Кластер

Хотя острота проблемы с кластеризацией пропала, особенно с внедрением NTFS мы должны понимать откуда она возникла.

Сейчас мы узнаем, откуда эти кластеры берутся. Мы работаем с файлами, имею­щими имена, записанные символами (обычными человеческими буквами). Компьютер пере­водит эти имена в числовые адреса секторов с помощью таблицы размещения файлов. Этим занимается неоднократно упомянутая нами операционная система. Конечно, каждая система делает это по-разному, но до последнего времени все операционные системы, работающие на компьютерах платформы IBM PC, выра­жали адрес шестнадцатиразрядным числом, поскольку в таблицах размещения файлов на запись адреса каждого сектора зарезервировано 2 байта.

Имея 16 двоичных разрядов, можно задать 65536 разных адресов (2¹⁶). При такой системе на диск можно записать 65536 различных файлов, и у каждого будет свой уникальный адрес. В те годы, когда размеры жестких дисков не превышали 32 мегабайта, это было очень неплохо. Сегодня средний размер жест­кого диска вырос в сто раз, а количество уникальных адресов для записи файлов осталось тем же, каким было. Предельный размер диска, к какому вообще в принципе может адресоваться операционная система, работающая с 16-разрядной FAT-таблицей, сегодня составляет 2 Гбайт. А если мы поделим этот размер на 65536 адресов, то полу­чим, что минимально адресуемое пространство жесткого диска составляет 32 Кбайт. Эта единица и называется кластером.

Поскольку кластер — это минимальное адресуемое дисковое пространство, значит, ни один файл не может занимать меньше места, чем составляет кластер. На больших дисках файл, имеющий размер 1 байт, займет все 32 Кбайт. То же произойдет и с файлом длиной 2 байта и т. д. Если файл имеет размер 32,1 Кбайт, он займет два кластера, то есть все 64 Кбайт. Даже для FAT 32 при размере диска 32 Гбайт величина кластера все еще остается большой – 16 Кбайт. Потери от кластеризации жестких дисков составляют огромную величину, в отдельных случаях достигающую 40% их объема.

Методы борьбы с кластеризацией

Как уже упоминалось, логическая структура ЖД довольно сложна: дорожки, цилиндры, сектора, которые группируются в кластеры. Реализуется логическая структура на самом диске с помощью технологической операции – форматирование.

Форматирование ЖД выполняется в три этапа:

• форматирование низкого уровня (физическое);

• разбиение диска на разделы;

• форматирование высокого уровня (логическое).

Форматирование низкого уровня – дорожки диска разбиваются на секторы (512 байт данных каждый), приписываются заголовок – преамбула (Header или preamble), концевик, в котором содержится код проверки (Trailer), т.е. добавляется служебная информация, полная емкость сектора становится равной 571 байт.

Разбиение диска на разделы – проводится в том случае, когда на одном ПК предполагается использовать несколько ОС.

Форматирование высокого уровня – операционная система создает структуры для работы с файлами и данными, собственно ФВУ не столько форматирование, сколько создание оглавления диска и таблицы размещения файлов FAT (File Allocation Table).

Самый простой метод борьбы с кластеризацией — разбиение жесткого диска на разделы (логические диски). Эту операцию производят перед логическим форматирова­нием диска. Для разбиения жесткого диска на разделы применяют программу FDISK.EXE для FAT, которая является приложением MS-DOS, но поставляется и в составе Windows 95, и в составе Windows 98 или Partition Magic для NTFS (W.200 и W.XP). При разбиении жесткого диска на несколько логических дисков каждый вновь образующийся диск имеет собственную структуру и свою таблицу размещения файлов, поэтому чем меньше размеры полученных логических дисков, тем мень­ше и размеры их кластеров.

Начиная с Windows NT быстро прогрессирует NTFS (NT File System). В этой файловой системе длина имени файла может быть до 255 символов. Имена написаны в коде Unicode, благодаря чему люди в разных странах, где не используется латинский алфавит, могут писать имена файлов на их родном языке. Самое главное в этой системе размер кластера может быть задан вручную, независимо от объема диска.

Дефрагментация дисков – операционная система не всегда располагает информацию файлов и папок в одном непрерывном пространстве. Фрагменты данных могут находится в различных кластерах ЖД, более того, при удалении файлов освобождающееся дисковое пространство становится фрагментированным. Это существенно влияет на производительность файловой системы. Для решения этой проблемы применяется Disk Defragmenter (Дефрагментация диска). В процессе дефрагментации кластеры диска организуются таким образом, чтобы файлы, папки и свободное пространство по возможности располагались равномерно. В результате значительно повышается производительность файловой системы.