Информационные технологии

Надежность файловых систем

Файловые системы появились в то время, когда появились компьютеры и необходимость хранить данные на различных носителях. За свою историю файловая система прошла путь от простой системы, взявшей на себя функции управления файлами, до системы, представляющей собой полноценную СУБД, обладающую встроенным механизмом протоколирования и восстановления данных.

Разрушение файловой системы часто оказывается большим бедствием, чем поломка компьютера. Если компьютер разрушается вследствие пожара, удара молнии, то поврежденные детали можно заменить в течение часа, обратившись к соответствующему коммерсанту.

В случае же потери файловой системы по вине аппаратуры, или программного обеспечения, или крыс, прогрызших дополнительные отверстия в гибких дисках, восстановление всей информации будет трудным, требующим много времени, а часто и невозможным делом. Для пользователей, чьи программы, документы, файлы клиентов, счета, базы данных, маркетинговые планы или другие данные утеряны навсегда, последствия могут оказаться катастрофическими. Хотя операционная система не может защитить от физического уничтожения оборудования или носителя, она может помочь сберечь информацию. Когда гибкие диски покидают фабрику, их качество, как правило, превосходно, но со временем на них могут появиться дефектные блоки. У жестких дисков дефектные блоки часто бывают с самого начала, так как производство жестких дисков абсолютно без дефектных блоков слишком дорого. Обычно дефектные блоки контроллер заменяет специальными запасными блоками. Тем не менее, эта техника не способна защитить абсолютно ото всех возможных вариантов потери информации.

Как же можно защитить свою информацию?

Одним из таких вариантов является создание резервных копий.

Чаще всего копии файлов создаются на магнитной ленте. Современные магнитные ленты вмещают десятки и иногда даже сотни гигабайт при цене в несколько центов за гигабайт. Таким образом, резервные копии позволяют восстанавливать с архивных лент файлы, удаленные много дней и даже недель назад. Для создания резервной копии диска на ленте существует две стратегии: физическая архивация и логическая архивация.

Физическая архивация состоит в поблочном копировании на магнитную ленту всего диска с нулевого по последний блок. Главное преимущество физической архивации состоит в ее простоте и высокой скорости. Основными ее недостатками являются неспособность пропускать определенные каталоги, производить инкрементную архивацию и восстанавливать отдельные файлы. По этим причинам в большинстве систем применяется логическая архивация.

Примером могут служить многие разновидности ОС Unix.

Логическая архивация сканирует один или несколько указанных каталогов со всеми их подкаталогами и копирует на ленту все содержащиеся в них файлы и каталоги, изменившиеся с указанной даты. Таким образом, при логической архивации на магнитную ленту записываются последовательности детально идентифицированных каталогов и файлов, что позволяет восстановить отдельный файл или каталог. Данный тип архивации представлен на рисунке 1.

файловая система

Еще одним аспектом, относящимся к проблеме надежности, является непротиворечивость файловой системы. Файловые системы обычно читают блоки данных, модифицируют их и записывают обратно. Если в системе произойдет сбой прежде, чем все модифицированные блоки будут записаны на диск, файловая система может оказаться в противоречивом состоянии.

Для решения проблемы противоречивости файловой системы на большинстве компьютеров имеется специальная обслуживающая программа, проверяющая непротиворечивость файловой системы. Например, в системе Unix такой программой является fsck а в системе Windows это программа scandisk.

В настоящее время журналируемые файловые системы, такие как EXT3, NTFS уже имеют защиту от такой противоречивости.

Заключение

Развитие файловых систем персональных компьютеров определялось двумя факторами – появлением новых стандартов на носители информации и ростом требований к характеристикам файловой системы со стороны прикладных программ (разграничение уровней доступа, поддержка длинных имен файлов в формате UNICODE). Первоначально, для файловых систем первостепенное значение имело увеличение скорости доступа к данным и минимизация объема хранимой служебной информации. Впоследствии с появлением более быстрых жестких дисков и увеличением их объемов, на первый план вышло требование надежности хранения информации, которое привело к необходимости избыточного хранения данных.

Эволюция файловой системы была напрямую связана с развитием технологий реляционных баз данных. Файловая система использовала последние достижения, разработанные для применения в СУБД: механизмы транзакций, защиты данных, систему самовосстановления в результате сбоя.

В отличие от попыток ввести стандарт на протокол, описывающий правила доступа к удаленным файловым системам (CIFS, NFS), не стоит ожидать появления подобного стандарта, описывающего файловые системы для жестких дисков. Это можно объяснить тем, что файловая система жестких дисков все еще продолжает оставаться одной из главных частей операционной системы, влияющей на ее производительность. Поэтому каждый производитель операционных систем будет стремиться использовать файловую систему, «родную» для его ОС.

Вывод

Дальнейшая эволюция файловых систем пойдет по пути совершенствования механизмов хранения данных, оптимизации хранения мультимедийных данных, использования новых технологий, применяемых в базах.

А.В. Ермаков

Литература

  1. Тененбаум Э. Современные операционные системы. – 2-е изд. – СПб.: Питер, 2002.