Архитектура современных файловых систем (6.6)

Все простейшие файловые системы связаны с физическим диском отношением «один-к-одному». Это означает, что у каждого диска имеется собственный корневой каталог, собственная таблица метаданных и собственная информация, предназначенная для управления хранением данных. Такая структура естественна для съемных носителей, поскольку соответствует пользовательской модели записи данных на носитель и их переносу. Для жестких дисков требование соответствия «один-к-одному» не оправдано, так как нельзя ни расширить файловую систему за пределы конкретного диска, ни разделить диск на разделы, управляемые независимо.

Для решения этих проблем введена концепция логического тома – области действия файловой системы. Том состоит из разделов физических дисков. Каждый раздел представляет собой непрерывную последовательность дисковых блоков. Широко распространена схема, когда диск делится на несколько разделов, каждый из которых содержит один логический том и соответственно одну файловую систему. Более универсальный подход позволяет составить логический том из нескольких отдельных разделов, причем расположенных даже на разных дисках.

Схема соответствия между файловой системой и диском «один-к-одному» аналогична выделению одного непрерывного сегмента в логической и в физической памяти. Общий случай соответствует созданию непрерывного пространства логических адресов из нескольких физических сегментов меньшего размера.

 Дисковой памяти присущи такие же проблемы внутренней и внешней фрагментации, как и основной памяти.

Разделение понятий логического тома, логического раздела и физического диска позволяет создавать файловые системы, производительность которых выше производительности аппаратного обеспечения, на котором они функционируют.

Логический том с чередованием – это том, последовательные группы блоков которого размещаются в последовательных разделах, а разделы располагаются на разных физических дисках (Рис.6.1а). На рисунке метод чередования показан на примере тома, состоящего из трех разделов. Первые восемь блоков этого тома размещены в первом разделе, вторые восемь блоков – во втором, третьи- в третьем, а четвертые восемь блоков снова в первом и т.д. При последовательном чтении файла можно одновременно считывать три группы блоков с трех разных дисков, что позволяет значительно повысить скорость операции. Наиболее эффективно этот процесс осуществляется на уровне групп блоков, поскольку дисковое аппаратное обеспечение может кэшировать данные в собственном буфере.

Метод чередования, который применяется при хранении тома на нескольких дисках, сам по себе еще не способствует повышению отказоустойчивости: если один из дисков оказывается недоступным, теряется вся файловая система. Повышение устойчивости к сбоям обеспечивает другой метод – зазеркаливание тома. При зазеркаливании на дополнительных дисках создается одна или несколько полных копий тома, называемых «зеркальными» (Рис.6.1б). Повышение надежности хранения данных обеспечивается ценой дополнительных операций записи, так как при каждом обновлении данных должны обновляться все диски. Эти операции обычно выполняются асинхронно и поэтому замедляют работу процессора(CPU) только при высокой интенсивности записи.

Чередование и зазеркаливание – это две базовые технологии, которые совместно или по отдельности могут применяться для создания дисковой системы хранения данных, называемой массивом недорогих дисков с избыточностью RAID. Чередование именуется RAID-0, а зазеркаливание – RAID-1.

Рис.6.1.Построение логических томов на основе трех разделов с использованием методов: чередования (а), зазеркаливание (б)

а)Чередование, RAID-0

б)Зазеркаливание, RAID-1

Друзья! Приглашаем вас к обсуждению. Если у вас есть своё мнение, напишите нам в комментарии.