12. tétel. Lemezkezelés

Átírás

1 12. tétel 12_12a_1.5 Lemezkezelés (Particionálás, formázás, RAID rendszerek) A partíció a merevlemez egy önálló logikai egysége, amely fájlrendszer tárolására alkalmas. Alapvetően két esetben hozunk létre egy winchesteren több partíciót. Ha a foglalási egység (cluster) mérete miatt túl sok kihasználatlan terület alakulna ki. pl. sok kis méretű fálj van a lemezen. Ha a különböző jellegű tartalmakat szeretnénk elkülönítve tárolni. Pl. Operációs rendszer, adatok, stb. Ilyenkor egy esetleges rendszerösszeomlás nem fogja érinteni a többi partíció tartalmát. A partíciókra osztás azért is hasznos, mert szükség esetén egyik partíciót használhatjuk a másik tartalmának megőrzésére, amíg azt formázzuk (pl. egy hiba miatt).ha az egyik partíciónk valamilyen sérülés miatt nem működne, egy esetleges backup partíció megtudja őrizni az adatainkat. Ahhoz, hogy egy merevlemezt használni tudjunk, legalább egy formázott partíciót kell tartalmaznia. A partíciók típusai Partíciótípusok: elsődleges, kiterjesztett és logikai partíciók Egy lemez partíciós táblájába maximum 4 bejegyzés kerülhet. Ha a partíciók száma N, P - primary (elsődleges) partíció, E-Extended (kiterjesztett) partíció, akkor az alábbi szabály szerint: N<=4, P<=4, E<=1, N=P+E A kiterjesztett partíció un. logikai partíciókat tartalmaz. Maximum a kiosztható meghajtók száma. Pl. Windows alatt a meghajtókat az angol ABC 26 betűjével, illetve a kettősponttal jelölik. Ez maximum 26 drive-ot jelent. Elsődleges (primary) partíció A fő rendszertöltő rekordban lévő fő partíciós tábla (Master PartitionTable).A Master Boot Record (MBR) vagy más néven a partíciós szektor a merevlemez legelső szektorának (azaz az első lemezfelület első sávjának, első szektorának) elnevezése. Csak a particionált merevlemezeknek van MB-juk. A MBR a merevlemez legelején, az elsőpartíció előtt található meg. 1 / 8

2 A Master Boot Rekord (MBR) partíciós táblájában mindegyik partíció bejegyzése a következő információk leírásából áll: cilinder, 0. fej, 1. szektor (512 B) tartalmaz egy gépi kódú betöltőprogramot szektor végén 4 db 16 byte-osadat (partíciós tábla) a legvégét 0x55 és 0xAA számok zárják le aktív állapotot jelző bájt: azt jelzi, hogy a partíció aktív-e vagy sem; partíció kezdete és vége (vagyis a partíció melyik cilinder melyik lemezoldalának melyik szektoránál kezdődik, illetve melyiknél végződik); partíció mérete (szektor darabszámban kifejezve); partíció típusa (ami lehet elsődleges vagy kiterjesztett, rejtett, használaton kívüli). Egyes operációs rendszerek igénylik, hogy az a partíció, amiről betöltődnek elsődleges legyen, ilyenek például az MS-DOS, Windows és aminix. Más operációs rendszerek nem szabják ezt meg, ilyen például a Linux. A merevlemezen legfeljebb 4 elsődleges partíció lehet. A rendszerindításra kijelölt partíciót aktív partíciónak nevezzük. Kiterjesztett (extended) partíció Mivel a legfeljebb négy partíció hamar kevésnek bizonyult és a fő rendszertöltő rekordban nem volt több hely, szükségessé vált a probléma megkerülése. A kiterjesztett partíció egy olyan partíció, amely nem fájlrendszert, hanem logikai partíciókat tartalmaz, így lehetővé válik több partíció használata. A partíciótáblában maximum egyetlen kiterjesztett partíció lehet, a többinek elsődlegesnek kell lennie. Logikai (logical) partíció Kiterjesztett partíción belül elhelyezkedő partíció. Fizikailag nem különül el attól. A partíciókat használat előtt MINDEN esetben formázni kell. Formázás Merevlemezek esetén kétféle formázás létezik, az alacsony és a magas szintű formázás. Az alacsony szintű formázás (low-level formatting) létrehozza a lemezeken a szektorokat, tehát kialakítja a winchester lemezeinek felszínén, hogy a szektorok hol kezdődjenek, és hol végződjenek ez határozza meg, hogy a lemezeken hol lesznek majd tárolhatóak adatok. Ez a folyamat több órányi időt igénybe vehet, és következményeképpen a lemezen tárolt adatok már amennyiben léteznek megsemmisülnek. Az alacsony szintű formázás nem csak egy partícióra, hanem a merevlemez teljes tárolásra alkalmas területére vonatkozik. Az alacsony szintű formázást a winchestergyártók végzik, ugyanis nem megfelelő végrehajtása könnyen tönkretehetné a teljes merevlemezt. Az alacsony szintű formázás után a merevlemez még nem alkalmas adatok (fájlok) tárolására; ehhez még magas szintű formázás is szükséges. 2 / 8

3 Az alacsony szintű formázás bizonyos régi Pentium 1-es és korábbi alaplapok BIOS-ában rendelkezésre állt és működött is, míg a merevlemez gyártók be nem vezették azt, hogy az újabb eszközökön hiába futtatta le a felhasználó a (low-level format-ot, azt maga az eszköz szabotálta annak ellenére, hogy az látszólag - több órát igénybe véve - lefutott. A magas szintű formázás (high-levelformatting) vagy logikai formázás (logicalformatting) az a folyamat, melynek során az operációs rendszer felkészít egy partíciót egy bizonyosfájlrendszer használatára. A logikai formázás a partíción létrehozza a boot szektort, a fájlszervezési táblát (például NTFS fájlrendszer esetén a MFT táblát, FATxx fájlrendszer esetén a FAT táblát, stb.) és a gyökérkönyvtárat. Magában ez a művelet rövid idő alatt elvégződik ezért quickformat-nak (gyorsformázásnak) is nevezik, ha viszont ezzel együtt a teljes partíció hibaellenőrzése is lefut ("normál" formázás), az már sokkal több időt igénybe vesz. Az operációs rendszerek telepítésének kezdeti szakaszán logikai gyorsformázás történik, aminek következtében az operációs rendszer partícióján tárolt régi fájlok elérhetetlenné válnak. A logikai formázást követően a partíció a fájltárolásra alkalmassá válik. Mélyformázás Mi is ez pontosan? Az utolsó olyan pillanat egy merevlemez életében, amikor a lemezei nem tartalmaznak adatot, az, amikor a gyártósoron fizikailag éppen létrejön. A modern meghajtók ugyanis már olyan precíz mechanikával bírnak, hogy gyárilag mélyformázhatják őket, azaz már az előállításukkor a teljes élettartamukra felírják azt a vezérlőstruktúrát, amely meghatározza, hogy fizikailag hol vannak a sávok és a szektorok. Ez persze nem mindig volt így. Az igazán öreg meghajtókat házilag kellett mélyformázni, mert előfordulhatott az, hogy a bennük lévő lemezek szállítás közben elmozdultak egymáshoz viszonyított helyzetükből. Továbbá a fejek mozgatására akkoriban használt technológia közel sem volt olyan precíz, mint manapság, így az öregedő winchesterben előfordulhatott, hogy a fej nem oda mozdult ki, ahová a vezérlőelektronika "gondolta", hogy küldi. Ezt pedig csak egy új mélyformázással lehetett orvosolni. Adat visszaállítás formázott partícióról Logikai gyorsformázás esetén a fájlok nem törlődnek le a partícióról, viszont a fájlszervezési tábla (NTFS vagy FAT stb.) újraíródik, ami így nem lesz kapcsolatban a régi fájlokkal - ezáltal a partíción levő régi fájlok elérhetetlenné válnak a felhasználó számára. Normál logikai formázás esetén csakúgy, mint a szokásos fájltörléskor a merevlemezen levő fájltartalmak nem íródnak felül, hanem használható területnek lesznek nyilvánítva. Mindaddig, amíg új fájlok nem kerülnek a régi fájlok által foglalt lemezterületre, a régi fájlok tartalma a partíción marad, viszont a fájlszervezési tábla segítségével ezúttal sem lesznek elérhetőek, vagyis az átlagfelhasználó számára bármelyik formázás az adatok elvesztését jelenti. Léteznek viszont speciális segédprogramok, melyekkel a logikai formázás esetén a régi fájlok és könyvtárak utólag visszaállíthatók legalábbis azok, melyek időközben nem íródtak felül újabbakkal. 3 / 8

4 Raid rendszerek 12_12a_1.5 A RAID (RedundantArray of InexpensiveDisks vagy RedundantArray of Independent Disks) napjaink egyik fontos technológiája. A RAID technológia alapja az adatok elosztása vagy replikázása több fizikailag független merevlemezen, egy logikai lemezt hozva létre. Minden RAID szint alapjában véve vagy az adatbiztonság növelését vagy az adatátviteli sebesség növelését szolgálja. RAID szintek:araid-ben eredetileg 5 szintet definiáltak (RAID 1-től RAID 5-ig). Az egyes szintek nem a fejlődési, illetve minőségi sorrendet tükrözik, hanem egyszerűen a különböző megoldásokat. A kezdeti 5 szinthez később hozzávették a RAID 6-ot. RAID 0-ként szokták említeni azt a változatot, ahol a lemezeket összefűzzük, azaz redundancia nélkül kapcsoljuk össze. Ezeken kívül használják még több RAID tömb egymásra építését is, a legelterjedtebb a RAID 10 (vagy RAID 1+0), RAID 01 (vagy RAID 0+1), illetve a RAID 50 (vagy RAID 5+0). A RAID alapötlete a lemezegységek csíkokra (stripes) bontása. Ezek a csíkok azonban nem azonosak a lemez fizikai sávjaival (tracks), amit az angol és magyar elnevezés különbözősége is jelez. RAID 0 (összefűzés):a RAID 0 az egyes lemezek egyszer A RAID 0 az egyes lemezek egyszerű összefűzését jelenti, viszont semmilyen redundanciát nem ad, így nem biztosít hibatűrést, azaz egyetlen meghajtó meghibásodása az egész tömb hibáját okozza. Mind az írási, mind az olvasási műveletek párhuzamosítva történnek, ideális esetben a sebesség az egyes lemezek sebességének összege lesz, így a módszer a RAID szintek közül a legjobb teljesítményt nyújtja (a többi módszernél a redundancia kezelése lassítja a rendszert). A megoldás lehetővé teszi különböző kapacitású lemezek összekapcsolását is, viszont a nagyobb kapacitású lemezeken is csak a tömb legkisebb kapacitású lemezének méretét lehet használni (tehát egy 120 GB és egy 100 GB méretű lemez összefűzésekor mindössze egy 200 GB-os logikai meghajtót fogunk kapni, a 120 GB-os lemezen 20 GB szabad terület marad, amit más célokra természetesen felhasználhatunk). A RAID 0 főleg olyan helyeken alkalmazható, ahol nem szempont az adatbiztonság vagy kevés merevlemez csatolható fel az operációs rendszer korlátozása miatt. (Például a régebbi Microsoft Windows rendszerek esetében összesen 26 meghajtó betűjelet tesznek elérhetővé, ezzel 24 eszközre korlátozva a partíciók számát. Az újabb rendszerek, mint a Windows 2000 Professional és az ezt követő Windowsok, valamint a Unix rendszerek lehetőséget adnak a partíciók könyvtárként való felcsatolására.) A másik pozitív tulajdonsága viszont továbbra is csábító lehet olyan, kifejezetten csak játékra épített rendszereknél, ahol ezzel tetemes teljesítménynövekedést érhetünk el. Ilyen célú alkalmazásra mégsem túlajánlott, mivel az egyszer már összekapcsolt diszkek különálló alkalmazása csak újraszervezés után, a teljes adattartalom eltávolításával és újraformázással lehetséges. 4 / 8

5 RAID 1 (tükrözés):a A RAID 1 eljárás alapja az adatok tükrözése (diskmirroring), azaz az információk egyidejű tárolása a tömb minden elemén. A kapott logikai lemez a tömb legkisebb elemével lesz egyenlő méretű. Az adatok olvasása párhuzamosan történik a diszkekről, felgyorsítván az olvasás sebességét; az írás normál sebességgel, párhuzamosan történik a meghajtókon. Az eljárás igen jó hibavédelmet biztosít, bármely meghajtó meghibásodása esetén folytatódhat a működés. A RAID 1 önmagában nem használja a csíkokra bontás módszerét. RAID 2:A A RAID 2 használja a csíkokra bontás módszerét, emellett egyes meghajtókat hibajavító kód (ECC: ErrorCorrectingCode) tárolására tartanak fenn. A hibajavító kód lényege, hogy az adatbitekből valamilyen matematikai művelet segítségével redundáns biteket képeznek. A használt eljárástól függően a kapott kód akár több bithiba észlelésére, illetve javítására (ez utóbbi persze több redundanciát igényel) alkalmas. A védelem ára a megnövekedett adatmennyiség. Ezen meghajtók egy-egy csíkjában a különböző lemezeken azonos pozícióban elhelyezkedő csíkokból képzett hibajavító kódot tárolnak. A módszer esetleges lemezhiba esetén képes annak detektálására, illetve kijavítására. Manapság nem használják, mivel a SCSI meghajtókban már minden egyes szektorban az adott szektorhoz tartozó ECC is eltárolódik. RAID 3:A RAID 3 felépítése hasonlít a RAID 2 A RAID 3 felépítése hasonlít a RAID 2-re, viszont nem a teljes hibajavító kód, hanem csak egy lemeznyi paritásinformáció tárolódik. Egy adott paritáscsík a különböző lemezeken azonos pozícióban elhelyezkedő csíkokból XOR művelet segítségével kapható meg. A rendszerben egy meghajtó kiesése nem okoz problémát, mivel a rajta lévő információ a többi meghajtó (a paritást tároló meghajtót is beleértve) XOR-aként megkapható. Az alapvető ő különbség a RAID 2-ben alkalmazott hibajavító kóddal szemben, hogy itt feltesszük, hogy a meghajtó meghibásodását valamilyen módon (például többszöri sikertelen olvasás hatására) észleljük, majd a meghibásodott diszken lévő információt a többi diszken lévő ő adatok segítségével állítjuk elő. A RAID 2 a diszkhibák ellen is védelmet nyújt, például egyes bájtok megsérülése esetén. (Vegyük észre, hogy csak az XOR-os paritásbit technikát használva az egyik meghajtón egy adott bájt megsérülése esetén csak azt vennénk észre, hogy a különböző meghajtókon az azonos csíkba tartozó részek XOR-a nem nullát adna, de nem tudnánk sem azt, hogy melyik meghajtón van a hiba, sem azt, hogy hogyan javítsuk ki. Ezért van szükség a szektoronkénti hibajavító kód alkalmazására.) 5 / 8

6 A RAID 3-nál kisméretű ű csíkokat definiálnak, így az egyes fájlok olvasása és írása párhuzamosan történhet az egyes meghajtókon, viszont a módszer nem támogatja egyszerre több kérés párhuzamos kiszolgálását (single-usermode). (Természetesen a paritáscsíkot minden egyes íráskor módosítani kell, amihez szükséges a korábbi tartalom kiolvasása. Viszont például fájltranszfer esetén, pont a kisméretű csíkok miatt, az azonos pozícióban lévő csíkokat általában az összes diszken felülírják, így ez esetben a probléma kevésbé jelentkezik.) RAID 4:A RAID 4 felépítése a RAID 3 A RAID 4 felépítése a RAID 3-mal megegyezik. Az egyetlen különbség, hogy itt nagyméretű csíkokat definiálnak, így egy rekord egy meghajtón helyezkedik el, lehetővé téve egyszerre több (különböző ő meghajtókon elhelyezkedő) rekord párhuzamos írását, illetve olvasását (multi-usermode). Problémát okoz viszont, hogy a paritás-meghajtó adott csíkját minden egyes íráskor frissíteni kell (plusz egy olvasás és írás), aminek következtében párhuzamos íráskor a paritásmeghajtó a rendszer szűk keresztmetszetévé válik. Ezen kívül valamely meghajtó kiesése esetén a rendszer olvasási teljesítménye is lecsökken, a paritás-meghajtó jelentette szűk keresztmetszet miatt. RAID 5:A A RAID 5 a paritás információt nem egy kitüntetett meghajtón, hanem körbeforgó paritás (rotatingparity) használatával, egyenletesen az összes meghajtón elosztva tárolja, kiküszöbölvén a paritás-meghajtó jelentette szűk keresztmetszetet. Minimális meghajtószám: 3. Mind az írási, mind az olvasási műveletek párhuzamosan végezhetőek. Egy meghajtó meghibásodása esetén az adatok sértetlenül visszaolvashatóak, a hibás meghajtó adatait a vezérlő a többi meghajtóról ki tudja számolni. A csíkméret változtatható; kisméretű csíkok esetén a RAID 3-hoz hasonló működést, míg nagyméretű csíkok alkalmazása esetén a RAID 4-hez hasonló működést kapunk. A hibás meghajtót ajánlott azonnal cserélni, mert két meghajtó meghibásodása esetén az adatok elvesznek! A tárolható adatmennyiség "a legkisebb kapacitású meghajtón tárolható adatmennyiség" * ("meghajtók száma" - 1) lesz. (Pl. 4 db egyenként 1 TB-osHDD RAID 5-be fűzésének eredményeként egy 3 TB kapacitású logikai meghajtót látunk.) Az írási sebességnél fontos figyelembe venni a paritás adatok előállítására szükséges számítási kapacitás igényt! Szoftveres megoldásnál ez jelentős processzorterhelést, illetve az írási sebesség csökkenését eredményezheti, ezért ajánlott a hardveres megoldás, ahol a célhardver látja el ezeket a feladatokat. A RAID 5 vezérlők a hibás meghajtó helyére betett új, üres meghajtót automatikusan fel tudják tölteni az eredeti adatokkal. A hibás meghajtó egy-egy blokkját a következőképpen képpen lehet visszaolvasni: Ah=(Aj1 XOR Aj2) XOR Aj3, ahol,ah: a fizikailag hibás meghajtó része és Aj1, Aj2, Aj3: a jó meghajtó része. Az "olvasási sebesség" = "A leglassabb meghajtó olvasási sebessége" * ("Meghajtók száma" - 1) A tömb egyetlen meghajtójáról nem állítható vissza a teljes adattartalom, viszont egy-egy adatblokknyi igen. Mivel akár ez is tartalmazhat értékes információt, így a már nem használt vagy hibás adathordozót érdemes megsemmisíttetni. 6 / 8

7 RAID 6:A RAID 6 tekinthető ő a RAID 5 kibővítésének. Itt nemcsak soronként, hanem oszloponként is kiszámítják a paritást. A módszer segítségével kétszeres meghajtómeghibásodás is kiküszöbölhetővé válik. A paritáscsíkokat t itt is az egyes meghajtók között, egyenletesen elosztva tárolják, de ezek természetesen kétszer annyi helyet foglalnak el, mint a RAID 5 esetében. RAID 0+1 vagy RAID 01:Ez egy olyan hibrid megoldás, amelyben a RAID 0 által hordozott sebességet a RAID 1-et jellemző biztonsággal ötvözhetjük. Hátránya, hogy minimálisan 4 eszközre van szükségünk, melyekből 1-1-et összefűzve, majd páronként tükrözve építhetjük fel a tömbünket, ezért a teljes kinyerhető kapacitásnak mindössze a felét tudjuk használni. Mivel a tükrözés (RAID 1) a két összefűzött (RAID 0) tömbre épül, ezért egy lemez meghibásodása esetén az egyik összefűzött zött tömb mindenképp kiesik, így a tükrözés is megszűnik. RAID 1+0 vagy RAID 10:Hasonlít a RAID 01 megoldáshoz, annyi különbséggel, hogy itt a lemezeket először tükrözzük, majd a kapott tömböket fűzzük össze. Ez biztonság szempontjából jobb megoldás, mint a RAID 01, mivel egy diszk kiesése csak az adott tükrözött tömböt érinti, a rá épült RAID 0-t nem; sebességben pedig megegyezik vele. Használat:Az ismertetett RAID technikák közül a RAID 0-t, RAID 1-et és RAID 5-öt használják elterjedten, illetve az ezek kombinációjaként megvalósított RAID 10-et és RAID 50-et. A RAID 2-t a már korábban említett okok, míg a RAID 3-at és RAID 4-et a paritás meghajtó jelentette szűk keresztmetszet miatt nem alkalmazzák. A RAID 6 megvalósítása túl sok többletköltséget jelent, illetve az általa nyújtott többlet biztonság csak speciális alkalmazások esetében szükséges, ezért használata nem terjedt el. Megvalósítás:A RAID rendszerek megvalósítása történhet szoftver, illetve hardvertámogatással. Szoftveres megvalósítás esetén vagy az operációs rendszer nyújt támogatást, vagy speciális driver programot használnak. A megvalósítás előnye, hogy nem igényel külön költséges hardver komponenseket, viszont hátránya, hogy a központi memóriát, illetve a CPU-t terheli, lerontván az egész rendszer teljesítményét. Hardveres megvalósítás esetén a szükséges feldolgozást a RAID vezérlő valósítja meg, ezáltal az operációs rendszer teljesítménye nem csökken le. A kezelés bonyolultsága miatt a RAID 5-öt a gyakorlatban csak hardvertámogatással valósítják meg. A Linux kernel támogatja a raid5 és raid6 szoftveres megvalósítását is. 7 / 8

8 Források: 12_12a_ Informatika füzet 8 / 8