Organizacja zapisu danych na dysku

1. Organizacja zapisu danych na dysku

2. Sposoby organizacji danych Sposób organizacji danych mówi nam o formacie zapisu danych na nośnikach lub przesyłanych pomiędzy różnymi miejscami. Najlepszym przykładem niewidocznej dla użytkownika organizacji danych jest umieszczenie ich na dysku twardym. W skrócie organizacja danych oznacza sposób przechowywania lub przesyłania informacji uzgodniony przez wszystkie korzystające z tych danych strony. Sposób ten zapewnia, iż każda ze stron odczyta te dane w jednoznaczny (taki sam) sposób niezależnie od miejsca i kraju.

3. Sposoby adresowania danych na dysku • CHS (cylinder, head, sector) • LBA (Logical Block Adressing) • MZR (Multiple Zone Recording)

4. Sposoby adresowania danych c.d.

5. Sposoby adresowania danych c.d. CHS (ang. Cylinder-Head-Sector, czyli cylinder-głowica-sektor) jest metodą adresowania danych na dysku twardym. Każdy dysk twardy zawiera talerze i głowice do odczytu i zapisu. Głowice znajdują się po obydwu stronach talerza tzn. jeżeli dysk zawiera 2 talerze to posiada 4 głowice. Każdy talerz podzielony jest na ścieżki. Wartość cylindrów określa liczbę ścieżek znajdujących się po każdej ze stron talerza. Pojedynczy cylinder jest więc zbiorem ścieżek będących jedna nad drugą (jest ich tyle samo co głowic). Wartość sektorów określa liczbę sektorów w każdym cylindrze, każdy sektor zawiera 512bajtów.

6. Sposoby adresowania danych c.d. LBA (ang. Logical Block Addressing) - metoda obsługi dysku twardego przez system operacyjny. Dla pokonania granicy 528 MB standard EIDE wykorzystuje metodę LBA, która powoduje przenumerowanie wszystkich sektorów, tzn. dokonuje tzw. translacji adresów, czyli zamiany rzeczywistych numerów głowicy, cylindra i sektora na ich logiczny odpowiednik; odpada więc skomplikowana adresacja za pomocą cylindrów, głowic i sektorów (ang.Cylinder Head Sector) (CHS). Metoda ta funkcjonuje w każdym systemie operacyjnym oprócz DOS-a.

7. Sposoby adresowania danych c.d. MZR (ang.Multiple Zone Recording, czyli nagrywanie wieloma strefami) - technika formatowania i określania lokacji sektorów danych na fizycznej przestrzeni takich nośników magnetycznych, jak na przykład dysk twardy. W klasycznym modelu dysku twardego, opartym o adresację CHS, dane zapisywane są wzdłuż cylindrycznych ścieżek. Każda ścieżka zawiera w sobie fragmenty, należące do dokładnie takiej samej liczby sektorów. Jest to jednak negatywne zjawisko, ponieważ - przy takiej samej ilości bajtów zapisanych w określonym sektorze, na wyznaczonej ścieżce - zewnętrzne obszary dysku nie są w pełni wykorzystane. Zawierają one taką samą ilość danych, jak obszary bliższe środkowi nośnika, a przecież są od nich znacznie dłuższe.

8. Dyskowy System plików System plików to jeden z fundamentów systemu operacyjnego. Odpowiada za sposób nazywania, przechowywania i organizowania danych na nośnikach pamięci masowych.

9. System plików c.d. Innymi słowami system plików to sposób, w jaki komputer organizuje dane zapisywane na dysku twardym. Dotyczy to dwóch głównych rzeczy - wielkości jednostek alokacji oraz metody, według której komputer będzie później odnajdował pliki zapisane na dysku twardym. Najpopularniejsze systemy plików to FAT16 (stosowany w MS-DOS, Windows 95/98 i Windows NT), FAT32 (Windows 95 OSR2 i Windows 98) oraz NTFS (Windows NT). Jedynym wspólnym systemem plików dla Windows jest FAT16.

10. System plików c.d. Pierwsze systemy operacyjne Microsoftu wykorzystywały system plików FAT12 oraz FAT16. Dla DOS-u 5.0 czy 6.0 FAT był wystarczająco funkcjonalny i wydajny, ale w miarę rozwoju technologii informatycznych stawał się balastem dla systemu operacyjnego. Dobrą tego ilustracją jest obsługa nazw plików. Standard, w którym nazwa mogła zawierać maksymalnie osiem znaków plus trzy znaki rozszerzenia (8.3), przeszkadzał szczególnie w systemach "okienkowych".

11. System plików c.d. W Windows 95 (OSR 2) rozbudowano możliwości systemu plików przez dodanie obsługi FAT32, który "zadomowił się" we wszystkich następcach Windows 95, obsługuje go również Windows XP.

12. System plików c.d. W latach 90. Microsoft wprowadził podział systemów operacyjnych na dwie oddzielnie rozwijane grupy. Pierwszą były systemy przeznaczone do zastosowań domowych. Drugą grupę stanowiły systemy przeznaczone do firm. Zapoczątkował je Windows NT. Produkty do przedsiębiorstw muszą spełniać zdecydowanie wyższe wymagania i dlatego powstał projekt nowego rozwiązania. W 1993 roku pojawił się NT 3.1, który zawierał system plików NTFS (New Techology File System).

13. System plików c.d. W Windows XP Microsoft połączył linie produktów do firm z linią systemów domowych. XP Home oraz Professional mają te same fundamenty, pochodzące z Windows NT i oba systemy obsługują FAT i NTFS.

14. System plików c.d. Windows XP obsługuje cztery systemów plików: FAT (wersje FAT12, FAT16, FAT32), NTFS, CDFS oraz UDF. Windows automatycznie dobiera wersję systemu plików do rozmiaru formatowanej partycji lub formatowanego nośnika, np. dyskietki oraz woluminy mniejsze niż 16 MB są automatycznie formatowane w systemie FAT12. Partycje do 2 GB są formatowane w systemie FAT16, a te, których rozmiar mieści się w zakresie od 2 GB do 32 GB, w systemie FAT32.

15. System plików c.d. Podstawowym i zalecanym systemem plików Windows XP jest NTFS, często jedyny, który można wybrać, korzystając z dostępnych narzędzi do zarządzania dyskami. W XP wbudowano ograniczenie, które nie pozwala na sformatowanie partycji w systemie FAT w wypadku woluminów liczących ponad 32 GB. Jednym ze sposobów zmiany tego faktu jest formatowanie dysku poleceniem FORMAT z parametrem /FS.

16. System plików c.d. W celu odczytania danych z płyt CD i DVD obsługiwane są systemy CDFS oraz UDF. Pierwszy jest starszy, a jego główne ograniczenia to maksymalnie 64-znakowe nazwy plików oraz najwyżej ośmiopoziomowa struktura zagnieżdżeń folderów. UDF jest nowszym standardem. To za jego pomocą można odczytać dane z płyt DVD, pozwala również na dłuższe nazwy plików i głębszą strukturę folderów.

17. Podstawy działania FAT W celu uzyskania dostępu do danych posługuje się tablicą alokacji plików oraz wpisami katalogowymi. Zawartość tych elementów informuje Windows, gdzie znajduje się plik, który chcesz odczytać lub zmodyfikować.

18. Podstawy działania FAT Tablica alokacji plików FAT (ang. File AllocationTable ) to lista wszystkich jednostek alokacji woluminu. Każda jednostka ma przypisany jeden z czterech stanów: nieużywany, klaster zajętyprzez plik, klaster uszkodzony i ostatni klasterpliku. Klastry woluminu FAT mają logiczne numery. Ponieważ uszkodzenie struktury tablicy alokacji plików może skutecznie uniemożliwić dostęp do danych, system FAT przechowuje dwie kopie tablicy.

19. Podstawy działania FAT Każdy utworzony plik lub folder otrzymuje oddzielny, 32-bajtowy wypis z takimi informacjami, jak nazwa, opis atrybutów, data i czas utworzenia, data ostatniego dostępu, identyfikator pierwszego klastra i rozmiar pliku. Po utworzeniu nowego dokumentu, np. cos.txt, system doda wpis z wymienionymi wyżej danymi. Jeśli założysz folder, wpis będzie bardzo podobny. Katalogi są rozróżniane według ustawionego odpowiedniego atrybutu. Jedną z ważniejszych informacji w opisie pliku jest adres pierwszego zajmowanego przez niego klastra.

20. Podstawy działania FAT

21. Atrybuty plików -Pliki „tylko – do – odczytu”Ani system Windows 95, ani system MS-DOS nie pozwolą usunąć ani zmodyfikować treści pliku z atrybutem tylko do odczytu. Takie pliki są chronione przed zmianami, nie można ich edytować bez uprzedniego usunięcia atrybutu tylko do odczytu. Jeżeli istnieje szczególnie cenny plik, na przykład ważna kopia zapasowa czy program, którego nie wolno zmienić ani usunąć, to warto włączyć jego atrybut tylko do odczytu. Wtedy żaden inny program nie będzie mógł zmienić jego treści ani usunąć go z dysku.

22. Atrybuty plików -Pliki z atrybutem „ukryty”Ukrytego pliku nie widać w listach pokazywanych przez Eksplorator i polecenia systemu operacyjnego MS-DOS. Czasem ukrywa się pliki systemowe i szczególnie ważne programy obsługi urządzeń, do których powinny mieć dostęp jedynie odpowiednio przeszkolone osoby. Kiedy indziej pliki ukryte zawierają istotne dane, które nie powinny być widoczne dla przeciętnego użytkownika. Chociaż ukrycie pliku nie chroni go całkowicie przed dostępem niepowołanych osób, nazwa tego pliku nie pojawia się w zwykłych wykazach plików.

23. Atrybuty plików -Pliki z atrybutem „systemowy”Pliki systemowe to ukryte pliki z atrybutem „ tylko-do-odczytu”, które system WINDOWS Wykorzystuje do własnych potrzeb. W żadnym wypadku nie należy usuwać pliku systemowego – taka operacja może uniemożliwić uruchamianie jakiegoś programu. Można jednak usunąć atrybut „systemowy” na czas oglądania zawartości pliku albo jego edycji.

24. Atrybuty plików -Pliki z atrybutem „archiwalny”Operacja tworzenia kopii zapasowej pliku polega na sporządzeniu jego kopii, którą można przechowywać w bezpiecznym miejscu, na innym dysku lub taśmie magnetycznej. Kopie zapasowe nazywa się czasem plikami archiwalnymi.

25. Podstawy działania NTFS Architektura systemu NTFS różni się zdecydowanie od sposobu funkcjonowania systemu FAT, którego najważniejszą zaletą jest prostota. To równocześnie jego największa wada, bo oznacza ograniczone możliwości świadczenia dodatkowych usług. W systemie NTFS informacje potrzebne do zarządzania danymi są przechowywane w grupie plików systemowych zwanych plikami metadanych. Są one tworzone w czasie formatowania woluminu.

26. Podstawy działania NTFS Najważniejszym elementem struktury systemu NTFS jest tablica MFT (Master File Table). To baza danych zapisana również w postaci pliku i gromadząca informacje o wszystkich plikach i folderach przechowywanych przez wolumin. Rozmiar rekordu opisującego każdy plik wynosi 1 KB.

27. Podstawy działania NTFS Tablica MFT to główny plik metadanych. Oprócz niego NTFS posługuje się jeszcze dziesięcioma innymi plikami systemowymi, w których gromadzi informacje o zabezpieczeniach, przydziałach dyskowych, odnalezionych uszkodzonych sektorach itd. Wśród nich jest także dziennik operacji woluminu. Windows wykorzystuje go do przywracania spójności systemu plików po awarii.

28. Podstawy działania NTFS Plik MFT jest bardzo ważny dlatego też NTFS wprowadza specjalne zabezpieczenie by nie uległ fragmentacji. Mianowicie rezerwuje on wstępnie jakiś procent przestrzeni dysku by zachować ciągłość wpisywanych do tego pliku danych, więc na czystej partycji NTFS już mamy zajętą przestrzeń pod ten plik dla wpisów które mają się pojawić w przyszłości. Jeżeli pliki skasujemy z partycji NTFS to ich wejścia w pliku MFT są oznaczone jako "wolne" i "do ponownego wykorzystania" ale rozmiar pliku nie spada. Wstępnie rozmiar pliku jest określony proporcjonalnie do rozmiaru partycji jako 12%.

29. Klaster to podstawa Zarówno FAT, jak i NTFS korzystają z jednostek alokacji powszechnie nazywanych klastrami. Typowe rozmiary klastra to np. 512 bajtów, 4 KB, 16 KB lub 32 KB. Wielkość klastra jest równa wielkości sektora lub stanowi jej wielokrotność. Sektor to jednostka, którą fizyczny dysk wykorzystuje do adresowania danych; z reguły ma 512 bajtów.

30. Klaster to podstawa