Составные тома более сложны, поскольку составляющие их разделы могут быть несмежными и даже находиться на разных дисках. Некоторые типы составных томов используют избыточность данных и требуют еще более сложной трансляции. Таким образом, FtDisk и DMIO должны обрабатывать все запросы ввода-вывода, адресованные составным томам, и определять, на какие разделы следует направлять тот или иной запрос.
B Windows поддерживаются следующие типы составных томов:
(o)перекрытые (spanned volumes);
(o)зеркальные (mirrored volumes);
(o)чередующиеся (striped volumes);
(o)RAID -5.
Рассмотрев конфигурацию разделов составных томов и логические операции для каждого типа составных томов, мы обсудим, как драйверы FtDisk и DMIO обрабатывают IRP, посылаемые драйвером файловой системы составному тому Термин «диспетчер томов» при объяснении составных томов используется для обозначения DMIO, поскольку, как уже говорилось в этой главе, FtDisk поддерживает лишь те составные тома, которые были перенесены из NT 4.
Перекрытый том удобен для объединения небольших областей свободного дискового пространства в единый том большего объема или для создания из нескольких малых дисков одного большого тома. Если перекрытый том отформатирован для NTFS, его можно расширять, добавляя другие свободные области или диски, и это не влияет на данные, уже хранящиеся на томе. Расширяемость – одно из самых крупных преимуществ описания всех данных на томе NTFS как единого файла. Размер логического тома NTFS может динамически увеличиваться, поскольку битовая карта, регистрирующая состояние тома, – не более чем еще один файл, файл битовой карты. Этот файл может быть расширен для учета пространства, добавляемого в том. C другой стороны, динамическое расширение тома FAT потребовало бы расширения самой FAT, что привело бы к смещению всех данных на диске.
Диспетчер томов скрывает физическую конфигурацию дисков от файловых систем, установленных в Windows. Например, на рис. 10-9 файловая система NTFS рассматривает том D: как обыкновенный 100-мегабайтный том. Чтобы определить свободное пространство на этом томе, NTFS обращается к своей битовой карте. Далее она вызывает диспетчер томов для чтения или записи данных с конкретного смещения в байтах относительно начала тома. Диспетчер томов последовательно нумерует физические секторы перекрытого тома от первой области первого диска до последней области последнего диска. Он определяет, какой физический сектор и на каком диске соответствует указанному смещению.
Файловой системе этот чередующийся том кажется обычным 450-мегабайтным томом, но диспетчер томов оптимизирует хранение и выборку данных па таком томе, распределяя их между физическими дисками. Диспетчер томов обращается к физическим секторам дисков так, как показано на рис. 10-11.
Рис. 10-11.
Логическая нумерация физических секторов в чередующихся томах
Поскольку каждая чередующаяся область занимает всего 64 Кб (это значение выбрано для того, чтобы отдельные операции чтения и записи не требовали обращения сразу к двум дискам), данные более-менее равномерно распределяются между дисками. Таким образом, чередование увеличивает вероятность того, что несколько одновременно ожидающих выполнения операций ввода-вывода потребуют доступа к разным дискам. A поскольку к данным на всех трех дисках можно обращаться одновременно, время задержки при дисковом вводе-выводе часто снижается, особенно в условиях высокой нагрузки.
Чередующиеся тома упрощают управление томами и позволяют распределять нагрузку между несколькими дисками, значительно ускоряя ввод-вывод. Ho это не обеспечивает восстановления данных в случае сбоя диска. B связи с этим диспетчер томов реализует три механизма избыточности: зеркальные тома, тома RAID-5 и замена секторов (последний механизм описывается в главе 12). Эти возможности можно задействовать через оснастку Disk Management.
Когда программа что-то записывает на диск C:, диспетчер томов помещает те же данные в идентичный участок на зеркальный раздел. Если первый диск (или часть данных на нем) окажется поврежденной из-за аппаратного или программного сбоя, диспетчер томов автоматически обратится за нужными данными к зеркальному разделу. Зеркальный том можно отформатировать для любой файловой системы, поддерживаемой Windows. При этом драйверы файловых систем остаются независимыми – зеркалирование никак на них не влияет.
Зеркальные тома способствуют увеличению пропускной способности операций чтения в сильно загруженных системах. При высокой интенсивности ввода-вывода диспетчер томов распределяет операции чтения между первичным и зеркальным разделом (учитывая количество незавершенных запросов ввода-вывода для каждого диска). Две операции чтения могут быть выполнены одновременно, т. е. теоретически вдвое быстрее. При модификации файла приходится вести запись в оба раздела зеркального набора, но запись на диск выполняется асинхронно, и дополнительная операция записи почти не влияет на быстродействие программ пользовательского режима.
Зеркальный том – единственный тип составного тома, допустимого для системного и загрузочного томов. Дело в том, что загрузочный код Windows, включая код MBR и Ntldr, не обладает сложной логикой, необходимой для работы с составными томами. Зеркальные тома составляют исключение, так как загрузочный код воспринимает их как простые тома, считывая данные с той половины зеркального тома, которая помечена как загрузочный или системный диск в таблице разделов MBR. Поскольку загрузочный код не модифицирует данные на диске, он может игнорировать вторую половину зеркального тома.
ЭКСПЕРИМЕНТ: наблюдаем за операциями ввода-вывода на зеркальном томе
Используя оснастку Performance (Производительность), вы можете убедиться, что при записи на зеркальные тома данные копируются на оба диска, составляющих зеркальный том (зеркало), а операции чтения, если они не слишком частые, выполняются в основном на одной из половин зеркального тома. Для этого эксперимента вам понадобится система с тремя жесткими дисками под управлением серверной OC Windows 2000 или Windows Server 2003- Если у вас нет такой системы, пропустите инструкции по подготовке эксперимента и переходите сразу к результатам.
Создайте зеркальный том с помощью оснастки Disk Management.
1. Запустите Computer Management (Управление компьютером), раскройте узел Storage (Запоминающие устройства) и выберите папку Disk Management ^Управление дисками) или откройте Disk Management как оснастку консоли MMC
2. Щелкните правой кнопкой мыши на свободном пространстве диска и выберите команду Create Volume (Создать том).
3. Следуйте инструкциям мастера создания тома, чтобы создать простой том. (Сначала убедитесь, что на другом диске достаточно свободного места для создания тома равного размера.)
4. Щелкните правой кнопкой мыши новый том и из контекстного меню выберите команду Add Mirror (Добавить зеркало).
Создав зеркальный том, запустите оснастку Performance (Производительность) и добавьте счетчики к объекту PhysicalDisk (Физический диск) для каждого экземпляра диска, содержащего раздел зеркального тома. Выберите счетчики Disk Reads/Sec (Обращений чтения с диска/сек) и Disk Writes/Sec (Обращений записи на диск/сек). Ha третьем диске, не входящем в состав зеркального тома, выберите большой каталог и скопируйте его на зеркальный том. Информация в окне оснастки Performance по мере выполнения операции копирования должна выглядеть примерно так, как показано на иллюстрации.
Две верхних пересекающихся линии представляют графики для значений Disk Writes/Sec по каждому диску, а две нижних – графики для значений Disk Reads/Sec. Как видите, диспетчер томов (в данном случае – DMIO) записывает данные копируемых файлов в обе половины тома, но считывает преимущественно из одной. Это происходит потому, что число незавершенных операций ввода-вывода при копировании невелико и не заставляет диспетчер томов распределять нагрузку по операциям чтения между дисками.
Как показано на рис. 10-13, информация о четности для чередующейся области 1 хранится на диске 1. Она представляет собой побайтовую логическую сумму (XOR) первых чередующихся областей на дисках 2 и 3. Информация о четности для чередующейся области 2 хранится на диске 2, а для чередующейся области 3 – на диске 3. Такое циклическое размещение информации о четности по дискам представляет собой способ оптимизации ввода-вывода. Всякий раз, когда данные записываются на какой-либо из дисков, байты четности, соответствующие изменяемым байтам, должны быть пересчитаны и перезаписаны. Если бы информация о четности постоянно записывалась на один и тот же диск, он был бы все время занят и мог бы стать узким местом для ввода-вывода.
Восстановление диска после сбоя в томе RAID-5 основывается на простом арифметическом принципе: если в уравнении с nпеременными известны значения n – 1переменных, то значение оставшейся переменной можно определить вычитанием. Например, в выражении x +y = z,где zобозначает чередующуюся область с четностью, диспетчер томов вычисляет z – у,чтобы определить значение x,и z – x,чтобы найти y. Диспетчер томов использует сходную логику для восстановления потерянных данных. Если том RAID-5 выходит из строя или данные на одном из его дисков становятся нечитаемыми, диспетчер томов реконструирует отсутствующие данные, используя операцию XOR (побитовое логическое сложение).
B случае сбоя диска 1 на рис. 10-13 содержимое его чередующихся областей 2 и 5 вычисляется побайтовым логическим сложением соответствующих чередующихся областей на диске 3 с областями четности на диске 2. Содержимое чередующихся областей 3 и 6 определяется побайтовым логическим сложением соответствующих областей на диске 2 с областями четности на диске 3. Для организации тома RAID-5 требуется по крайней мере три диска (а точнее, три одинаковых по размеру раздела на трех дисках).
Данные, которые хранятся в виде параметров реестра для букв и имен томов базовых дисков, представляют собой сигнатуру диска в стиле Windows NT 4 и начальное смещение от первого раздела, сопоставленного с томом. Аналогичные данные для томов динамических дисков включают внутренний GUID тома, используемый DMIO. Когда диспетчер монтирования инициализируется при загрузке системы, он регистрируется в подсистеме поддержки Plug and Play, что позволяет ему в дальнейшем получать уведомления о создании томов драйвером FtDisk или DMIO. Получив такое уведомление, диспетчер монтирования определяет GUID или сигнатуру диска нового тома и использует GUID тома или сигнатуру его диска как критерий для поиска в своей базе данных, отражающей содержимое раздела реестра MountedDevices. Если поиск заканчивается неудачей, диспетчер монтирования запрашивает у FtDisk или DMIO (смотря кто из них создал том) предлагаемую букву для идентификации тома и сохраняет ее в своей базе данных. FtDisk не дает никаких предложений, a DMIO проверяет возможные назначения в элементе тома базы данных.
Рис. 10-14.
Смонтированные устройства, перечисленные в разделе реестра, принадлежащем диспетчеру монтирования
Если диспетчер монтирования не получает никаких предложений, он берет первую свободную букву, назначает ее тому, создает для нее символьную ссылку – например, \Global??\D: в Windows XP и Windows Server 2003 или \??\D: в Windows 2000 – и обновляет раздел реестра MountedDevices. Когда свободных букв нет, буква не назначается, но создается символьная ссылка \Global??\Volume{X}, определяющая GUID нового тома в том случае, если у него еще нет GUID. Этот GUID отличается от GUID томов, используемых DMIO.
Точка повторного разбора- это блок произвольных данных с неким фиксированным заголовком, который Windows сопоставляет с файлом или каталогом NTFS. Приложение или система определяет формат и поведение точки повторного разбора, в том числе значение уникального тэга, который идентифицирует точку повторного разбора, принадлежащую приложению или системе, и указывает размер (до 16 Кб) и смысл данных этой точки. Уникальные тэги хранятся в фиксированном сегменте точек повторного разбора. Любое приложение, реализующее точку повторного разбора, должно предоставлять драйвер фильтра файловой системы, который наблюдает за кодами возврата файловых операций, связанных с повторным разбором и выполняемых на томах NTFS, и предпринимает действия, соответствующие этим кодам. NTFS возвращает код статуса повторного разбора всякий раз, когда обрабатывает файловую операцию применительно к файлу или каталогу, с которым сопоставлена точка повторного разбора.
Драйвер файловой системы NTFS, диспетчер ввода-вывода и диспетчер объектов – каждый из них реализует свою часть функциональности точек повторного разбора. Диспетчер объектов инициирует операции разбора путей файлов, взаимодействуя с драйверами файловых систем через диспетчер ввода-вывода, и должен повторно инициировать операции, для которых диспетчер ввода-вывода возвращает код статуса повторного разбора. Диспетчер ввода-вывода поддерживает модификацию путей, которая может понадобиться точкам монтирования и другим точкам повторного разбора, а драйвер файловой системы NTFS должен связывать данные точек повторного разбора с файлами и каталогами. Поэтому диспетчер ввода-вывода можно рассматривать как драйвер фильтра файловой системы, который поддерживает функциональность повторного разбора для многих точек, определенных Microsoft.
Пример приложения, поддерживающего точки повторного разбора, – система Hierarchical Storage Management (HSM) вроде службы Windows Remote Storage Service (RSS), которая включена в Windows 2000 Server и Windows Server 2003; она использует такие точки для обозначения файлов, перемещаемых администратором в хранилище на ленточных накопителях. Когда пользователь пытается обратиться к автономному файлу, драйвер фильтра HSM обнаруживает код статуса повторного разбора, возвращаемый NTFS, вызывает сервисы пользовательского режима, чтобы получить автономный файл из хранилища, удаляет из файла точку повторного разбора и инициирует повторную попытку выполнения файловой операции. Точно так же точки повторного разбора используются драйвером фильтра RSS (Rsfilter.sys).
Если файл или каталог, для которого диспетчер ввода-вывода получает от NTFS код статуса повторного разбора, не сопоставлен с одной из предопределенных в Windows точек повторного разбора, значит, его точка не обрабатывается ни одним драйвером фильтра. Тогда диспетчер ввода-вывода сообщает диспетчеру объектов об ошибке, которая передается приложению, обратившемуся к этому файлу или каталогу, в виде «file cannot be accessed by the system» («файл недоступен системе»).
Точки монтирования – это точки повторного разбора, в которых имя тома (\Global??\Volume{X}) хранится как данные повторного разбора. Назначая или удаляя пути для томов в оснастке Disk Management, вы создаете точки монтирования. Создавать и просматривать точки монтирования можно и с помощью встроенной утилиты командной строки Mountvol.exe (\Win dows\System32\Mountvol.exe).
Диспетчер монтирования поддерживает на каждом томе NTFS удаленную базу данных, в которой регистрирует все точки монтирования, определенные для тома. Файл этой базы данных, $MountMgrRemoteDatabase, размещается в корневом каталоге NTFS. При перемещении диска между системами и в средах с двух вариантной загрузкой (различных систем Windows) перемещаются и точки монтирования – благодаря наличию удаленной базы данных диспетчера монтирования. NTFS отслеживает точки монтирования в файле метаданных \lExtend\IReparse (ни один из файлов метаданных NTFS не доступен приложениям). Поскольку NTFS хранит информацию о точках монтирования в файле метаданных, при соответствующем запросе Windows-приложения Windows может легко перечислить точки монтирования, определенные для тома.
ЭКСПЕРИМЕНТ: рекурсивные точки монтирования
Этот эксперимент с использованием утилиты Filemon {wwwsysinter nals.com )демонстрирует любопытное поведение системы, вызываемое рекурсивной точкой монтирования. Рекурсивной называется точка монтирования, связанная с тем томом, где она находится. Рекурсивное перечисление каталогов, выполняемое на рекурсивной точке монтирования, позволяет наглядно увидеть, как NTFS обрабатывает точки монтирования.
Для создания и просмотра точки монтирования проделайте следующее.
1. Откройте окно командной строки или Windows Explorer и создайте на NTFS-диске каталог с именем \Recurse.
2. B оснастке Disk Management (Управление дисками) консоли MMC щелкните том правой кнопкой мыши и выберите из контекстного меню команду Change Drive Letter And Path (Изменить букву диска или путь к диску).
3. B появившемся диалоговом окне введите путь к созданному вами каталогу (например, I:\Recurse ).
4. Запустите Filemon. B меню Drives оставьте галочку только для тома, на котором создана точка монтирования.
Теперь вы готовы к трассировке рекурсивной точки монтирования. Откройте окно командной строки и введите dir /s I:\Recurse .Следите за ссылками на Recurse, регистрируемыми Filemon при трассировке файловых операций. Вы заметите, что сначала идет обращение к I:\Re-curse, затем к I:\Recurse\Recurseи т. д.
Приложение перечисляет каталоги на каждом уровне рекурсии, но всякий раз, когда встречает точку монтирования, оно закапывается все глубже и глубже, пытаясь выполнить очередное перечисление каталогов. NTFS возвращает код статуса повторного разбора, который сигнализирует диспетчеру объектов о необходимости возврата на предыдущий уровень рекурсии и повторной попытки операции. Наконец, вернувшись в корневой каталог, приложение исследует файл или каталог, найденный им при глубокой рекурсии. Приложение никогда не получает код статуса повторного разбора из-за того, что диспетчер объектов сам обрабатывает статусные коды повторного разбора при получении их от NTFS.
Filemon показывает запрос на открытие файла или каталога как IRP_ MJ_CREATE, запрос на закрытие файла или каталога – как IRP_MJ_CLOSE, а запрос сведений о каталогах – как IRP_MJ_DIRECTORY CONTROL, выполняемый с помощью функции FileBothDirectoryInfo(см. колонку Other).
Чтобы предотвратить переполнение буферов и вхождение в бесконечный цикл, командный процессор и Windows Explorer останавливают рекурсию по достижении 32-го уровня вложенности или при превышении длины пути в 256 символов – смотря что произойдет быстрее.
ПРИМЕЧАНИЕ B Windows Server 2003 Enterprise и Datacenter Edition автоматическое монтирование отключено, чтобы не допустить агрессивного монтирования томов, подключенных к сети устройств хранения данных (System Area Network, SAN). Для включения или отключения автоматического монтирования можно использовать утилиту командной строки Diskpart, поставляемую с Windows Server 2003, а для монтирования томов вручную – утилиту Mountvol, также поставляемую с этой системой.
Процесс монтирования курирует диспетчер ввода-вывода, которому известны доступные драйверы файловых систем, поскольку они регистрируются у него при инициализации. Для регистрации драйверов файловых систем на локальных (не сетевых) дисках предназначена функция IoRegisterFileSystem,предоставляемая диспетчером ввода-вывода. Когда драйвер файловой системы регистрируется, диспетчер ввода-вывода сохраняет ссылку на драйвер в списке, который используется при операциях монтирования.
Каждый объект «устройство» содержит структуру данных VPB, но диспетчер ввода-вывода обращает внимание только на VPB объектов томов. VPB служит для связи между объектом тома и объектом «устройство», созданным драйвером файловой системы для представления экземпляра файловой системы, смонтированной для данного тома. Если ссылка VPB на файловую систему пуста, значит, том не смонтирован ни одной файловой системой. Диспетчер ввода-вывода проверяет VPB объекта тома всякий раз, когда выполняется API-функция открытия файла или каталога на этом объекте «устройство».
Например, если диспетчер монтирования назначает второму тому системы букву D, он создает символьную ссылку \Global??\D:, представляющую объект \Device\HarddiskVolume2. Windows-приложение, пытающееся открыть файл \Temp\Test.txtна диске D:, указывает имя D:\Temp\Test.txt, которое подсистема Windows преобразует в \Global??\D:\Temp\Test.txt перед вызовом NtCreateFile –процедуры ядра, отвечающей за открытие файла. NtCreateFileиспользует диспетчер объектов для разбора имени, и диспетчер объектов обнаруживает объект «устройство» \Device\HarddiskVolume2 с еще не разрешенным путем \Temp\Test.txt. Ha этом этапе диспетчер ввода-вывода проверяет, есть ли в VPB объекта \Device\HarddiskVolume2 ссылка на файловую систему. Если нет, диспетчер ввода-вывода выдает зарегистрированному драйверу файловой системы запрос на монтирование, чтобы выяснить, распознает ли он формат монтируемого тома как формат своей файловой системы.
B Windows поддерживаются следующие типы составных томов:
(o)перекрытые (spanned volumes);
(o)зеркальные (mirrored volumes);
(o)чередующиеся (striped volumes);
(o)RAID -5.
Рассмотрев конфигурацию разделов составных томов и логические операции для каждого типа составных томов, мы обсудим, как драйверы FtDisk и DMIO обрабатывают IRP, посылаемые драйвером файловой системы составному тому Термин «диспетчер томов» при объяснении составных томов используется для обозначения DMIO, поскольку, как уже говорилось в этой главе, FtDisk поддерживает лишь те составные тома, которые были перенесены из NT 4.
Перекрытые тома
Перекрытый том- единый логический том, состоящий из нескольких (до 32) свободных разделов на одном или нескольких дисках. Оснастка Disk Management (Управление дисками) консоли MMC объединяет разделы в перекрытый том, который затем можно отформатировать для любой файловой системы, поддерживаемой Windows. Ha рис. 10-9 показан 100-мегабайтный перекрытый том с именем D:, созданный из последней трети первого диска и первой трети второго диска. B Windows NT 4 перекрытые тома назывались наборами томов(volume sets).Диспетчер томов скрывает физическую конфигурацию дисков от файловых систем, установленных в Windows. Например, на рис. 10-9 файловая система NTFS рассматривает том D: как обыкновенный 100-мегабайтный том. Чтобы определить свободное пространство на этом томе, NTFS обращается к своей битовой карте. Далее она вызывает диспетчер томов для чтения или записи данных с конкретного смещения в байтах относительно начала тома. Диспетчер томов последовательно нумерует физические секторы перекрытого тома от первой области первого диска до последней области последнего диска. Он определяет, какой физический сектор и на каком диске соответствует указанному смещению.
Чередующиеся тома
Чередующийся том- группа разделов (до 32), каждый из которых размещается на отдельном диске и объединяется в один логический том. Чередующиеся тома также называются томами RAID уровня 0, или томами RAID-0. Ha рис. 10-10 показан чередующийся том, состоящий из трех разделов, каждый из которых находится на отдельном диске. (Раздел чередующегося тома не обязательно занимает весь диск; единственное ограничение – все разделы на каждом диске должны быть одинаковы.)Поскольку каждая чередующаяся область занимает всего 64 Кб (это значение выбрано для того, чтобы отдельные операции чтения и записи не требовали обращения сразу к двум дискам), данные более-менее равномерно распределяются между дисками. Таким образом, чередование увеличивает вероятность того, что несколько одновременно ожидающих выполнения операций ввода-вывода потребуют доступа к разным дискам. A поскольку к данным на всех трех дисках можно обращаться одновременно, время задержки при дисковом вводе-выводе часто снижается, особенно в условиях высокой нагрузки.
Чередующиеся тома упрощают управление томами и позволяют распределять нагрузку между несколькими дисками, значительно ускоряя ввод-вывод. Ho это не обеспечивает восстановления данных в случае сбоя диска. B связи с этим диспетчер томов реализует три механизма избыточности: зеркальные тома, тома RAID-5 и замена секторов (последний механизм описывается в главе 12). Эти возможности можно задействовать через оснастку Disk Management.
Зеркальные тома
B зеркальном томесодержимое раздела на одном диске дублируется в разделе равного размера на другом диске (рис. 10-12). Такие тома иногда называют томами RAID уровня 1, или томами RAID-1.Зеркальные тома способствуют увеличению пропускной способности операций чтения в сильно загруженных системах. При высокой интенсивности ввода-вывода диспетчер томов распределяет операции чтения между первичным и зеркальным разделом (учитывая количество незавершенных запросов ввода-вывода для каждого диска). Две операции чтения могут быть выполнены одновременно, т. е. теоретически вдвое быстрее. При модификации файла приходится вести запись в оба раздела зеркального набора, но запись на диск выполняется асинхронно, и дополнительная операция записи почти не влияет на быстродействие программ пользовательского режима.
Зеркальный том – единственный тип составного тома, допустимого для системного и загрузочного томов. Дело в том, что загрузочный код Windows, включая код MBR и Ntldr, не обладает сложной логикой, необходимой для работы с составными томами. Зеркальные тома составляют исключение, так как загрузочный код воспринимает их как простые тома, считывая данные с той половины зеркального тома, которая помечена как загрузочный или системный диск в таблице разделов MBR. Поскольку загрузочный код не модифицирует данные на диске, он может игнорировать вторую половину зеркального тома.
ЭКСПЕРИМЕНТ: наблюдаем за операциями ввода-вывода на зеркальном томе
Используя оснастку Performance (Производительность), вы можете убедиться, что при записи на зеркальные тома данные копируются на оба диска, составляющих зеркальный том (зеркало), а операции чтения, если они не слишком частые, выполняются в основном на одной из половин зеркального тома. Для этого эксперимента вам понадобится система с тремя жесткими дисками под управлением серверной OC Windows 2000 или Windows Server 2003- Если у вас нет такой системы, пропустите инструкции по подготовке эксперимента и переходите сразу к результатам.
Создайте зеркальный том с помощью оснастки Disk Management.
1. Запустите Computer Management (Управление компьютером), раскройте узел Storage (Запоминающие устройства) и выберите папку Disk Management ^Управление дисками) или откройте Disk Management как оснастку консоли MMC
2. Щелкните правой кнопкой мыши на свободном пространстве диска и выберите команду Create Volume (Создать том).
3. Следуйте инструкциям мастера создания тома, чтобы создать простой том. (Сначала убедитесь, что на другом диске достаточно свободного места для создания тома равного размера.)
4. Щелкните правой кнопкой мыши новый том и из контекстного меню выберите команду Add Mirror (Добавить зеркало).
Создав зеркальный том, запустите оснастку Performance (Производительность) и добавьте счетчики к объекту PhysicalDisk (Физический диск) для каждого экземпляра диска, содержащего раздел зеркального тома. Выберите счетчики Disk Reads/Sec (Обращений чтения с диска/сек) и Disk Writes/Sec (Обращений записи на диск/сек). Ha третьем диске, не входящем в состав зеркального тома, выберите большой каталог и скопируйте его на зеркальный том. Информация в окне оснастки Performance по мере выполнения операции копирования должна выглядеть примерно так, как показано на иллюстрации.
Тома RAID-5
Том RAID-5 –отказоустойчивый вариант обычного чередующегося тома. B томах RAID-5 реализуется RAID уровня 5. Эти тома также называются чередующимися томами с записью четности(striped volumes with parity), поскольку они основаны на том же принципе чередования. Отказоустойчивость достигается за счет резервирования эквивалента одного диска для хранения информации о четности для всех чередующихся областей. Том RAID-5 представлен на рис. 10-13.Восстановление диска после сбоя в томе RAID-5 основывается на простом арифметическом принципе: если в уравнении с nпеременными известны значения n – 1переменных, то значение оставшейся переменной можно определить вычитанием. Например, в выражении x +y = z,где zобозначает чередующуюся область с четностью, диспетчер томов вычисляет z – у,чтобы определить значение x,и z – x,чтобы найти y. Диспетчер томов использует сходную логику для восстановления потерянных данных. Если том RAID-5 выходит из строя или данные на одном из его дисков становятся нечитаемыми, диспетчер томов реконструирует отсутствующие данные, используя операцию XOR (побитовое логическое сложение).
B случае сбоя диска 1 на рис. 10-13 содержимое его чередующихся областей 2 и 5 вычисляется побайтовым логическим сложением соответствующих чередующихся областей на диске 3 с областями четности на диске 2. Содержимое чередующихся областей 3 и 6 определяется побайтовым логическим сложением соответствующих областей на диске 2 с областями четности на диске 3. Для организации тома RAID-5 требуется по крайней мере три диска (а точнее, три одинаковых по размеру раздела на трех дисках).
Пространство имен томов
Такой аспект управления внешней памятью, как назначение томам букв дисков, в Windows существенно изменился по сравнению с Windows NT 4. Несмотря на это, Windows поддерживает назначения букв, переносимые при обновлении системы с Windows NT 4 до Windows . Назначенные буквы Windows NT 4 хранит в разделе реестра HKLM\SYSTEM\Disk. После обновления эта информация сохраняется в других местах, специфичных для Windows, и система больше не ссылается на раздел Disk.Диспетчер монтирования
Диспетчер монтирования, драйвер устройства Mountmgr.sys, назначает буквы томам динамических и базовых дисков, созданных после установки Windows, а также устройствам CD-ROM, приводам гибких дисков и съемным устройствам. Эта операционная система хранит все буквы дисков, назначенные томам, в разделе реестра HKLM\SYSTEM\MountedDevices. Заглянув в этот раздел, выувидите параметры с именами вида \??\Volume{X} (где X – GUID) и \DosDevices\C:. Такие параметры есть у каждого тома, но не всем томам назначены буквы дисков. Пример раздела реестра MountedDevices диспетчера монтирования показан на рис. 10-14. Заметьте, что этот раздел, как и раздел Disk в Windows NT 4, не входит в набор параметров управления и в связи с этим не восстанавливается при загрузке последней удачной конфигурации (см. главу 4).Данные, которые хранятся в виде параметров реестра для букв и имен томов базовых дисков, представляют собой сигнатуру диска в стиле Windows NT 4 и начальное смещение от первого раздела, сопоставленного с томом. Аналогичные данные для томов динамических дисков включают внутренний GUID тома, используемый DMIO. Когда диспетчер монтирования инициализируется при загрузке системы, он регистрируется в подсистеме поддержки Plug and Play, что позволяет ему в дальнейшем получать уведомления о создании томов драйвером FtDisk или DMIO. Получив такое уведомление, диспетчер монтирования определяет GUID или сигнатуру диска нового тома и использует GUID тома или сигнатуру его диска как критерий для поиска в своей базе данных, отражающей содержимое раздела реестра MountedDevices. Если поиск заканчивается неудачей, диспетчер монтирования запрашивает у FtDisk или DMIO (смотря кто из них создал том) предлагаемую букву для идентификации тома и сохраняет ее в своей базе данных. FtDisk не дает никаких предложений, a DMIO проверяет возможные назначения в элементе тома базы данных.
Если диспетчер монтирования не получает никаких предложений, он берет первую свободную букву, назначает ее тому, создает для нее символьную ссылку – например, \Global??\D: в Windows XP и Windows Server 2003 или \??\D: в Windows 2000 – и обновляет раздел реестра MountedDevices. Когда свободных букв нет, буква не назначается, но создается символьная ссылка \Global??\Volume{X}, определяющая GUID нового тома в том случае, если у него еще нет GUID. Этот GUID отличается от GUID томов, используемых DMIO.
Точки монтирования
Точки монтирования(mount points) позволяют связывать тома через каталоги NTFS, делая эти тома доступными без назначения букв дисков. Например, NTFS-каталог C:\Projectsможет монтировать другой том (NTFS или FAT), содержащий каталоги и файлы ваших проектов. Если в томе ваших проектов есть файл с именем \CurrentProject\Description.txt, то после монтирования путь к нему выглядит как C:\Projects\CurrentProject\Description.txt. Точки монтирования стали возможны благодаря технологии точек повторного разбора (reparse point technology), о которой мы подробно поговорим в главе 12.Точка повторного разбора- это блок произвольных данных с неким фиксированным заголовком, который Windows сопоставляет с файлом или каталогом NTFS. Приложение или система определяет формат и поведение точки повторного разбора, в том числе значение уникального тэга, который идентифицирует точку повторного разбора, принадлежащую приложению или системе, и указывает размер (до 16 Кб) и смысл данных этой точки. Уникальные тэги хранятся в фиксированном сегменте точек повторного разбора. Любое приложение, реализующее точку повторного разбора, должно предоставлять драйвер фильтра файловой системы, который наблюдает за кодами возврата файловых операций, связанных с повторным разбором и выполняемых на томах NTFS, и предпринимает действия, соответствующие этим кодам. NTFS возвращает код статуса повторного разбора всякий раз, когда обрабатывает файловую операцию применительно к файлу или каталогу, с которым сопоставлена точка повторного разбора.
Драйвер файловой системы NTFS, диспетчер ввода-вывода и диспетчер объектов – каждый из них реализует свою часть функциональности точек повторного разбора. Диспетчер объектов инициирует операции разбора путей файлов, взаимодействуя с драйверами файловых систем через диспетчер ввода-вывода, и должен повторно инициировать операции, для которых диспетчер ввода-вывода возвращает код статуса повторного разбора. Диспетчер ввода-вывода поддерживает модификацию путей, которая может понадобиться точкам монтирования и другим точкам повторного разбора, а драйвер файловой системы NTFS должен связывать данные точек повторного разбора с файлами и каталогами. Поэтому диспетчер ввода-вывода можно рассматривать как драйвер фильтра файловой системы, который поддерживает функциональность повторного разбора для многих точек, определенных Microsoft.
Пример приложения, поддерживающего точки повторного разбора, – система Hierarchical Storage Management (HSM) вроде службы Windows Remote Storage Service (RSS), которая включена в Windows 2000 Server и Windows Server 2003; она использует такие точки для обозначения файлов, перемещаемых администратором в хранилище на ленточных накопителях. Когда пользователь пытается обратиться к автономному файлу, драйвер фильтра HSM обнаруживает код статуса повторного разбора, возвращаемый NTFS, вызывает сервисы пользовательского режима, чтобы получить автономный файл из хранилища, удаляет из файла точку повторного разбора и инициирует повторную попытку выполнения файловой операции. Точно так же точки повторного разбора используются драйвером фильтра RSS (Rsfilter.sys).
Если файл или каталог, для которого диспетчер ввода-вывода получает от NTFS код статуса повторного разбора, не сопоставлен с одной из предопределенных в Windows точек повторного разбора, значит, его точка не обрабатывается ни одним драйвером фильтра. Тогда диспетчер ввода-вывода сообщает диспетчеру объектов об ошибке, которая передается приложению, обратившемуся к этому файлу или каталогу, в виде «file cannot be accessed by the system» («файл недоступен системе»).
Точки монтирования – это точки повторного разбора, в которых имя тома (\Global??\Volume{X}) хранится как данные повторного разбора. Назначая или удаляя пути для томов в оснастке Disk Management, вы создаете точки монтирования. Создавать и просматривать точки монтирования можно и с помощью встроенной утилиты командной строки Mountvol.exe (\Win dows\System32\Mountvol.exe).
Диспетчер монтирования поддерживает на каждом томе NTFS удаленную базу данных, в которой регистрирует все точки монтирования, определенные для тома. Файл этой базы данных, $MountMgrRemoteDatabase, размещается в корневом каталоге NTFS. При перемещении диска между системами и в средах с двух вариантной загрузкой (различных систем Windows) перемещаются и точки монтирования – благодаря наличию удаленной базы данных диспетчера монтирования. NTFS отслеживает точки монтирования в файле метаданных \lExtend\IReparse (ни один из файлов метаданных NTFS не доступен приложениям). Поскольку NTFS хранит информацию о точках монтирования в файле метаданных, при соответствующем запросе Windows-приложения Windows может легко перечислить точки монтирования, определенные для тома.
ЭКСПЕРИМЕНТ: рекурсивные точки монтирования
Этот эксперимент с использованием утилиты Filemon {wwwsysinter nals.com )демонстрирует любопытное поведение системы, вызываемое рекурсивной точкой монтирования. Рекурсивной называется точка монтирования, связанная с тем томом, где она находится. Рекурсивное перечисление каталогов, выполняемое на рекурсивной точке монтирования, позволяет наглядно увидеть, как NTFS обрабатывает точки монтирования.
Для создания и просмотра точки монтирования проделайте следующее.
1. Откройте окно командной строки или Windows Explorer и создайте на NTFS-диске каталог с именем \Recurse.
2. B оснастке Disk Management (Управление дисками) консоли MMC щелкните том правой кнопкой мыши и выберите из контекстного меню команду Change Drive Letter And Path (Изменить букву диска или путь к диску).
3. B появившемся диалоговом окне введите путь к созданному вами каталогу (например, I:\Recurse ).
4. Запустите Filemon. B меню Drives оставьте галочку только для тома, на котором создана точка монтирования.
Теперь вы готовы к трассировке рекурсивной точки монтирования. Откройте окно командной строки и введите dir /s I:\Recurse .Следите за ссылками на Recurse, регистрируемыми Filemon при трассировке файловых операций. Вы заметите, что сначала идет обращение к I:\Re-curse, затем к I:\Recurse\Recurseи т. д.
Приложение перечисляет каталоги на каждом уровне рекурсии, но всякий раз, когда встречает точку монтирования, оно закапывается все глубже и глубже, пытаясь выполнить очередное перечисление каталогов. NTFS возвращает код статуса повторного разбора, который сигнализирует диспетчеру объектов о необходимости возврата на предыдущий уровень рекурсии и повторной попытки операции. Наконец, вернувшись в корневой каталог, приложение исследует файл или каталог, найденный им при глубокой рекурсии. Приложение никогда не получает код статуса повторного разбора из-за того, что диспетчер объектов сам обрабатывает статусные коды повторного разбора при получении их от NTFS.
Filemon показывает запрос на открытие файла или каталога как IRP_ MJ_CREATE, запрос на закрытие файла или каталога – как IRP_MJ_CLOSE, а запрос сведений о каталогах – как IRP_MJ_DIRECTORY CONTROL, выполняемый с помощью функции FileBothDirectoryInfo(см. колонку Other).
Монтирование томов
Тот факт, что Windows присваивает тому букву диска, еще не означает, что этот том содержит данные, организованные в формате файловой системы, известной Windows. Процесс распознавания тома заключается в том, что какая-либо файловая система объявляет раздел своим; первый раз этот процесс происходит при обращении ядра, драйвера устройства или приложения к какому-либо файлу или каталогу в данном томе. После того как драйвер файловой системы уведомляет о взятии на себя ответственности за управление разделом, диспетчер ввода-вывода направляет все адресованные этому тому запросы данному драйверу. Операции монтирования в Windows проходят в три этапа: регистрация драйвера файловой системы, обновление блоков параметров тома (volume parameter blocks, VPB) и запросы на монтирование.ПРИМЕЧАНИЕ B Windows Server 2003 Enterprise и Datacenter Edition автоматическое монтирование отключено, чтобы не допустить агрессивного монтирования томов, подключенных к сети устройств хранения данных (System Area Network, SAN). Для включения или отключения автоматического монтирования можно использовать утилиту командной строки Diskpart, поставляемую с Windows Server 2003, а для монтирования томов вручную – утилиту Mountvol, также поставляемую с этой системой.
Процесс монтирования курирует диспетчер ввода-вывода, которому известны доступные драйверы файловых систем, поскольку они регистрируются у него при инициализации. Для регистрации драйверов файловых систем на локальных (не сетевых) дисках предназначена функция IoRegisterFileSystem,предоставляемая диспетчером ввода-вывода. Когда драйвер файловой системы регистрируется, диспетчер ввода-вывода сохраняет ссылку на драйвер в списке, который используется при операциях монтирования.
Каждый объект «устройство» содержит структуру данных VPB, но диспетчер ввода-вывода обращает внимание только на VPB объектов томов. VPB служит для связи между объектом тома и объектом «устройство», созданным драйвером файловой системы для представления экземпляра файловой системы, смонтированной для данного тома. Если ссылка VPB на файловую систему пуста, значит, том не смонтирован ни одной файловой системой. Диспетчер ввода-вывода проверяет VPB объекта тома всякий раз, когда выполняется API-функция открытия файла или каталога на этом объекте «устройство».
Например, если диспетчер монтирования назначает второму тому системы букву D, он создает символьную ссылку \Global??\D:, представляющую объект \Device\HarddiskVolume2. Windows-приложение, пытающееся открыть файл \Temp\Test.txtна диске D:, указывает имя D:\Temp\Test.txt, которое подсистема Windows преобразует в \Global??\D:\Temp\Test.txt перед вызовом NtCreateFile –процедуры ядра, отвечающей за открытие файла. NtCreateFileиспользует диспетчер объектов для разбора имени, и диспетчер объектов обнаруживает объект «устройство» \Device\HarddiskVolume2 с еще не разрешенным путем \Temp\Test.txt. Ha этом этапе диспетчер ввода-вывода проверяет, есть ли в VPB объекта \Device\HarddiskVolume2 ссылка на файловую систему. Если нет, диспетчер ввода-вывода выдает зарегистрированному драйверу файловой системы запрос на монтирование, чтобы выяснить, распознает ли он формат монтируемого тома как формат своей файловой системы.