Жесткий диск • • • • • • Определение Строение Структура Структура Файловой системы Обслуживание Таблица Жесткий диск (винт, винчестер, накопитель на жестких магнитных дисках, НЖМД, HDD, HMDD) — запоминающее устройство произвольного доступа, основанное на принципе магнитной записи. Корпус — защищает механизмы жесткого диска от пыли и влаги. Как правило, является герметичным, дабы внутрь та самая влага и пыль не попадали; Диски (блины) — пластины из определенного сплава металлов, с нанесенным с обеих сторон покрытием, на которое и записываются данные. Количество пластин может быть разным — от одной (в бюджетных вариантах), до нескольких; Двигатель — на шпинделе которого закреплены блины; Блок головок — конструкция из соединенных между собой рычагов (коромысел), и головок. Часть ЖД, которая считывает и записывает на него информацию. Для одного блина используется пара головок, поскольку и верхняя, и нижняя часть у него рабочая; Устройство позиционирования (актуатор) — механизм приводящий в действие блок головок. Состоит из пары постоянных неодимовых магнитов и катушки, находящейся на конце блока головок; Контроллер — электронная микросхема управляющая работой HDD; Парковочная зона — место внутри винчестера рядом с дисками либо на их внутренней части, куда опускаются (паркуются) головки во время простоя, чтобы не повредить рабочую поверхность блинов. Объем — показатель максимально возможного количества данных, которые можно будет вместить на диске. Первое на что обычно смотрят при выборе HDD. Данный показатель может достигать 10 Тб, хотя для домашнего ПК чаще выбирают 500 Гб — 1 Тб; Форм-фактор — размер жестокого диска. Самые распространенные — 3,5 и 2,5 дюйма. Как говорилось выше, 2,5″ в большинстве случаев, устанавливаются в ноутбуки. Также их используют во внешних HDD. В ПК и на сервера устанавливают 3,5″. Форм фактор влияет и на объем, так как на больший диск может поместиться больше данных; Скорость вращения шпинделя — с какой скоростью вращаются блины. Наиболее распространены 4200, 5400, 7200 и 10000 об/мин. Эта характеристика напрямую влияет на производительность, а так же и цену устройства. Чем выше скорость — тем больше оба значения; Интерфейс — способ (тип разъема) подключения HDD к компьютеру. Самым популярным интерфейсом для внутренних ЖД сегодня является SATA (в старых компьютерах использовался IDE). Внешние жесткие диски подключаются, как правило, по USB или FireWire. Кроме перечисленных, существуют еще такие интерфейсы как SCSI, SAS; Объем буфера (кеш-память) — тип быстрой памяти (по типу ОЗУ) установленный на контроллере ЖД, предназначенный для временного хранения данных, к которым чаще всего обращаются. Объем буфера может составлять 16, 32 или 64 Мб; Время произвольного доступа — то время, за которое HDD гарантированно выполнить запись или чтение с любого участка диска. Колеблется от 3 до 15 мс; Сектора Это минимальная единица хранения данных на диске, обычно его размер составляет 512 байт. Все сектора на диске нумеруются: каждый из n секторов получает номер от 0 до n–1. Благодаря этому любая информация, записанная на диск, получает точный адрес — номера соответствующих секторов. Так что диск ещё можно представить как очень длинную строчку (ленточку) из секторов. Разделы Над жёстким диском следует производить не физическое, а логическое разрезание, для этого вводится понятие раздел (partition). Вся последовательность (очень длинная ленточка) секторов разрезается на несколько частей, каждая часть становится отдельным разделом. Фактически, нам не придётся ничего разрезать (да и вряд ли бы это удалось), достаточно объявить, после каких секторов на диске находятся границы разделов. Таблица разделов Технически разбиение диска на разделы организовано следующим образом: заранее определённая часть диска отводится под таблицу разделов, в которой и написано, как разбит диск. Стандартная таблица разделов для диска IBM-совместимого компьютера — HDPT (Hard Disk Partition Table) — располагается в конце самого первого сектора диска, после предзагрузчика (Master Boot Record, MBR) и состоит из четырёх записей вида «тип начало конец», по одной на каждый раздел. Начало и конец — это номера тех секторов диска, где начинается и заканчивается раздел. С помощью такой таблицы диск можно поделить на четыре или меньше разделов: если раздела нет, тип устанавливается в 0. Тип раздела В таблице разделов для каждого раздела указывается тип, который определяет файловую систему, которая будет содержаться в этом разделе. Каждая операционная система распознаёт определённые типы и не распознаёт другие, и, соответственно, откажется работать с разделом неизвестного типа. Логические тома (LVM) При необходимости создать новый раздел или увеличить размер существующего, можно столкнуться с рядом трудностей, связанных с ограничением количества дополнительных разделов или перераспределением данных. Избежать их очень просто: нужно лишь отказаться от «привязки» данных к определённой области жёсткого диска. В Linux эта возможность реализуется при помощи менеджера логических томов (LVM — Logical Volume Manager). LVM организует дополнительный уровень абстракции между разделами с одной стороны и хранящимися на них данными с другой, выстраивая собственную иерархическую структуру. Дисковые массивы (RAID) Технология RAID (Redundant array of independent disks — избыточный массив независимых дисков) позволяет объединять несколько физических дисковых устройств (жёстких дисков или разделов на них) в дисковый массив. Диски, входящие в массив, управляются централизованно и представлены в системе как одно логическое устройство, подходящее для организации на нём единой файловой системы. Уровни RAID Существует несколько разновидностей RAID-массивов, так называемых уровней. В Linux поддерживаются следующие уровни программных RAID-массивов. RAID0 Запись осуществляется по принципу чередования: данные делятся на чанки (chunk) — порции данных одинакового размера, и поочерёдно распределяются по всем дискам, входящим в массив. Поскольку запись ведётся на все диски, при отказе одного из них будут утрачены все хранившиеся на массиве данные. Это цена выбора в пользу увеличения скорости работы с данными: запись и чтение на разных дисках происходит параллельно и, соответственно, быстрее. RAID1 Массивы этого уровня построены по принципу зеркалирования, при котором все данные, записанные на одном диске, дублируются на другом. Для создания такого массива потребуется два или более дисков одинакового размера. Избыточность обеспечивает отказоустойчивость массива: в случае выхода из строя одного из дисков, данные на другом остаются неповреждёнными. Расплата за надёжность — фактическое сокращение дискового пространства вдвое. Скорость чтения и записи остаются на уровне обычного жёсткого диска. RAID4 Один из трёх (или из большего числа) дисков задействуется для хранения информации о чётности в виде суперблоков с контрольными суммами блоков данных, последовательно распределённых на остальных дисках (как в RAID0). При отказе одного из дисков утраченные данные можно будет восстановить из контрольных суперблоков, причём, если в составе массива есть резервный диск, реконструкция данных начнётся автоматически. Очевидным недостатком, однако, является снижение скорости записи, поскольку информацию о чётности приходится высчитывать при каждой новой записи на диск. RAID5 Этот уровень аналогичен RAID4, за тем исключением, что суперблоки с информацией о чётности располагаются не на отдельном диске, а равномерно распределяются по всем дискам массива вместе с блоками данных. Как результат — повышение скорости работы с данными и высокая отказоустойчивость. Массивы всех уровней помимо блоков данных и суперблоков с контрольными суммами могут также содержать специальный суперблок (persistent superblock), который располагается в начале всех дисков массива и содержит информацию о конфигурации MD-устройства. Наличие отдельного суперблока позволяет ядру операционной системы получать информацию о конфигурации устройства RAID прямо с дисков, а не из конфигурационного файла, что может быть полезным, если файл по каким-то причинам перестанет быть доступным. Кроме того, наличие отдельного суперблока — необходимое условие автоопределения RAID-устройств при загрузке системы. Файловая система - это совокупность алгоритмов и стандартов, действующих с целью организации эффективного доступа пользователя ПК к данным, размещенным на компьютере. Виды файловых систем: 1.NTFS 2.FAT 3.FAT32 4.ExFAT NTFS - стандартная файловая система для семейства операционных систем Windows NT фирмы Microsoft. Преимущества NTFS : • Поддержка файлов и дисков значительных размеров, на порядок превышающие остальные файловые системы. • Позволяет использовать расширенные имена файлов, включая поддержку множества сложных языков. • Падение работоспособности системы при запуске приложения проверки жёсткого диска или внешнего накопителя на ошибки файловой системы «chkdsk». • Стандартное приложение обслуживания системы «chkdsk» печально известно своей медлительностью. • Повышен уровень безопасности благодаря внедрению метода шифрования файлов. • Значительно быстрее на дисках объемом менее сорока гигабайт. • Меньшие файловые кластеры. • Поддержка сжатия на уровне файловой системы для файлов, каталогов и дисков для уменьшения дискового пространства. • Пользовательские разрешения для файлов и папок. • Копии файлов «отменяются», если прерванный кластер очищен. • Небольшие файлы хранятся в главной таблице файлов в начале диска. FAT (англ. File Allocation Table— «таблица размещения файлов»)классическая архитектура файловой системы, которая из-за своей простоты всё ещё широко используется для флеш-накопителей. Используется в дискетах, и некоторых других носителях информации. Ранее использовалась и на жестких дисках. Преимущества: • Не совместим с последней версией операционной системы «Windows». • Поддержка дисков от тридцати двух мегабайт до двух терабайт. • Более сильные преимущества и результативные особенности инструментов для восстановления. • Поддерживает быструю проверку работоспособности диска. • Простой способ размещения операционной системы и быстрый алгоритм чтения файлов. • Быстрее функционирует на дисках объемом менее десяти гигабайт. • Цепочки кластеров, содержащие данные из прерванных копий, помечаются как поврежденные. • Таблица основных файлов отделена от других файлов. FAT32- более новая файловая система на основе формата FAT, она поддерживается Windows 95 OSR2, Windows 98 и Windows Millennium Edition. FAT32 использует 32-разрядные идентификаторы кластеров, но при этом резервирует старшие 4 бита, так что эффективный размер идентификатора кластера составляет 28 бит. Большее число кластеров, поддерживаемое FAT32, позволяет ей управлять дисками более эффективно. FAT32 может использовать 512-байтовые кластеры для томов размером до 128 Мбайт. Ее главная привлекательность - совместимость и универсальность. FAT32 работает со всеми версиями операционных систем, включая Windows (сравнение всех версий), Linux и MacOS, подходит к любыми игровым консолям и прочим гаджетам с USB портом. Сегодня она используется во всех внешних накопителях (флешках, CD-картах) по умолчанию, так как многие старые устройства: ПК, ноутбуки, приставки с USB-входом могут работать только с FAT32. Другими важными достоинствами файловой системы являются: высокоскоростная производительность, нетребовательность к объему оперативной памяти, продуктивная работа с файлами среднего и небольшого размера, а также небольшая изнашиваемость диска из-за меньших движений головки. exFAT Эта файловая система является последней из рассматриваемых по времени выпуска. Она появилась в 2008 году с очередными обновлениями к Windows XP и является, по сути, расширенной версией FAT32. Главная цель разработчиков – создать производительную, удобную и универсальную файловую структуру для переносных накопительных устройств: флешек, SD-карт и съемных жестких дисков. Достоинства: • Простая организация без специализированных особенностей и ограничений в размерах файлов и раздела. • Отличная совместимость со всеми ОС Windows, а также Mac OS и Linux. В последнем варианте необходима установка дополнительного софта. • Поддержка со стороны всех современных яблочных девайсов, а также игровых приставок Xbox One и Playstation 4. Наименование NTFS FAT32 FAT Поддерживаемые операционные системы Windows NT, Windows 2000, Windows XP MS-DOS, Windows 95,OSR2,Windows 98, Windows Millen-nium Edition, Windows NT, Windows 2000, Windows XP MS-DOS, Windows 95,OSR2,Windows 98, Windows Millen-nium Edition, Windows NT, Windows 2000, Windows XP Возможные размеры логических дисков Рекомендуемый минимальный размер логического диска(тома) равен 10МБ. Допускаются размеры томов свыше 2 ТБ. Не может использоваться для гибких дисков. Логический диск(том) обьемом от 512 МБ до 2 ТБ. Может использоваться для гибких дисков Логический диск(том) обьемом до 4 ГБ.Может использоваться для гибких дисков Возможные размеры хранения файлов Максимальный размер файла ограничен только размером тома Максимальный размер файла равен 4 ГБ Максимальный размер файла равен 2 ГБ Безопасность Да(начиная с Windows NT 5.0 встроена возможность физически шифровать данные) НЕТ НЕТ Устойчивость к сбоям Полная-автоматическое восстановление системы при любых сбоях Плохая Средняя Сжатие Максимальное число файлов на томе ДА НЕТ НЕТ Практически не Практически не Примерно 65 ограничено ограничено тысяч Экономичность Максимальна. Очень эффективная и разнообразная система хранения данных Улучшена за счет уменьшения размеров кластеров Минимальная (огромные размеры кластеров на больших дисках) • Операционка любого компьютера сама анализирует свободное место и новый большой объем делит на логические части. Собственно сам процесс разделения данных на отдельные части и называется фрагментацией. • Под дефрагментацией имеется ввиду сам процесс собирания отдельных частей в одно отведенное место. При этом происходит сбор разбросанных по винчестеру фрагментов одного файла. Кроме того, все записанные данные оказываются в начале, а свободные ячейки в конце диска.
