Более быстрая загрузка программ. Благодаря тому, что FAT32 имеет меньшие размеры кластеров, приложения и необходимые для их загрузки файлы могут быть оптимальным образом размещены на диске.
Файловые системы Linux
В качестве «родных» для Linux рассматриваются следующие файловые системы: ext2fs, ext3fs, ReiserFS, XFS, JFS. Именно они обычно и предлагаются на выбор при установке подавляющего большинства дистрибутивов.
Основными критериями при выборе файловой системы являются, обычно, надежность и быстродействие. В некоторых случаях приходится учитывать также фактор совместимости - в данном случае под ней понимается способность других операционных систем обращаться к той или иной файловой системе.
Файловая система ReiserFS - эффективность работы с мелкими файлами является сильной стороной этой файловой системы.
Под мелкими файлами понимаются файлы, размером меньше логического блока файловой системы, который в Linux в большинстве случаев равен 4 килобайта, хотя и может задаваться при форматировании в некоторых пределах.
Таких мелких файлов в любой Unix-подобной ОС - бессчетное количество.
Типичным примером являются файлы, составляющие дерево портов FreeBSD, портежейGentoo и т.д.
В большинстве файловых систем для таких мини-файлов существует как свой inode (информационный узел, содержащий мета информацию о файле), так и блок данных, что приводит как к расходу дискового пространства, так и снижению быстродействия файловых операций. В частности, именно в этом причина катастрофической задумчивости файловой системы FreeBSDпри работе с собственной же системой портов.
Такое обращение с мелкими файлами ReiserFS послужило причиной возникновения легенды о ее ненадежности. Действительно, при крахе файловой системы данные, размещенные совместно со своими inodes, вместе с ними же и пропадают - причем безвозвратно. Тогда как в тех файловых системах, где inodes и блоки данных всегда разобщены пространственно, последние теоретически можно восстановить. Так, для ext2/ext3 даже существуют средства, позволяющие это сделать.
По суммарному быстродействию ReiserFS однозначно быстрее всех остальных журналируемыхфайловых систем, а по некоторым показателям превосходит и ext2.
Файловая система ext3fs. Главное преимущество ext3fs в ее совместимости - она с гарантией будет прочитана любой Linux-системой. Большинство BSD-систем легко понимают ext3fs (хотя и без журналирования). Для Windows также имеются драйверы и plug-ins к распространенным файловым менеджерам (например, TotalCommander), обеспечивающие доступ к разделам с ext2fs/ext3fs.
Быстродействие данной файловой системы очень зависит от режима журналирования: с полным журналированием данных, частичным их журналированием и журналированием только метаданных. В каждом из режимов она показывает различную производительность на разных типах файловых операций. Впрочем, ни в одном случае быстродействие не является рекордным.
Файловая система XFS. В плане совместимости к ней относится все то же самое, что написано для ReiserFS. С точки зрения быстродействия она примерно на одном уровне с ext3fs.
Использование XFS оправдывает себя при работе не просто с большими, а с очень большими файлами - каковыми являются фактически только образы DVD и видеофайлы.
SWAPFS
Этот тип файловой системы находится на особом положении - он используется для организации на диске области подкачки (swap). Область подкачки используется в Linux для организации виртуальной памяти: когда программам недостаточно имеющейся в наличии оперативной памяти, часть рабочей информации временно размещается на жёстком диске.
JFS
Разработана IBM для файловых серверов с высокой нагрузкой: при разработке особый упор делался на производительность и надёжность, что и было достигнуто.
Поддерживает журналирование. 1.2 Файловая система NTFS
NTFS обеспечивает комбинацию эффективности, надежности и совместимости, отсутствующую в FAT или HPFS. Она разработана для быстрого выполнения стандартных файловых операций типа чтения, записи и поиска, а также улучшенных операций типа восстановления файловой системы на очень больших жестких дисках.
NTFS также включает возможности безопасности, требуемые для файловых серверов и высококачественных персональных компьютеров в корпоративной среде. NTFS поддерживает управление доступом к данным и привилегии владельца, что является важным для целостности корпоративных данных. В то время как каталогам, разделяемым при помощи Windows NT Server, назначаются специфические разрешения, файлам и каталогам NTFS могут назначаться разрешения вне зависимости, разделены они или нет. NTFS - единственная файловая система в Windows NT, которая позволяет назначить разрешения для отдельных файлов.
NTFS является простой, но очень мощной разработкой. Для этой перспективной файловой системы вся информация на томе NTFS является файлом или частью файла. Каждый распределенный на томе NTFS сектор принадлежит некоторому файлу. Даже метаданные (metadata) файловой системы (информация, которая описывает непосредственно файловую систему) являются частью файла.
Эта основанная на атрибутах файловая система поддерживает объектно - ориентированные приложения, обрабатывая все файлы как объекты, которые имеют определяемые пользователем и системой атрибуты.
Каждый файл на томе NTFS представлен записью в специальном файле, называемом главной файловой таблицей (MFA - masterfiletable). NTFS резервирует первые 16 записей таблицы для специальной информации. Первая запись этой таблицы описывает непосредственно главную файловую таблицу.
За ней следует зеркальная запись (mirrorrecord) MFT. Если первая запись MFT разрушена, то NTFS читает вторую запись для отыскания зеркального файла MFT, первая запись которого идентична первой записи MFT. Местоположения сегментов данных MFT и зеркального файла MFT записаны в секторе начальной загрузки.
Дубликат сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска.
Третья запись MFT - файл регистрации (logfile); используется для восстановления файлов. Файл регистрации подробно описан в настоящей главе ниже. Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами (также рассматриваются как файлы NTFS) на томе.
NTFS просматривает каждый файл (или каталог) как набор атрибутов файла.
Подобно HPFS, NTFS поддерживает имена файла до 255 символов. Имена файла NTFS используют набор символов Unicode с 16 битами; однако вопрос доступа из MS-DOS решен. NTFS автоматически генерирует поддерживаемое MS-DOS имя (восемь плюс три символа) для каждого файла. Таким образом, файлы
NTFS могут использоваться через сеть операционными системами MS-DOS и OS/2.
Это особенно важно для файловых серверов организации, которая использует персональные компьютеры с двумя или всеми тремя этими операционными системами.
NTFS заимствовала лучшие свойства FAT и HPFS. От FAT система NTF заимствовала философию «простота рождает эффективность». Эффективность увеличивается, когда число дисковых передач минимизировано для общих операций. От HPFS система NTFS унаследовала методы для повышения быстродействия и гибкости. Например, NTFS использует B-tree, подобные применяемым в HPFS для максимизации эффективности. NTFS поддерживает и длинные и короткие имена файлов для совместимости с MS-DOS, HPFS и другими сетевыми клиентами, включая OS/2, UNIX, Ap-pleShare и NFS. NTFS также обеспечивает многочисленные расширенные (extended) атрибуты и позволяет будущим приложениям определить другие расширенные атрибуты.
NTFS обеспечивает безопасность данных на фиксированных и сменных жестких дисках, что особенно важно для корпоративных пользователей. Например, предположим, что пользователь Alexander имеет сменный жесткий диск на компьютере. Этот жесткий диск форматируется как том NTFS и имеет разрешения защиты, которые разрешают доступ только Alexander и другому пользователю в этом же домене, Ann. Ann работает в филиале компании. Alexander извлекает диск из компьютера и посылает его Ann, которая устанавливает диск в свой компьютер.
При обращении к файлам на диске благодаря тому, что Ann находится в том же самом домене, что и Alexander, она видит, что механизмы защиты внутри области для тома NTFS является неповрежденными.
Кроме этого, NTFS обеспечивает систему восстановления, которая является более надежной, чем у FAT или HPFS; NTFS также отвечает требованиям POSIX.
Согласованность с POSIX позволяет переносить приложения UNIX в среду Windows NT. Windows NT полностью согласована со стандартом 1003.1 института IEEE, который определяет присвоение имен и идентификацию файлов.
Максимальный размер раздела NTFS в данный момент ограничен лишь размерами жестких дисков.
Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры - блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров - от 512 байт до 64 Кбайт, неким стандартом же считается кластер размером 4 Кбайт.
Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT зону - пространство, в которое растет метафайл MFT (об этом ниже). Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы самый главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов.
Свободное место диска, однако, включает в себя всё физически свободное место - незаполненные куски MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона просто сокращается (в текущих версиях операционных систем ровно в два раза), освобождая таким образом место для записи файлов. При освобождении места в обычной области MFT зона может снова расширится.
Файловая система NTFS представляет собой выдающееся достижение структуризации: каждый элемент системы представляет собой файл - даже служебная информация. Самый главный файл на NTFS называется MFT, или MasterFileTable - общая таблица файлов. Именно он размещается в MFT зоне и представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска, и, как не парадоксально, себя самого. MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует какому либо файлу. Первые 16 файлов носят служебный характер и недоступны операционной системе - они называются метафайлами, причем самый первый метафайл - сам MFT. Эти первые 16 элементов MFT - единственная часть диска, имеющая фиксированное положение.
Вторая копия первых трех записей, для надежности - они очень важны - хранится ровно посередине диска. Остальной MFT-файл может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска - восстановить его положение можно с помощью его самого, «зацепившись» за самую основу - за первый элемент MFT.
Каждый из этих 16 элементов отвечает за какой-либо аспект работы системы.
Преимущество настолько модульного подхода заключается в поразительной гибкости - например, на FAT-е физическое повреждение в самой области FAT фатально для функционирования всего диска, а NTFS может сместить, даже фрагментировать по диску, все свои служебные области, обойдя любые неисправности поверхности - кроме первых 16 элементов MFT.
Метафайлы находятся корневом каталоге NTFS диска - они начинаются с символа имени «$», хотя получить какую-либо информацию о них стандартными средствами сложно. Для этих файлов указан вполне реальный размер - можно узнать, например, сколько операционная система тратит на каталогизацию всего вашего диска, посмотрев размер файла $MFT.
Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги, создавая иерархическое строение данных на диске.
Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который уже предоставляет полную информацию об элементе каталога. Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево.
Для поиска файла с данным именем в линейном каталоге, таком, например, как у FAT-а, операционной системе приходится просматривать все элементы каталога, пока она не найдет нужный. Бинарное же дерево располагает имена файлов таким образом, чтобы поиск файла осуществлялся более быстрым способом - с помощью получения двухзначных ответов на вопросы о положении файла. Вопрос, на который бинарное дерево способно дать ответ, таков: в какой группе, относительно данного элемента, находится искомое имя - выше или ниже? Мы начинаем с такого вопроса к среднему элементу, и каждый ответ сужает зону поиска в среднем в два раза. Файлы, скажем, просто отсортированы по алфавиту, и ответ на вопрос осуществляется очевидным способом - сравнением начальных букв. Область поиска, суженная в два раза, начинает исследоваться аналогичным образом, начиная опять же со среднего элемента.
NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще. У NTFS просто не бывает промежуточных (ошибочных или некорректных) состояний - квант изменения данных не может быть поделен на до и после сбоя, принося разрушения и путаницу - он либо совершен, либо отменен.
Файлы NTFS имеют один довольно полезный атрибут - «сжатый». Дело в том, что NTFS имеет встроенную поддержку сжатия дисков-то, для чего раньше приходилось использовать Stacker или DoubleSpace. Любой файл или каталог в индивидуальном порядке может хранится на диске в сжатом виде - этот процесс совершенно прозрачен для приложений. Сжатие файлов имеет очень высокую скорость и только одно большое отрицательное свойство - огромная виртуальная фрагментация сжатых файлов, которая, правда, никому особо не мешает. Сжатие осуществляется блоками по 16 кластеров и использует так называемые «виртуальные кластеры» - опять же предельно гибкое решение, позволяющее добиться интересных эффектов - например, половина файла может быть сжата, а половина - нет. Это достигается благодаря тому, что хранение информации о компрессированности определенных фрагментов очень похоже на обычную фрагментацию файлов.
2. Практическая часть
.1 Установка операционной системы Windows 2000 на виртуальную машину
Для того чтобы продемонстрировать работу с файловой системой NTFS сначала необходимо выбрать операционную систему, на которой и будет проходить демонстрация.
В данной курсовой работе была выбрана ОС Windows 2000 на основе технологии NT. Это не первая операционная система, на которой появилась файловая системаNTFS, но она наиболее хорошо подходит для демонстрации из-за своей удобности и простоты.
Чтобы установить данную операционную систему на виртуальную машину с помощью программы OracleVMVirtualBox, необходимо скачать установочный файл этой программы. Так как она распространяется бесплатно, скачать её можно с официального сайта https://www.virtualbox.org/wiki/Downloads. Для скачивания предоставляются версии для различных операционных систем, в том числе
Windows, OSX, Linuxи Solaris. Также необходим установочный диск операционной системы Windows 2000.
Для создания новой виртуальной машины нужно нажать кнопку «Создать».
Далее необходимо выбирать параметры создаваемой виртуальной машины.
Далее предлагается выбрать объём оперативной памяти. Рекомендованное значение - 168 МБ. Для большей производительности и скорости работы можно повысить это значение до 256 МБ.
Далее выбирается виртуальный жёсткий диск. Предоставлены опции: не создавать, создать новый или выбрать существующий виртуальный жёсткий диск.
Следующий шаг - выбор типа виртуального жёсткого диска. Наиболее подходящий тип - VDI (VirtualBoxDiskImage). Предлагается также выбрать формат хранения: динамический или статический. Динамический виртуальный жёсткий диск будет занимать место только по мере заполнения диска, но не будет уменьшаться по мере заполнения. При выборе создания нового виртуального жёсткого диска предлагается выбрать его объём. Вполне достаточно будет выбрать 4 ГБ.
Для установки на созданную виртуальную машину операционной системы, в меню «Настройки», открываемое по нажатию соответствующей кнопки в верхнем меню программы, нужно выбрать пункт «Носители». В данной вкладке необходимо выбрать пункт «Пусто», после чего, справа, нажать на кнопку с иконкой диска и выбрать, где находится установочный диск операционной системы.
Предлагается выбрать область установки операционной системы, а также в какую систему отформатировать жёсткий диск. Для последующей демонстрации форматирования разделов в файловую систему NTFS, на этом этапе установки нужно выбрать ФС FAT. Так размер выбранного раздела больше 2 ГБ, программа установки предложит установить ФС FAT32.
Далее программа установки скопирует необходимые файлы на диск и начнётся перезагрузка. Перед самой перезагрузкой предлагается удалить из устройства А: гибкий диск. Это означает, что нужно в меню сверху нажать на выпадающем меню «Устройства», затем «Приводы оптических дисков» и выбрать пункт «Изъять диск из привода». Это нужно для того, чтобы данный этап установки не повторился заново.
После перезагрузки начнётся завершающий этап установки. Для этого понадобится обратно «вставить» установочный диск в привод, после чего мастер установки продолжит установку.
При запуске Windows 2000, требуется ввести пароль администратора, который вводился на этапе установки ОС.
После входа в Windows, пользователь входит на рабочий стол, откуда он может начать работу.
2.2 Форматирование запоминающих устройств в файловую систему NTFS
При появлении необходимости у пользователя провести какие-либо действия с дисками, операционная система должна эту необходимость выполнить быстро и безошибочно.
ОС Windows 2000 одна из тех систем, которая выполняет задачи с запоминающими устройствами максимально быстро, хорошо и, что немаловажно, прозрачно.
Самое начальное, что пользователь может сделать в этой области - проверить какой файловой системы диск, находящийся в пользовании у компьютера. Для этого нужно на рабочем столе кликнуть по иконке «Мой компьютер» правой кнопкой мыши и выбрать пункт «Управление».
Фрагментацию этого диска выполнить обычным способом (правая кнопка мыши, фрагментация) нельзя, так как этот диск в настоящий момент используется операционной системой. Форматирование этого диска рассматривается дальше в данной курсовой работе.
Для того чтобы продемонстрировать форматирование другого диска, нужно сначала создать другой виртуальный жёсткий диск, который будет восприниматься операционной системой на виртуальной машине как обыкновенный жёсткий диск.
Чтобы создать его, необходимо выключить операционную систему через меню «Пуск». После выключения, в настройках виртуальной машины в пункте «Носители» кликнуть на кнопку в виде жёсткого диска (рисунок 11).
Теперь в меню «Управление дисками» появился новый диск: Диск 1. Вместо информации о файловой системе написано, что диск «Не распределён».
При нажатии правой кнопки мыши, в выпадающем меню есть функция
«Создать том…», после нажатия которой откроется мастер создания тома, в котором нужно выбрать параметры нового тома: его тип, размер, назначить букву диска.
Также можно сразу отформатировать данный том, выбрав, при этом, размер кластера и метку тома.
Теперь, чтобы отформатировать диск С: в файловую систему NTFS, нужно воспользоваться командами, которые записываются и выполняются в командной строке (Пуск - Выполнить).
Далее описываются команды работы с дисками:
Команда FORMAT. Примеры:
drive: [/FS:file-system] [/V:label] [/Q] [/A:size] [/C] [/E] FORMAT drive: [/V:label] [/Q] [/F:size]
drive: [/V:label] [/Q] [/T:tracks /N:sectors] FORMAT drive: [/V:label] [/Q] [/1] [/4]
drive: [/Q] [/1] [/4] [/8],
где:
/FS: file-system - указываеттипфайловойсистемы (FAT, FAT32, NTFS);
/V: label - указываетметкутома;
/Q - выполняет быстрое форматирование;
/С - указывает, что файлы, записываемые на новый том, по умолчанию будут компрессированы;
/E - разрешает автоматическое обновление тома (при этом разрешается использование всех расширенных функций NTFS);
/A:size - указывает на использование блоков размещения, размер которых отличается от установленного по умолчанию.
FAT и FAT32 накладывают следующие ограничения на число кластеров в томе: FAT - <= 65526; FAT32 - 65526 < число кластеров < 268435446. Если при указанном размере кластера данные ограничения не соблюдены, команда FORMAT
не выполняется.
/F: size - объем гибкого диска (160, 180, 320, 360, 720, 1.2, 1.23, 1.44, 2.88, или 20.8);
/T:tracks - число дорожек на стороне диска;
/N:sectors - число секторов в дорожке;
/1 - формат одностороннего гибкого диска;
/4 - формат 5.25-дюймого гибкого диска на 360 Кб в дисководе,
/8 - формат 8 секторов на дорожку.
Обращение к команде FORMAT - универсальное, всегда доступное средство форматирования. В случае, если выбранный диск в данный момент по какой-либо причине отформатировать невозможно, форматирование будет перенесено на момент перезагрузки системы.
Преобразование существующего раздела в формат NTFS:
Команда CONVERT. Эта команда позволяет преобразовать разделы FAT или
FAT32 в раздел NTFS без потери данных. Например:
CONVERTдиск: /FS:NTFS [/V],
где:
диск - указывает диск, преобразуемый в;
/FS:NTFS - указывает тип файловой системы (NTFS);
/V - предписывает программе CONVERT выводить информацию о работе.
Если преобразовывается активный раздел, то форматирование произойдёт только после перезагрузки компьютера.
Обновление раздела NTFS
Windows 2000 5.0 реализована новая версия файловой системы - NTFS 5.0, обеспечивающая новую функциональность: квотирование, переходы и т.д. Если устанавливать систему на новый компьютер, то разделы NTFS 5.0 создаются командой FORMAT.
Команда CHKNTFS. Эта команда имеет новый ключ, который позволяет обновлять файловую систему без потери информации. Синтаксис команды следующий:
CHKNTFS диск: […] CHKNTFS /D
CHKNTFS /X диск: […] CHKNTFS /С диск: [.,] CHKNTFS /Е диск: […],
где:
диск: - имя диска;
/D - восстанавливает состояние машины, принятое по умолчанию;
Все диски проверяются при загрузке и в случае наличия флага «поврежден»
запускается chkdsk; при этом отменяется действие ключа /X;
/X - исключает диск из списка проверяемых при загрузке; исключенные диски не накапливаются между вызовами команды - их надо определять одним вызовом;
/С - программирует запуск chkdsk при следующей загрузке;
/Е - разрешает автоматическое обновление тома NTFS;
После обновления необходима перезагрузка, затем версия NTFS обеспечит работу всех новых функций.
Если не указан ни один из ключей, программа CHKNTFS показывает версию файловой системы на указанном диске и выставляет значение флага в «поврежден».
Для форматирования диска в данной курсовой работе лучше всего подойдёт команда CONVERT.
Так как том С: - активный, то откроется диалоговое окно (так как введён параметр \V), в котором сообщается, что он будет преобразован только после перезагрузке.
При перезагрузке будет выполнено форматирование без потери данных.
После загрузки операционной системы, в меню «Управление дисками» можно заметить, что диск С: полностью и без ошибок отформатировался.
Заключение
Взаключение можно отметить, что в данной работе была исследована одна из множества файловых систем, а именно файловая система NTFS, очень надёжная и быстрая система, позволяющая записывать на жёсткий диск файлы, не ограниченные по размеру. Эта работа актуальна, так какв современном мире появляются файлы и форматы всё больших и больших размеров и операционные системы должны адекватно реагировать на них.
В ходе работы были рассмотрены файловые системы операционных систем
Windowsи Linux, в частности была рассмотрена файловая система NTFS, её сильные и слабые стороны. Также была установлена операционная система Windows 2000 на виртуальную машину с помощью программы OracleVMVirtualBox и рассмотрены примеры форматирования в данную файловую систему жёстких дисков этой операционной системы.
Весь процесс установки и форматирования, описанный в данной курсовой работе, сопровождался скриншотами с пояснениями.
Список использованной литературы
1.Карпов В.Е., Коньков К.А. Основы операционных систем. Курс лекций: - М.: ИНТУИТ.РУ «Интернет-Университет Информационных Технологий», 2005. - 536 с.
2.Э. ТаненбаумСовременные операционные системы. 3-е изд. - СПб.: 2010. - 1120 с.
.Гордеев А.В. Операционные системы. 2-е изд. - СПб.: Питер, 2009. - 416 с.
.Бибарсов М.Р., Бибарсова Г.Ш., Кузьминов Ю.В. Операционные системы, среды и оболочки - Ставрополь: Изд-во СГПИ, 2010. - 120 с.