Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003 - Наик Дайлип

Файловая система поддерживает разреженные файлы, которые позволяют хранить только ненулевые данные. Если файл используется для представления такой структуры данных, как разреженная матрица, эта возможность оказывается исключительно полезной. Поддержка разреженных файлов может быть включена или отключена администратором для целого тома, каталога (для файлов и каталогов, расположенных в этом каталоге) или для отдельного файла. Этот параметр может быть определен приложением при создании файла или каталога. Если текущий том или каталог помечен как разреженный, никаких действий по отношению к уже существующим файлам не выполняется и параметр относится только к новым файлам и каталогам.

Разреженные и сжатые файлы представляют собой две совершенно разные независимые структуры, предназначенные для сокращения объема используемого дискового пространства. Файл может быть сжатым, но неразреженным и наоборот. Сжатие рассматривается в разделе 6.5.8.

Термин разреженный относится к файлам, содержащим данные, после которых идет большая область без данных, за ней небольшой фрагмент данных и т.д. Файловая система NTFS не выделяет дискового пространства для хранения пустых областей файлов. Вспомните, что виртуальный номер кластера определяет положение кластера относительно начала файла, а логический номер кластера определяет положение кластера относительно начала тома. Для разреженных файлов в NTFS выделяется виртуальный номер кластера, однако кластеры» тома не выделяются. Таким образом, логический номер кластера, относящийся к тому, для некоторых виртуальных номеров кластеров не выделяется. Если приложение пытается считать файл, NTFS заполняет участки буфера, соответствующие пустым пространствам файла, нулями. Если приложение попытается записать данные в пустые области файла, файловая система выделит необходимый объем дискового пространства.

Обратите внимание на рис. 6.6: виртуальный номер кластера определяет положение относительно начала файла, а логический номер – положение относительно начала тома.

Рис. 6.6. Выделение кластеров для разреженных файлов в NTFS

На рис. 6.6 показаны две цепочки кластеров: для неразреженного файла и для того же файла, но разреженного. Цепочка кластеров для неразреженного файла содержит три записи. Первая начинается с нулевого значения виртуального номера кластера (указывая на начало файла), расположенного в логическом кластере 125. Вместе с этой информацией указано четыре кластера, т.е. четыре кластера расположены в непрерывном участке диска. Вторая запись указывает, что следующий фрагмент файла с виртуальным номером кластера 4 (пятый кластер файла) начинается по смещению логического номера кластера, равного 251, и имеет размер в восемь кластеров. Этот кластер на рис. 6.6 показан не так, как другие кластеры, поскольку в соответствующей области файла нет данных. Последняя запись показывает, что следующий кластер файла расположен по смещению логического номера кластера, равного 1251.

Первая запись второй цепочки кластеров практически идентична. Файл по-прежнему. состоит из четырех кластеров, начиная с логического номера кластера 125. Следующая запись в цепочке указывает на последние семь кластеров файла. Виртуальный номер кластера, равный 12 (11-й кластер файла), начинается с логического номера кластера 1251. Для промежуточной области файла, не содержащей данных, запись в цепочке кластеров отсутствует.

После запроса данных из файла, NTFS обращается к записи MFT, находит соответствующий виртуальный номер кластера в файле, затем логический номера кластер и преобразует последний в смещение относительно начала тома. Если это необходимо, считываются данные из требующейся области тома. Для этого используются функции драйвера класса диска и диспетчера томов. Если логический номер кластера не выделен, в буфер данных возвращается последовательность нулей. Когда приложение записывает данные в фрагмент файла, для которого не выделен логический номер кластера, NTFS просто выделяет кластеры для этой области файла и добавляет их в цепочку кластеров. Данные затем копируются из буферов и записываются в выделенные кластеры.

Учитывая снижение стоимости жестких дисков, экономия дискового пространства с помощью разреженных файлов уже не столь актуальна. Тем не менее доступ к разреженным файлам осуществляется более эффективно за счет сокращения ввода-вывода (отпадает необходимость в получении данных, представляющих собой набор нулей).

Приложения могут указать атрибут разреженности для файла с помощью параметра FSCTL_SET_SPAR. SE функции DeviceloControl. Для получения информации о разреженности файла требуется функция GetFileAttributes.

Файловая система NTFS поддерживает сжатие файлов, если файлы размещены на томе с размером кластера менее 4 Кбайт. Данные сжимаются и ра- зархивируются «на лету» в тот момент, когда приложение вызывает функции API для чтения и записи. Сжатие может быть отключено или включено для всего тома, каталога (файлов и каталогов, расположенных в этом каталоге) или отдельного файла. И в этом случае приложения могут переопределить параметры сжатия при создании файла или каталога. Если существующий том или каталог помечается как сжатый, над уже существующими файлами никаких действий не выполняется. Параметр относится только к новым файлам и каталогам, которые будут создаваться в этом каталоге.

Сжатые файлы хранятся в цепочках длиной по 16 кластеров каждая. Файловая система NTFS берет первые 16 кластеров и пытается их сжать. Если в результате сжатия получается 15 кластеров или меньше, файл становится сжатым; в противном случае дальнейшие попытки сжатия файла не предпринимаются.

При чтении файла NTFS должна определить, сжат ли он. Один из способов сделать это – проверить конечный логический номер кластера файла. Нулевое значение этого параметра указывает на сжатость файла. Вспомним, что присвоение нуля логическому номеру кластера указывает на загрузочный сектор; т.е. такой номер никогда не может быть частью обычного файла (его цепочки кластеров). Если приложение проводит поиск в случайных участках сжатого файла, от NTFS может потребоваться распаковка целой последовательности кластеров.

Рис. 6.7. Выделение кластеров для сжатых файлов в NTFS

На рис. 6.7 показаны две цепочки кластеров для одного и того же файла. В первой цепочке кластеров (в левой верхней части диаграммы) сжатие не применяется. Файл хранится в трех последовательностях длиной по 16 кластеров каждая. Первые 16 кластеров начинаются с логического номера кластера, равного 125, следующие 16 кластеров – с логического номера, равного 251, последние 16 кластеров – с логического номера, равного 1251. Файл занимает 48 кластеров тома. Во второй цепочке кластеров на рис. 6.7 использовано сжатие. Теперь файл содержит всего 12 кластеров в трех последовательностях. Первые четыре кластера начинаются с логического номера кластера, равного 125, следующие четыре кластера –1 с логического номера, равного 251, последние четыре кластера – с логического номера, равного 1251.

Получив следующий виртуальный номер кластера и количество кластеров, NTFS может определить, сжат ли файл. Сжатые данные распаковываются во временный буфер и сохраняются в кэше. При необходимости данные копируются в буфер приложения.

Сжатие требует затрат ресурсов центрального процессора и замедляет ввод-вывод данных, что приводит к снижению производительности. На фоне стремительного снижения цен на жесткие диски сжатие не всегда приводит к очевидным преимуществам; таким образом, в Windows 2000 сжатие по умолчанию отключено. В некоторых статьях базы знаний Microsoft не рекомендуется использовать сжатие, особенно для приложений, приводящих активный ввод-вывод.

Приложения могут выбрать сжатие файлов, указав параметр FSTCL_SET_ COMPRESSION при вызове функции DeviceloControl. Для получения информации о сжатости файла применяется функция GetFileAttributes.

В Windows 2000 компания Microsoft впервые предоставила технологию, с помощью которой NTFS может отслеживать и ограничивать использование дисковых ресурсов пользователями, а также выдавать им соответствующие уведомления. Это возможности NTFS, а не Windows 2000, которые недоступны в FAT и UDF. Далее представлены особенности реализации квот.

Квоты внедряются и отслеживаются для тома и для пользователя. Все данные, связанные с квотами, хранятся системой NTFS в файле $Quota, который расположен в каталоге $Extend. Различные пользователи могут иметь разные ограничения квот. Системные администраторы не подпадают под действие квот. Более того, ограничения квот, принятых по умолчанию, относятся к новому пользователю при первом применении дисковых ресурсов.