могут использоваться при “аварии”. Эта операция может потребовать выделения дополнительных блоков на заполненном диске. Указатель на этот пул свободных блоков сохраняется в SpareBlock,

РЕЗЮМЕ

Принципы размещения файлов и каталогов на диске в HPFS :

· информация о местоположении файлов рассредоточена по всему диску, при этом записи каждого конкретного файла размещаются (по возможности) в смежных секторах и поблизости от данных об их местоположении;

· каталоги размещаются в середине дискового пространства;

· каталоги хранятся в виде бинарного сбалансированного дерева с записями, расположенными в алфавитном порядке.

Надежность хранения данных в HPFS

Любая файловая система должна обладать средствами исправления ошибок, возникающих при записи информации на диск. Система HPFS для этого использует механизм аварийного замещения (hotfix).

Если файловая система HPFS сталкивается с проблемой в процессе записи данных на диск, она выводит на экран соответствующее сообщение об ошибке. Затем HPFS сохраняет информацию, которая должна была быть записана в дефектный сектор, в одном из запасных секторов, заранее зарезервированных на этот случай. Список свободных запасных блоков хранится в резервном блоке HPFS. При обнаружении ошибки во время записи данных в нормальный блок HPFS выбирает один из свободных запасных блоков и сохраняет эти данные в нем. Затем файловая система обновляет карту аварийного замещения в резервном блоке.

Эта карта представляет собой просто пары двойных слов, каждое из которых является 32-битным номером сектора.

Первый номер указывает на дефектный сектор, а второй - на тот сектор среди имеющихся запасных секторов, который был выбран для его замены.

После замены дефектного сектора запасным карта аварийного замещения записывается на диск, и на экране появляется всплывающее окно, информирующее пользователя о произошедшей ошибке записи на диск. Каждый раз, когда система выполняет запись или чтение сектора диска, она просматривает карту аварийного замещения и подменяет все номера дефектных секторов номерами запасных секторов с соответствующими данными.

Следует заметить, что это преобразование номеров существенно не влияет на производительность системы, так как оно выполняется только при физическом обращении к диску, но не при чтении данных из дискового кэша.

Очистка карты аварийного замещения автоматически выполняется программой CHKDSK при проверке диска HPFS. Для каждого замещенного блока (сектора) программа CHKDSK выделяет новый сектор в наиболее подходящем для файла (которому принадлежат данные) месте жесткого диска. Затем программа перемещает данные из запасного блока в этот сектор и обновляет информацию о положении файла, что может потребовать новой балансировки дерева блоков размещения. После этого CHKDSK вносит поврежденный сектор в список дефектных блоков, который хранится в дополнительном блоке HPFS, и возвращает освобожденный сектор в список свободных запасных секторов резервного блока. Затем удаляет запись из карты аварийного замещения и записывает отредактированную карту на диск.

Все основные файловые объекты в HPFS, в том числе файловые узлы, блоки размещения и блоки каталогов, имеют уникальные 32-битные идентификаторы и указатели на свои родительские и дочерние блоки. Файловые узлы, кроме того, содержат сокращенное имя своего файла или каталога. Избыточность и взаимосвязь файловых структур HPFS позволяют программе CHKDSK полностью восстанавливать файловую структуру диска, последовательно анализируя все файловые узлы, блоки размещения и блоки каталогов. Руководствуясь собранной информацией, CHKDSK реконструирует файлы и каталоги, а затем заново создает битовые карты свободных секторов диска. Запуск программы CHKDSK следует осуществлять с соответствующими ключами. Так, например, один из вариантов работы этой программы позволяет найти и восстановить удаленные файлы.

Система управления файлами HPFS.IFS

HPFS относится к так называемым монтируемым файловым системам -IFS (installable file system - устанавливаемая, монтируемая система управления файлами ) . Это означает, что она не встроена в операционную систему, а добавляется к ней при необходимости.

Устанавливаемые файловые системы представляют собой специальные “драйверы” для доступа к разделам, отформатированным под другую файловую систему. Это очень удобный и мощный механизм добавления в ОС новых файловых систем и замены одной системы управления файлами на другую.

Сегодня, например, для OS/2 уже реально существуют IFS-модули для файловой системы VFAT , FAT32, Ext2FS (файловая система Linux), NTFS (правда, пока только для чтения). Для работы с данными на CD-ROM имеется CDFS.IFS. Есть и FTP.IFS, позволяющая монтировать ftp-архивы как локальные диски.

Файловая система HPFS устанавливается оператором IFS в файле CONFIG.SYS.

Этот оператор всегда помещается в первой строке данного конфигурационного файла. Пример.

IFS-E:\OS2\HPFS.IFS /САСНЕ:2048 /CRECL:4/AUTOCHECK : CD

Здесь оператор IFS устанавливает файловую систему HPFS с кэшем в 2 Мбайт, длиной записи кэша в 8 Кбайт и автоматической процедурой проверки дисков С и D:

Замечание . Подробности установки параметров и возможные значения ключей имеются в HELP-файлах, устанавливаемых вместе с операционной системой OS/2 Warp (или см. в книге Гордеева, Молчанова “Системное программное обеспечение” на стр. 175.

C истема управления файлами HPFS386.1FS

Это реализации HPFS для работы на серверах, функционирующих под управлением OS/2.

Ее принципиальное отличие от системы HPFS.IFS

· HPFS386.1FS позволяет (посредством более полного использования технологии расширенных атрибутов) организовать ограничения на доступ к файлам и каталогам с помощью соответствующих списков доступа - ACL (access control list). (Эта же технология используется в файловой системе NTFS ) .

· в системе HPFS386.1FS нет ограничений на объем памяти, выделяемой для кэширования файловых записей. Иными словами, при наличии достаточного объема оперативной памяти объем файлового кэша может быть в несколько десятков мегабайт, в то время как для обычной HPFS.IFS этот объем не может превышать 2 Мбайт, что по сегодняшним меркам безусловно мало.

· При установке режимов работы файлового кэша HPFS386.1PS есть возможность явным образом указать алгоритм кэширования.

Наиболее эффективным алгоритмом можно считать так называемый “элеваторный”, когда при записи данных из кэша на диск они предварительно упорядочиваются таким образом, чтобы минимизировать время, отводимое на позиционирование головок чтения/ записи. Головки чтения/записи при этом перемещаются от внешних цилиндров к внутренним и по ходу своего движения осуществляют запись и чтение данных в соответствии со специальным образом упорядочиваемым списком запросов на дисковые операции.

Пример записи строк в конфигурационном файле CONFIG.SYS, которые устанавливают систему HPFS386.1FS и определяют параметры работы ее подсистемы кэширования можно посмотреть в книге Гордеева, Молчанова “Системное программное обеспечение” на стр. 176-178

Файловая система JFS

Для серверной операционной системы OS/2 Warp 4.5 была создана новая журнализирующая файловая система JFS (Journaling file system) .

Новая серверная ОС компании IBM под названием OS/2 WarpServer for e-Business вышла в 1999 г.

JFS имеет большую безопасность в структурах данных благодаря технике, разработанной для СУБД.

Работа с файловой системой происходит в режиме транзакций с ведением журнала транзакций. В случае системных сбоев есть возможность обработать журнал транзакций с целью внести или сбросить какие-либо изменения, произведенные во время системного сбоя.

В этой системе увеличена скорость восстановления файловой системы после сбоя.

Но, сохраняя целостность файловой системы, система управления файлами не гарантирует восстановление данных пользователя.

Файловая система JFS обеспечивает самую высокую скорость работы с файлами из всех известных систем, созданных для ПК (это очень важно для серверной ОС).

3. Система хранения данных

Ключевой задачей файлового сервера является хранение больших объемов информации. Эффективность и возможности системы хранения данных сервера определяются совокупностью и согласованностью аппаратных средств хранения данных и возможностями операционной системы.

3.1 Аппаратные средства хранения данных

К аппаратным средствам системы хранения данных относятся собственно накопители с носителями информации и контроллеры их интерфейсов. Устройства хранения классифицируются по различным признакам:

Метод доступа:

Устройства произвольного доступа (Random-Access Devices) — накопители на гибких, жестких, магнитных, оптических, магнитооптических дисках.
Устройства последовательного доступа, обычно ленточные (Tape Devices) — стримеры, кассетные или бобинные. Для них характерна большая емкость относительно недорогих сменных носителей и большое время доступа.

Тип доступа:

Чтение/запись (Read/Write) — дисковые устройства оперативного доступа, для которых характерно небольшое время выполнения операций как считывания, так и записи.
Только чтение (Read Only) — CD-ROM или магнитные диски с защитой от записи.
Устройства с быстрым чтением и относительно долгим процессом записи — например, магнитооптические устройства, требующие предварительного стирания информации.
Устройства с последовательной записью — многие типы стримеров позволяют дописывать информацию только в конец занятой области носителя (ранее записанная информация, расположенная за текущей областью записи, становится недоступной).

Сменяемость носителя:

Фиксированный диск — винчестер, не предполагающий оперативной смены.
Накопители со сменными носителями — CD-ROM, стримеры, магнитооптические устройства и тому подобные. Смена носителя может быть как ручной, так и автоматизированной (устройства Jukebox).

Данные на сервере хранятся в виде файлов, для которых характерен большой разброс частоты использования, размеров и требований по ограничениям на время ожидания доступа. По совокупности этих признаков можно выделить три основные категории устройств хранения файлов:

On-line — "всегда готов", устройства хранения часто используемых файлов на фиксированных дисках. Объем хранимых данных ограничен возможностями подключения дисков (внутренних и внешних) к серверу.
Off-line — устройства хранения файлов на магнитных лентах или сменных дисках, которые могут быть установлены и смонтированы оператором по требованию клиента. Объем хранимых данных практически неограничен, но главный недостаток — необходимость присутствия оператора и большое время ожидания доступа.
Near-line — "всегда поблизости", устройства хранения на автоматически сменяемых и монтируемых носителях (ленточные карусели, Jukebox и прочие), занимающие среднее положение по времени доступа и объему (довольно дорогое решение).

Хорошая сетевая операционная система должна иметь возможности для обеспечения автоматической миграции данных (Data Migration) с устройств On-line на Off-line или Near-line и обратно с учетом их объема и частоты использования.

Novell публикует следующие стандарты на хранение и миграцию файлов:

Real Time Data Migration (RTDM): — автоматическая миграция данных с жестких дисков On-line на системы Near-line.

High-Capacity Storage System (HCSS): — поддержка оптических Jukeboxes.

Mass Storage Services (MSS): — координация распределенных иерархических систем хранения.

Противоречащие друг другу требования к объему хранимой информации, скорости доступа, надежности и цене могут удовлетворяться сочетанием различных классов устройств.

Интерфейсы

Из существующих интерфейсов внешних устройств ST506/412, ESDI, SCSI и IDE, в настоящее время интерес представляют только два последних.

SCSI

SCSI (Small Computer System Interface, произносится "скази") — стандартный интерфейс шины системного уровня. Он используется для подключения различных периферийных устройств — винчестеров, CD-ROM, стримеров, магнитооптических и других, внутреннего и внешнего исполнения — к компьютерам с различной архитектурой. Первоначальная 8-битная версия SCSI сменилась более эффективным интерфейсом SCSI-2, включающем 16/32-битные расширения (WIDE SCSI-2), скоростные (в FAST SCSI-2 пропускная способность шины поднята с 4 до 10 Мбайт/с, менее популярный ULTRA — 20 Мбайт/с) и их комбинации (FAST-WIDE SCSI-2 с максимальной пропускной способностью 20/40 Мбайт/с и ULTRA-WIDE — 40/80 Мбайт/с). Внедряется и SCSI-3 с параллельным, последовательным и оптоволоконным интерфейсами, обеспечивающий высокие скорости обмена и широкие функциональные возможности. В настоящее время наиболее популярны контроллеры и устройства 8- и 16-битного SCSI-2, и в дальнейшем речь пойдет именно о них. В принципе, эти устройства совместимы и со старым SCSI-1, но их совместное использование на одной шине неэффективно.
Дисковая подсистема с интерфейсом SCSI состоит из хост-адаптера, связывающего шину SCSI с системной или локальной шиной компьютера, и SCSI-устройств, соединенных с хост-адаптером кабельным шлейфом. В сервере может быть установлено до четырех хост-адаптеров. На каждой шине SCSI может присутствовать до 8 устройств, считая и хост-адаптер. Каждое устройство имеет уникальный идентификатор (SCSI ID 0-7): хост-адаптер обычно имеет ID7, первый (загрузочный) жесткий диск — ID0. Сложные устройства могут иметь до восьми подустройств со своими номерами LUN (Logical Unit Number).
SCSI-устройства выпускаются как внутреннего, так и внешнего исполнения. Внутренние устройства соединяются с хост-адаптером 50-проводным (Wide SCSI — 68-проводным) плоским кабелем, внешние — экранированным кабелем с 50-контактным разъемом "CENTRONICS" для 8-битного или 68-контактным миниатюрным разъемом для 8/16-битного SCSI-2. Существует две версии SCSI, различающиеся по типу электрических сигналов: линейные (Single ended) — обычные для PC-техники — и дифференциальные (Differential) — малораспространенные, допускающие большую суммарную длину шлейфа. Их кабели и разъемы внешне одинаковы, но взаимной совместимости устройств нет.
Обычно внутренний и внешний шлейфы адаптера являются двумя частями одной SCSI-шины.На крайних устройствах шины (и только на них) должны быть установлены и включены терминаторы (внутренние или внешние), в противном случае работа устройств будет неустойчивой. На хост-адаптере терминаторы должны включаться при использовании только одного (внутреннего или внешнего) шлейфа, современные адаптеры обычно имеют автоматическое управление терминаторами.
SCSI-2 предусматривает возможность самостоятельной работы устройств: полученные цепочки команд они могу выполнять в предварительно оптимизированном порядке, отключившись от шины, используя собственные внутренние буферы. Два устройства на одной SCSI-шине могут обмениваться массивами данных без загрузки системной шины и процессора.
Все SCSI-устройства должны предварительно конфигурироваться. Параметры конфигурирования включают:

SCSI ID — адрес 0-7, уникальный для каждого устройства на шине.
SCSI Parity — контроль паритета: если хоть одно устройство на шине его не поддерживает, следует отключить на всех устройствах.
Termination — включение терминаторов (только на крайних устройствах шлейфа).
Terminator Power — питание активных терминаторов, должно быть включено хотя бы на одном устройстве.
SCSI Synchronous Negotiation — согласование скорости синхронного обмена, обеспечивающего более высокую производительность. Если хоть одно устройство на шине не поддерживает синхронный обмен, на хост-адаптере согласование необходимо запретить. При этом, если обмен будет инициирован синхронным устройством, хост-адаптер поддержит этот режим.
Start on Command (Delayed Start) — разрешение запуска двигателя только по команде от хост-адаптера. Позволяет снизить пик нагрузки блока питания, поскольку устройства будут запускаться последовательно.
Enable Disconnection — позволяет устройствам отключаться от шины при неготовности данных, освобождая ее для других операций (используется при нескольких периферийных устройствах на шине).

Современные хост-адаптеры являются интеллектуальными устройствами, способными разгрузить центральный процессор от рутинных операций. Они обычно используют прямой доступ к памяти (DMA) и управление шиной (Bus Mastering). Тип системной шины адаптера определяет его пропускную способность и разрядность шины адреса, используемой в режиме Bus-Master. Для ISA-адаптеров 20-битное ограничение адреса не позволяет адресовать память свыше 16 Мбайт, что для сервера не так уж и много. Хорошим решением является использование шин PCI, EISA, MCA; VLB используется редко. На некоторых системных платах имеются встроенные SCSI-адаптеры, реализующие преимущества локального подключения.
Плата дискового сопроцессора Disk Coprocessor Board (DCB) разработки Novell является одним из первых интеллектуальных хост-адаптеров. Для разгрузки центрального процессора в DCB использовался собственный процессор 80188. Современные адаптеры превосходят его по производительности, но в дань уважения Novell продолжает программно поддерживать этот раритет.

IDE (Integrated Device Electronics) — интерфейс устройств со встроенным контроллером, используется для подключения устройств внутреннего исполнения: дисковых накопителей и CD-ROM. Наибольшее распространение получила 16-битная версия, называемая также ATA (AT Attachment) или AT-Bus. Новые версии — EIDE (Enhanced IDE), Fast ATA , Fast ATA-2 допускают более высокие скорости обмена (свыше 10 Мбайт.с) и отодвигают ограничение на максимальный объем диска с 504 Мбайт до 7.88 Гбайт.
Малораспространные варианты: XT-IDE — 8-битный интерфейс с 40-проводным шлейфом, с ATA несовместим; MCA IDE — 72-проводной интерфейс для 16-битной шины MCA.
К одной шине IDE может подключаться не более двух устройств, одно из которых с помощью переключателей (джамперов) назначается ведущим (Master), другое — ведомым (Slave). В отличие от SCSI, устройства на одной шине могут работать только поочередно. В системе может быть до двух шин IDE, доступных для подключения жестких дисков. Дополнительный IDE-интерфейс, имеющийся на звуковых картах, обычно может использоваться только для подключения CD-ROM (жесткие диски BIOS на нем искать не будет, хотя возможно настроить драйвер NetWare и на его использование; целесообразность установки звуковой карты на выделенном сервере весьма сомнительна).
Скорость передачи данных по шине может ограничиваться как накопителем, так и контроллером. Для обмена обычно используется PIO (Programming Input/Output). PIO Mode 3 допускает скорость до 11.1 Мбайт/с, PIO Mode 4 — 16.6 Мбайт/с. Для сервера желательна поддержка высокоскоростных режимов.
Контроллер IDE в современных платформах обычно встраивается в системную плату и подключается к высокопроизводительной локальной шине. Существуют также и контроллеры для шин ISA, EISA, VLB, PCI, некоторые модели имеют аппаратный кэш и средства дублирования (отражения) дисков. Применение ISA-адаптеров для сервера нежелательно по причине их низкой пропускной способности.
Делая выбор между интерфейсами дисковой системы SCSI и IDE, следует принимать во внимание следующие факторы:

цена SCSI-диска теперь несущественно превышает цену аналогичного IDE-устройства, однако надо учитывать внушительную цену SCSI-контроллера (хост-адаптера);
производительность одиночных устройств IDE и SCSI практически одинакова, но при одновременном использовании нескольких устройств суммарная производительность SCSI-системы существенно выше;
высокая эффективность дисковой системы в сервере (как в многозадачной системе) обеспечивается использованием DMA (и Bus Mastering) и интеллектуальностью адаптера, что типично для SCSI и редко встречается в IDE-системах;
ассортимент устройств IDE ограничен жесткими дисками и накопителями CD-ROM, только внутреннего исполнения и только для IBM PC-совместимых компьютеров. Интерфейс SCSI имеют винчестеры, стримеры, магнитооптические устройства, CD-ROM, дисковые массивы и другие устройства как внутреннего, так и внешнего исполнения, производимые для компьютеров любых архитектур;
наращиваемость системы с IDE ограничена четырьмя жесткими дисками, вместе с CD-ROM число устройств не может превышать шести. Для SCSI возможно подключение до 4x7=28 устройств, в число которых могут входить и сложные устройства с подустройствами;
теоретически возможно сосуществование SCSI и IDE в одном сервере, но при этом вероятны и некоторые сюрпризы несовместимости (конфликты) конкретных моделей контроллеров.

Устройства хранения информации

Накопители на жестких магнитных дисках

Накопители на жестких магнитных дисках (Hard Disk Drive, HDD) являются основными устройствами оперативного хранения информации. Для современных одиночных накопителей характерны объемы от сотен мегабайт до нескольких гигабайт при времени доступа 5-15 мс и скорости передачи данных 1-10 Мбайт/с.
Относительно корпуса сервера различают внутренние и внешние накопители.
Внутренние накопители существенно дешевле, но их максимальное количество ограничивается числом свободных отсеков корпуса, мощностью и количеством соответствующих разъемов блока питания сервера. Установка и замена обычных внутренних накопителей требует выключения сервера, что в некоторых случаях недопустимо.
Внутренние накопители с возможностью "горячей" замены (Hot Swap) представляют собой обычные винчестеры, установленные в специальные кассеты с разъемами. Кассеты обычно вставляются в специальные отсеки со стороны лицевой панели корпуса, конструкция позволяет вынимать и вставлять дисководы при включенном питании сервера. Для стандартных корпусов существуют недорогие приспособления (Mobile Rack), обеспечивающие оперативную съемность стандартных винчестеров.
Внешние накопители имеют собственные корпуса и блоки питания, их максимальное количество определяется возможностями интерфейса. Обслуживание внешних накопителей может производиться и при работающем сервере, хотя может требовать прекращения доступа к части дисков сервера.
Для больших объемов хранимых данных применяются блоки внешних накопителей — дисковые массивы и стойки, представляющие собой сложные устройства с собственными интеллектуальными контроллерами, обеспечивающими, кроме обычных режимов работы, диагностику и тестирование своих накопителей.
Более сложными и надежными устройствами хранения являются RAID-массивы (Redundant Array of Inexpensive Disks — избыточный массив недорогих дисков). Для пользователя RAID представляет собой один (обычно SCSI) диск, в котором производится одновременная распределенная избыточная запись (считывание) данных на несколько физических накопителей (типично 4-5) по правилам, определяемым уровнем реализации (0-10). Например, RAID Level 5 позволяет при считывании исправлять ошибки и осуществлять замену любого диска без остановки обращения к данным.

CD-ROM

Устройства считывания компакт-дисков CD-ROM расширяют возможности системы хранения данных NetWare. Существующие накопители обеспечивают скорость считывания от 150 кбайт/с до 300/600/900/1500 Кбайт/c для 2-,4-,6- и 10-скоростных моделей при времени доступа 200-500 мс. NetWare позволяет монтировать компакт-диск как сетевой том, доступный пользователям для чтения. Объем тома может достигать 682 Мбайт (780 Мбайт для Mode 2).
Устройства CD-ROM выпускаются с различными интерфейсами, как специфическими (Sony, Panasonic, Mitsumi), так и общего применения: IDE и SCSI. Сервер NetWare обслуживает только CD-ROM с интерфейсами SCSI, новые драйверы существуют и для IDE; устройства со специфическими интерфейсами могут использоваться только в DOS для инсталляции системы. С точки зрения повышения производительности предпочтительнее использование CD-ROM SCSI, однако они существенно дороже аналогичных IDE-устройств. В сервере с дисками SCSI применение CD-ROM с интерфейсом IDE может оказаться невозможным из-за конфликтов адаптеров.

Во избежание зависания процесса инсталляции сервера с CD, его привод нежелательно подключать к тому же контроллеру, который будет обслуживать диск с системным томом SYS:. CD-ROM внутреннего исполнения не рекомендуется устанавливать непосредственно над жестким диском из-за сильного магнитного поля, способного разрушить данные на винчестере, которое возникает при считывании CD.

Стримеры

Устройства хранения данных на магнитной ленте (Tape Drive) — стримеры — являются распространенными средствами архивации данных. Они относятся к категории устройств хранения Off-Line, для них характерно очень большое время доступа, обусловленное последовательным методом доступа, средняя скорость обмена и большая емкость носителя — от сотен мегабайт до нескольких гигабайт. Носителем информации обычно являются картриджи с лентой шириной 1/4 дюйма (6.25 мм) — Quarter-Inch Cartridge, QIC. Широко распространены стандарты QIC 40 и QIC 80, имеющие продольную плотность записи 10000 бит/дюйм на 20 дорожках и 14700 бит/дюм на 28 дорожках соответственно, позволяющие хранить сотни Мбайт на одной ленте. Большие объемы обеспечивают стандарты QIC 1350 и QIC 2100 — 1.35 и 2.1 Гбайт соответственно. Девятидорожечные ленты шириной 1/2 дюйма (12,7 мм) типичны для накопителей мини- и больших (Mainframe) компьютеров.
Стримеры могут иметь специфические интерфейсы, требующие специальных адаптеров; некоторые дешевые модели подключаются к стандартному контроллеру накопителей на гибких дисках вместе с дисководами; существуют устройства, подключаемые к паралельному порту. NetWare поддерживает только стримеры с интерфейсом SCSI, что объясняется его преимуществом в производительности системы в целом. Использование стримеров с другими интерфейсами может оказаться невозможным из-за отсутствия соответствующих драйверов.
NetWare поддерживает ленточные устройства как средства архивирования и востановления данных, на их использование ориентирована серверная утилита SBACKUP.
Ленточные устройства имеют существенный недостаток — большие затраты времени на обслуживание:

подготовка картриджа к использованию — тестирование поверхности и форматирование ленточных томов — весьма длительная процедура, занимающая время, исчисляемое часами. Приобретение предварительно отформатированных картриджей (Preformatted) позволяет экономить время (конечно, при условии совпадения форматов);
процесс записи и считывания длителен из-за последовательного доступа и невысоких скоростей движения носителя;
при длительном хранении ленты требуют периодической перемотки для снятия внутренних напряжений. Кроме того, при хранении необходимо выдерживать нормальные условия по температуре и влажности;
основное преимущество стримеров — низкая удельная стоимость хранения больших массивов информации.

Магнитооптические устройства

Магнитооптические устройства — Magneto-Optical Drives, MOD, — используют лазерный луч для записи информации на сменный магнитный носитель, весьма устойчивый к воздействию внешних магнитных полей и некритичный к температуре и влажности. Емкость одного носителя составляет от сотен мегабайт до нескольких гигабайт. Устройства обеспечивают скорость считывания и время доступа, приближающиеся к параметрам винчестера, но существенно более длительный процесс записи. Магнитооптические устройства могут монтироваться как сменяемый том или использоваться в качестве устройств архивации (альтернатива стримерам) или миграции данных (HCSS). Приводы с автоматической сменой носителя (Jukebox) являются примером устройств хранения класса Near-Line и могут с успехом использоваться для создания массивов данных с объемом, достигающим терабайта, а также для автоматизированного резервного архивирования сетевых дисков. Общепринятым интерфейсом MOD для серверов является SCSI, применение устройств, подключаемых к параллельным портам для сервера нежелательно из-за большой загрузки процессора при обмене с ними и может оказаться невозможным из-за отсутствия драйверов NetWare.

3.2 Дисковая подсистема сервера NetWare

NetWare использует собственные методы организации дисков, создавая на них разделы, отличающиеся от разделов DOS. ОС имеет специальные средства для повышения надежности хранения и суммарной эффективности параллельного обслуживания множества запросов клиентов, приложений и внутренних процессов системы.

Средства повышения надежности хранения.

Надежность хранения информации на физическом уровне обеспечивается контрольным считыванием после записи (Read after Write Verify) в сочетании с "горячим резервированием" (Hot Fix) и дублирование дисков.

Контрольное считывание может быть реализовано аппаратно (средствами дискового контроллера) или программно. Аппаратный контроль с точки зрения производительности предпочтительнее, однако при этом остается уязвимым тракт память — контроллер. Для специальных дисков, реализующих верификацию аппаратно на уровне устройства, включение системной верификации обычно излишне.
Горячее резервирование использует область Hot Fix Area, определяемую при создании раздела NetWare. Дефектные участки поверхности носителя, выявленные по возникновении ошибки при считывании или верификации после записи, переназначаются в резервную область и в дальнейшем до переформатирования диска не используются.
Дублирование дисков, точнее — разделов одинакового размера, подразделяется на отражение (Disk Mirroring) и дуплексирование (Disk Duplexing). При использовании дублирования запись производится одновременно на два и более (максимум — 8) физических накопителя, подключенных в случае отражения к одному контроллеру, в случае дуплексирования — к различным контроллерам. При чтении запросы распределяются между отраженными дисками, что попутно сокращает время доступа к данным. Согласованность данных (синхронность) на дублированных носителях проверяется при монтировании их томов. B NetWare 4.x синхронность дисков проверяется еще и периодически во время обычной работы сервера. Отражение спасает данные только в случае отказа самого накопителя, дуплексирование резервирует весь дисковый тракт. Дуплексированные диски работают производительнее отраженных за счет параллельной работы каналов при записи. Для оператора консоли оба вида дублирования дисков называются отражением.
Применение накопителей RAID разгружает процессор сервера от задач повышения надежности хранения информации, во многих случаях снимая актуальность применения отражения дисков (RAID Level 1 эквивалентен отражению двух дисков).

Обеспечение надежности на физическом уровне дополняется средствами диагностики и восстановления логической структуры томов (утилита VREPAIR.NLM) и резервного копирования.

Средства повышения эффективности доступа.

Высокая эффективность файл-сервера NetWare обеспечивается системой кэширования файлов и каталогов, автоматического индексирования больших файлов, хэширования каталогов и лифтового поиска при обслуживании групп запросов к дискам. Система ориентирована на повышение суммарной эффективности удовлетворения множества запросов множества клиентов с оптимизацией операций с физическими устройствами.

Для ускорения доступа к файлам и каталогам в оперативной памяти сервера отводится пул кэш-буферов, в которые помещаются данные, считанные с диска или предназначенные для записи на диск. Большой объем пула обеспечивает достаточно высокую вероятность нахождения требуемых данных в кэш-буфере при весьма вероятном повторном обращении. При последовательном чтении соседних блоков файлов система может выполнять упреждающее считывание (Read Ahead), помещая в кэш данные "про запас". Менеджер кэша следит за использованием буферов, освобождая блоки, к которым давно не было обращений, управляет записью данных из модифицированных кэш-буферов (Dirty Cache Buffers) на диск, передает запросы на обращения к дискам в лифтовую систему поиска.
Для ускорения доступа к большим файлам ОС автоматически индексирует любой файл прямого доступа, имеющий более 64 элементов в таблице размещения, строя индекс турбо-FAT. Поскольку это построение занимает определенное время, а турбо-FAT может впоследствии пригодиться для нового доступа к тому же файлу, существует время жизни индекса после закрытия индексированного файла, по исчерпании которого занимаемая им память может быть выделена для другого файла.
Для ускорения поиска файла в каталоге применяется хеширование каталогов (Directory Hashing) — метод индексирования каталога, позволяющий находить требуемое вхождение с первой попытки с вероятностью 0.95 (в отличие от обычного последовательного перебора таблицы вхождений каталога).
Лифтовый поиск (Elevator Seeking) минимизирует затраты времени на перемещение головок дисковода, вносящие наибольшую задержку в суммарное время доступа к данным. Запросы к диску от множества процессов, обслуживаемых сервером, выстраиваются в очередь и обслуживаются по мере приближения головок к требуемым участкам, подобно лифту, подбирающему и выпускающему пассажиров по пути на разных этажах.

Организация дисковой системы

ОС NetWare взаимодействует с устройствами внешней памяти через собственные драйверы, специальные для каждого типа устройств и интерфейса. Традиционные драйверы (.DSK-файлы) в NetWare 4.1x постепенно заменяются на драйверы архитектуры NPA, NWPA (NetWare Peripherial Architecture). В них функции обеспечения интерфейсов связи NetWare с хост-адаптером и собственно драйверы конкретных подключенных к ним устройств разделены на модули HAM (Host Adapter Module) и CDM (Custom Device Module) соответственно. Такое разбиение позволяет экономить ресурсы памяти и процессора, поскольку загружаются только фактически необходимые модули. Модульность архитектуры облегчает изменение конфигурации аппаратуры сервера, требуя перезагрузки только одного (HAM или CDM) драйвера. Novell планирует в следующих версиях произвести полный переход на NPA, но пока обеспечивается ее сосуществование с распространенными традиционными.DSK-драйверами.
Для всех установленных и используемых дисковых контроллеров должны загружаться соответствующие им драйверы. В комплект поставки NetWare включены несколько типов дисковых драйверов.
Драйвер DCB.DSK предназначен для платы дискового сопроцессора — SCSI хост-адаптера фирмы NOVELL.
Драйвер IDE.DSK работает с IDE-дисками минуя BIOS через собственные процедуры.
Драйвер ISADISK.DSK работает с дисками IDE (и ST-506/ST-412) через BIOS компьютера, его использование позволяет обойти трудности, связанные с неоднозначностью обслуживания IDE-дисков емкостью свыше 504 Мбайт различными версиями BIOS.
Драйверы SCSI-дисков специфичны для каждого варианта хост-адаптера и должны включаться в комплект поставки SCSI-адаптера.
ОС работает со своими разделами (NetWare Partition), создаваемыми на дисках утилитой INSTALL. На одном физическом диске может присутствовать только один раздел NetWare, сосуществуя с разделами других операционных систем. Каждый раздел NetWare имеет резервную область (Hot Fix Area), на которую переназначаются данные с дефектных блоков по мере их обнаружения. Разделы (и логические диски) DOS используются для начальной загрузки компьютера, при работе NetWare они могут быть доступными только для загрузки модулей ОС. С рабочих станций весьма урезанный доступ к дискам DOS сервера имеет только оператор удаленной консоли.
Файловая система сервера в качестве самого крупного элемента организации использует категорию том (VOLume). Том может состоять из одного или нескольких (до 32) сегментов, расположенных в одном или нескольких логических разделах NetWare; каждый раздел может содержать до 8 сегментов, принадлежащих любым томам. Размещение одного тома на нескольких дисках дает возможность физически одновременного обслуживания нескольких обращений к его данным. Размер тома (минимальный — 1 Мбайт) можно увеличивать в процессе эксплуатации без разрушения уже записанных данных, добавляя к нему дополнительные сегменты. Удаление сегмента приводит к потере данных всего тома.
Том становится доступным для использования после его монтирования командой MOUNT, том SYS, необходимый для работы системы, монтируется автоматически по загрузке драйвера (драйверов), обеспечивающего доступ к дискам, несущим все его сегменты. Смонтированный том занимает в оперативной памяти объем, зависящий от его размера. Неиспользуемые тома можно размонтировать командой DISMOUNT.
Каждый том NetWare имеет древовидную структуру каталогов (аналогично логическому диску DOS). Полная спецификация файла имеет следующую структуру:

fname[.ext]

где server_name и vol_name — имена сервера и тома, dir_n — имена каталогов и подкаталогов, fname и ext — имя и расширение файла. В качестве разделителя элементов имени обычно допускается равноправное использование символов / и \ (в файлах процедур регистрации символ \ используется как управляющий).
По умолчанию том поддерживает только имена файлов, удовлетворяющие соглашениям DOS. Для поддержки пространства имен других систем (Macintosh, OS/2, UNIX и FTAM) предусмотрена загрузка дополнительных модулей MAC.NAM, OS2.NAM, NFS.NAM и FTAM.NAM соответственно.
Информация о размещении данных на томе хранится в таблицах каталогов (DET) и размещения файлов (FAT), которые всегда дублируются на разных участках диска. В случае разрушения основной копии таблицы восстанавливаются с резервной. Проверка обеих копий производится каждый раз во время монтирования тома при загрузке, "легкие" ошибки исправляются автоматически.
Для устранения более серьезных проблем монтирования используется утилита VREPAIR.NLM, позволяющая проверять и восстанавливать предварительно размонтированные тома, а также удалять дополнительное пространство имен. Копию VREPAIR.NLM полезно иметь в загрузочном каталоге диска DOS (если возникнут проблемы с томом SYS:).
В корневом каталоге каждого тома система создает ASCII-файл VOL$LOG.ERR, в который записывается диагностическая информация о работе тома. При нормальной работе системы в нем присутствуют только сообщения о монтировании и размонтировании.

Дисковое пространство выделяется под файлы и каталоги блоками. Размер блока может принимать значения 4, 8, 16, 32 или 64 кбайт, он определяется при создании тома и одинаков для всех его сегментов. Бо"льшие размеры блока экономят память сервера, используемую для кэширования таблиц каталогов и размещения файлов, но при большом количестве маленьких файлов увеличивают расход дисковой памяти, поскольку под каждый файл выделяется хотя бы один блок.
В NetWare 4.x эффективность использования дискового пространства повышается при использовании подразделения блоков (Block Suballocations) на субблоки с размером, кратным 512 байт. При этом файл всегда начинается с границы целого блока, а неиспользуемые остаточные субблоки могут использоваться в качестве "довесков" в других файлах. Выигрыш в использовании дискового пространства, естественно, оплачивается некоторым снижением производительности. Подразделение блоков (по умолчанию предлагается разрешить) может быть установлено для тома в любое время, однако отменить его уже нельзя до переформатирования тома. Подразделение может быть запрещено для конкретных файлов установкой атрибута Ds (Don"t Suballocate), что особенно полезно для часто изменяемых файлов, например, баз данных.
Для повышения эффективности использования дисковой памяти в случае разрозненных (sparce) файлов большого размера (у которых был заявлен большой размер, но реальная запись в средние блоки не производилась) под незаписанную часть файла блоки не выделяются, при чтении этой области система генерирует поток нулей. Cвойство разрозненности может сохраняться и при копировании файлов сетевыми утилитами.
ОС следит за наличием свободного пространства томов и при уменьшении его до критического размера выдает сообщения на консоль и станции сети.
В NetWare 4.x дополнительную экономию дискового пространства обеспечивает применение компрессии файлов (File Compression): ОС выявляет файл, к которому не было обращений в течении нескольких дней, и пытается выполнить его сжатие во временный файл. Если компрессия успешно завершилась и сжатый файл стал существенно меньше оригинала, исходный файл замещается сжатым. При обращении к этому файлу он автоматически распаковывается в свободное пространство диска. Компрессия, как и подразделение, для всего тома может только включаться, но может запрещаться атрибутами для файлов и каталогов. Параметры компрессии задаются командами SET и атрибутами файлов и каталогов. "Расплатой" за экономию дискового пространства являются следующие негативные явления:

скорость доступа: декомпрессия файла, в зависимости от его размера и производительности процессора, может занимать от десятков секунд до десятков минут;
архивация: системные архивы (Backup) томов с разрешенной компрессией могут восстанавливаться только на тома с разрешенной компрессией. Вдобавок, файлы восстанавливаются в декомпрессированном виде и будут автоматически сжаты только через несколько дней. Следовательно, размер тома для восстановления архива может потребоваться существенно большим, чем размер архивированного тома;
производительность сервера: компрессия и декомпрессия требуют ресурсов процессора, однако поиск файлов-кандидатов и их компрессию можно запретить на время большой активности пользователей в сети.

При наличии устройств массовой памяти (HCSS) возможно применение миграции файлов на внешние устройства класса Near-Line. При заполнении пространства тома до определенного порога система ищет файлы с самым давним временем последнего доступа, и если прошедший срок превышает заданный порог, файлы автоматически перемещаются на внешнее устройство, позволяющее системе обеспечить его автоматический же возврат по первому запросу доступа. Миграция разрешается или запрещается для всего тома, для каждого файла может запрещаться установкой атрибута Dm (Don"t Migrate).

Управление доступом к файлам и каталогам

Конечной задачей файл-сервера является предоставление пользователям доступа к файлам и каталогам, расположенным в системе хранения данных сервера. NetWare предоставляет возможность доступа клиентов сети к конкретным файлам и каталогам, а также возможность отображения любого каталога на логический диск рабочей станции — так называемое планирование драйвов (Drive Mapping), осуществляемое сервером по командам MAP или через протокольные вызовы NCP.
NetWare как многопользовательская и многозадачная ОС обеспечивает управление доступом к файлам и каталогам в следующих аспектах:

предоставление определенных прав доступа конкретным пользователям и группам;
задание свойств файлов и каталогов их атрибутами;
реализация разделяемого доступа к файлам, механизма захвата (блокировки) файлов и записей при множественном доступе;
восстановление и очистка удаленных файлов;
контроль завершенности транзакций.

Потенциально возможные действия любого пользователя с файлами и каталогами определяются его правами доступа в данном файле или каталоге. Права могут задаваться непосредственными опекунскими назначениями (Trustee Assignments) или наследоваться от прав, доверенных в родительском каталоге. Наследование прав регулируется фильтром наследуемых прав (Inherited Rights Filter, IRF), который до версий NetWare 4.x не очень выразительно назывался маской (IRM). Опекунские назначения и фильтры (маски) используют один и тот же набор прав. Таблица 3.1. Права доступа к файлам и каталогам

Право	Обозначение	Действие для каталогов и файлов
Read	R	Право открытия и чтения файла (запуск программ).
Write	W	Право открытия и изменения содержимого существующего файла.
Create	C	Для каталога — право создания (но не чтения) файлов и подкаталогов. Для файла — право восстановления удаленного (неочищенного).
Erase	E	Право удаления файла или каталога и очистки удаленного файла.
Modify	M	Право модификации атрибутов и имени (но не содержимого)
File Scan	F	Право сканирования (обеспечивает видимость имен файлов и подкаталогов)
Access Control	A	Право управления доступом — позволяет изменять маску и предоставлять (модифицировать) все права (кроме прав супервизора) любым пользователям.
Supervisory	S	Право супервизора — автоматически включает все вышеперечисленные права, а также позволяет предоставлять право супервизора в этом каталоге или файле другим пользователям. Применительно к каталогу распространяется на все файлы и нижестоящие подкаталоги и не может отменяться на нижестоящих уровнях каталогов или файлов (игнорирует фильтры и опекунские назначения).

Эффективные права пользователя складываются из всех прав, доверенных ему лично и как члену групп, а также из прав пользователей и групп, которым он имеет эквивалентность по защите. Если права доверены только в вышестоящем каталоге, то по пути к данному каталогу они проходят через фильтры наследуемых прав доверенного и промежуточных каталогов, а для файла — еще и через его IRF. При наследовании, естественно, права могут только ограничиваться (за исключением права супервизора). Непосредственное опекунское назначение отменяет наследование прав.

При просмотре каталогов пользователь увидит дерево каталогов от самого корня тома, но только те ветви, которые ведут в доверенные ему каталоги и только те файлы, в которых он имеет эффективное право сканирования (F).

Установкой опекунских назначений можно предоставить любой набор прав (или, наоборот, ограничить доступ) в любом фрагменте дерева каталогов и файлов.

Атрибуты каталогов и файлов предназначены для ограничения действий пользователей, разрешенных их эффективными правами, а также задания некоторых свойств, учитываемых системой при обслуживании. Изменение атрибутов разрешается пользователям, обладающим правом модификации.

Таблица 3.2 Атрибуты файлов и каталогов

Атрибут файла (F) каталога (D)	Net Ware 2.x-3.x	Net Ware 4.x	Назначение атрибута
Archive needed (F)	A	A	Необходимость архивации файла (модифицирован со времени последней архивации)
Copy inhibit (F)	C	Ci	Запрет копирования файлов для Macintosh
Delete inhibit (F,D)	D	Di	Запрет удаления файла или каталога
Hidden (F,D)	H	H	Невидимый командой DOS DIR (NDIR этот атрибут игнорирует)
Indexed (F)	I	I	Индексируемый файл (активизирует построение Turbo-FAT для ускорения доступа)
Purge (F,D)	P	P	Немедленно очищаемый при удалении (невосстанавливаемый утилитой SALVAGE)
Read Only (F)	Ro	Ro	Только чтение: запрет записи, переименования и удаления (автоматически устанавливает атрибуты Ri и Di и снимает Rw)
Read Write (F)	Rw	Rw	Чтение и запись (при установке снимает Ro)
Rename inhibit (F,D)	R	Ri	Запрет переименования
Shareable (F)	S	S	Разделяемый файл (допускает одновременное обращение от нескольких пользователей)
System (F,D)	Sy	Sy	Системный: скрытый с запретом удаления (комбинация H и Ro)
Transactional (F)	T	T	Транзактируемый файл, защищаемый TTS (также запрещает удаление и переименование)
eXecute only (F)	X	X	Файл только для исполнения (.COM или.EXE). Запрет модификации, удаления, переименования и копирования. Однажды установленный атрибут невозможно снять; не все программы могут с ним работать
(Normal)	N	N	Фиктивный "атрибут" для установки атрибутов по умолчанию (Rw)
Can"t Compress (F)	-	Cc	Невозможна существенная компрессия (устанавливается системой после неэффективной попытки сжатия)
Don"t Compress (F,D)	-	Dc	Запрет компрессии
Immediate Compress (F,D)	-	Ic	Немедленная компрессия (сразу после записи)
Don"t Migrate (F,D)	-	Dm	Запрет миграции на HCSS
Migrated (F)	-	M	Файл мигрировал на HCSS
Don"t Suballocate (F)	-	Ds	Запрет подразделения блоков

Атрибуты I, Cc, M устанавливаются операционной системой.

При копирование файлов сетевыми утилитами (NCOPY) между сетевыми каталогами файл сохраняет все атрибуты, кроме P (немедленно очищаемый). Копирование файла на локальный диск, а также любое копирование средствами DOS, сохраняет только атрибуты S и Ro.

При разделяемом доступе к файлам целостность данных при одновременном доступе с нескольких станций обеспечивается механизмом захвата файлов и физических записей. Множественный доступ разрешается только к файлам, имеющим атрибут разделяемости (S). Прикладная программа может потребовать захвата файла или физической записи — области файла. При попытке другого клиента обратиться к захваченному файлу или записи система блокирует эту операцию.

ОС имеет средства восстановления удаленных файлов: при удалении файла сначала делается только пометка в его описателе, содержимое файла и занимаемое пространство на томе сохраняется до его необратимой очистки (Purge), выполняемой системой автоматически через некоторое время, или пользователем, имеющем в удаленных файлах право удаления D, с помощью утилиты PURGE. Файлы с атрибутом P очищаются немедленно.

Система позволяет сохранять удаленные файлы даже с совпадающими именами. Неочищенный (восстановимый) файл из удаленного каталога переносится в скрытый каталог DELETED.SAV, автоматически создающийся в корневом каталоге каждого тома. Для обслуживания восстановимых файлов служит утилита SALVAGE.EXE, которая имеет средства для поиска и выбора восстановимых файлов, в том числе и из удаленных каталогов.

Система отслеживания транзакций TTS защищает файлы баз данных с установленным атрибутом транзакционности (T). Система следит за тем, чтобы каждая транзакция — цепочка захвата, модификации и освобождения записи — выполнялась до конца.

Если по внешним причинам, связанным с сервером, сетью или станцией, транзакция прервалась, то TTS произведет откат транзакции — вернет файл в состояние, в котором он был до ее начала. В корневом каталоге тома SYS: система создает текстовый файл TTS$LOG.ERR, в котором накапливается отчет о работе TTS. Подключение сервера к системе бесперебойного питания позволяет повысить надежность TTS.

8. Принципы хранения информации

8.1. Иерархия устройств памяти

Кэш память (Первичные устройства хранения)

Оперативная память (Первичные устройства хранения)

Жесткие диски (Вторичные устройства хранения)

Третичные устройства хранения

Кэш память

Объемы кэш памяти порядка 1 Мбайт. Время доступа 5-10 нс.

В любой момент времени информации из кэш памяти отвечает содержимое определенного участка ОЗУ. При внесении изменений в кэш, данные отражаются обратно в ОЗУ. По мере необходимости данные из кэша выгружаются и на освободившееся место загружаются новые порции данных.

ОЗУ

Объемы ОЗУ порядка 100 Мбайт. Время доступа 10-100 нс.

ОЗУ обеспечивает произвольный доступ к данным. Это означает, что для получения любого байта из ОЗУ затрачивается одно и тоже время.

Виртуальная память

Виртуальная память. Компьютеры адресуют 4 Гбайта, однако объем ОЗУ значительно меньше. Виртуальная память располагается на жестком диске в виде файла. По мере необходимости происходит страничный обмен (4-56 Кбайт) между ОЗУ и жестким диском.

Вторичные устройства хранения

Всякого рода дисковые устройства – магнитные , оптические и магнитооптические диски. Диски выполняют поддержку виртуальной памяти и поддержку файловой системы.

Блочный обмен.

СУБД как правило выполняют манипуляцию с данными в обход операционной системы. Время доступа 10-30 мс. Возникает ситуация, когда затраты на чтение блоков значительно превышают операции по обработке этих самых блоков.

Емкости порядка 100-1000 Гб.

Третичные устройства

Объемы данных со спутников исчисляются петабайтами (10^15).

Специализированные массивы.

Типы устройств:

1) магнитные ленты устанавливаемые по требованию. Оператор устанавливает ленту в привод.

2) Автоматические приводы оптических дисков CD / DVD

3) Ленточные бункеры

Средняя емкость ленты – 50 Гб. CD -700 Мб. DVD – 2.5, 4.9 Гб.

Время доступа таких устройств – 10-100 с .