Лабораторна робота №2

Файлові системи і диски в операційній системі Windows 7 та Windows Server 2008 R2

Мета роботи: ознайомитися з основними файловими системами, які підтримує операційна система Windows 7 та Windows Server 2008 R2, відмовостійкими томами, а також практично навчитись виконувати форматування та розбиття розділів жорсткого диску.

Звʼязок з проектом

Вміння працювати з різноманітними файловими системами різноманітних носіїв інформації є першочерговим завданням забезпечення відмовостійкості системи та завданням з яким адміністратори компʼютерних систем стикаються найчастіше.

Методичні вказівки

Комп’ютери на основі архітектури х86 для управління дисками до недавнього часу використовували головний завантажувальний запис (Master Boot Record, MBR). MBR містить таблицю розділів (partition table), що описує розбиття диску. Зараз все частіше починає використовуватись GPT.

GUID Partition Table, абр. GPT – стандарт формату розміщення таблиць розділів на фізичному жорсткому диску. Він є частиною розширеного мікропрограмного інтерфейсу (англ. Extensible Firmware Interface, EFI) ‒ стандарту, запропонованого Intel на зміну BIOS. EFI використовує GPT там, де BIOS використовує головний завантажувальний запис (англ. Master Boot Record, MBR).

Системи Windows 7/Server 2008 R2 підтримують файлові системи FAT-32, exFAT і NTFS. Крім того, дві файлові системи підтримуються на пристроях CD-ROM та DVD: Compact Disc File System (CDFS) і Universal Disk Format (UDF).

FAT – це проста файлова система, розроблена для невеликих дисків і простих структур каталогів. Її назва походить від назви методу організації файлів – таблиця розміщення фалів (File Allocation Table, FAT).

FAT-32 – це 32-розрядна файлова система, що з’явилась у Windows 95 OSR2 і підтримується в системах Windows 2000/XP/7/Server 2003/ Server 2008R2. Вона забезпечує оптимальний доступ до жорстких дисків, підвищує швидкість і продуктивність усіх операцій вводу/виводу. FAT-32 це вдосконалена версія FAT, призначена для використання на томах розміром більше 2 Гбайт.

exFAT(FAT-64) – файлова система призначена для флеш-накопичувачів. Основною перевагою перед попередніми версіями FAT є зменшення кількості перезаписів одного і того ж сектора, що дуже важливо для флеш-накопичувачів, у яких комірки пам’яті безповоротно зношуються після певної кількості операцій запису.

Файлова система Windows NT (NTFS) – забезпечує таке поєднання продуктивності, надійності та ефективності, якого неможливо досягти за допомогою будь-якої з реалізацій FAT. Основними цілями розробки NTFS були забезпечення швидкісного виконання стандартних операцій над файлами (включно з читанням, записом та пошуком) та надання додаткових можливостей, включаючи стиснення та відновлення пошкодженої файлової системи на великих дисках.

NTFS – єдина файлова система, на яку можна встановлювати систему, що відіграє роль контролера домену (на базі Active Directory).

Тільки система NTFS дозволяє повною мірою використовувати усі засоби Windows 7/Server 2008 R2, що забезпечують безпеку та надійність зберігання даних на дискових накопичувачах. NTFS дозволяє реалізовувати наступні можливості:

- Механізм дозволів на доступ до файлів і каталогів. Забезпечує гнучку систему обмежень для користувачів і груп.

- Стиснення файлів і каталогів. Вбудовані засоби стиснення даних дозволяють економити простір на дисках, при цьому всі процедури виконуються «прозоро» для користувача.

- Шифрування даних. Encrypting File System (EFS, Шифрована файлова система) забезпечує конфіденційність збереженої інформації.

- Дискові квоти. Можна обмежити простір, щозаймають на томі окремі користувачі.

- Розподілене відстеження посилань на файли. Цей механізм дозволяє зберегти посилання на файл актуальним, навіть якщо він був перейменований чи переміщений на інший том, розміщений на тому ж комп’ютері або на іншому комп’ютері в межах домену.

- Журнал змін (change journal), де реєструються усі операції доступу до файлів і томів.

Основою файлової системи NTFS є файл, що називається головною таблицею файлів (Master File Table, MFT). Він створюється при форматуванні тома для NTFS. MFT складається з масиву записів розміром 1 Кбайт. При форматуванні дискові томи розмічаються на кластери.

Кластери ‒ це найменші фрагменти, на які може бути розділений простір жорсткого диска. Жорсткий диск , відформатований у традиційній системі FAT, що використовується в Windows 95 і DOS, може мати трохи більше 65536 кластерів на кожному диску або розділі. Чим більше жорсткий диск, тим більше повинен бути розмір кожного кластеру.

Проблема великих кластерів - марна трата дискового простору, кожен кластер може зберігати не більше одного файлу (або фрагмента одного файлу), якщо файл використовує не весь кластер, місце, що залишається просто пропадає. У диску з FAT на 2 Гбайт розмір кластера був би 32 Кбайт; файл розміром 1 Кбайт на диску з розміром кластера на 32 Кбайт використовує всі 32 Кбайт дискового простору; файл розміром 33 Кбайт на тому ж самому диску використовує 64 Кбайт простору, і т. д. Додатковий 31 Кбайт називається неактивним простором, який не може використовуватися ніякими іншими файлами. За наявності тисяч файлів кількість витраченого марно неактивного простору на великому жорсткому диску може складати сотні мегабайтів.

Розділи і томи

На відміну від ранніх операційних систем виробництва компанії Microsoft, що дозволяють використовувати фізичні диски тільки в базовому режимі зберігання інформації (basic storage), в системах Windows XP/7 існує новий тип зберігання інформації – диски з динамічним режимом зберігання даних (dynamic storage). Диск, ініціалізований для динамічного режиму зберігання, називається динамічним диском (dynamic disk).

Базовий режим зберігання інформації

Розділом є частина базового диску, що функціонує як логічна автономна одиниця. Основний розділ (primary partition) зарезервований для використання операційною системою. Кожен фізичний диск може мати до чотирьох основних розділів (або до трьох, якщо створений додатковий розділ).

Додатковий розділ (extended partition) створюється з використанням вільного простору диска, що залишився, і може бути розділений на логічні диски. На кожному фізичному диску може бути тільки один додатковий розділ.

Динамічний режим зберігання інформації

Том – це логічна одиниця зберігання, утворена з вільного (unallocated) простору на одному або декількох дисках. Том можна відформатувати засобами файлової системи з призначенням йому імені (літери) або змонтувати як папку наявного диску.

Динамічний диск ділиться не на розділи, а на томи. Том складається з одного або декількох фізичних дисків в одній з наступних конфігурацій:

- Простий том використовує простір одного фізичного диску. Це може бути одна ділянка на диску або декілька ділянок, сполучених одна з одною. Простий том може бути розширений в межах одного диску або на додатковий диск.

- Складений том складається із зв'язаного разом простору декількох дисків (до 32 дисків). Він може бути розширений на додаткові диски і не може брати участь в дзеркальних системах.

- Дзеркальний том – це засіб забезпечення відмовостійкості, для чого дані дублюються на двох фізичних дисках. Всі дані одного диску копіюються на додатковий диск, що забезпечує можливість отримання надлишковості даних. Дзеркало також відоме як RAID-1.

- Дані на почерговому томі розбиваються на блоки по 64 кбайт при записі і поміщаються на декілька фізичних дисків (до 32), причому інформація рівномірно розподіляється серед усіх дисків, що входять до складу такого тому.

Чергування даних відоме як RAID-0.

- Том RAID-5 є засобом забезпечення відмовостійкості дискової системи, оскільки такі томи розщеплюються при запису на три або більше дисків. Том RAID-5 забезпечує надлишковість інформації, завдяки підрахунку контрольної суми даних, розташованих на кожному диску. Якщо відмовляє один з дисків масиву, то інформація, яка на ньому знаходилася, може бути відновлена з використанням даних працездатних дисків і контрольної суми.

Завдання до виконання роботи

Завдання 1. Створити нові розділи шляхом виділення для них місця із існуючого розділу.

1. Відкрийте оснастку Керування дисками, для цього натисніть Пуск ‒ у рядку пошуку введіть diskmgmt.msc ‒ натисніть Enter. Або на ярлику Мій комп'ютер натисніть праву клавішу миші і виберіть пункт Управління, потім у лівій частині консолі Управління комп'ютером виберіть Управління дисками (рис.1).

Рис. 1. Оснастка керування дисками

2. На диску С натисніть праву клавішу миші і виберіть пункт Стиснути том.

3. У наступному вікні майстра керування розділами ви побачите інформацію про загальний дисковий простір диска «C». Доступний дисковий простір, що може бути виділено до іншого розділу, а також ви зможете вказати кількість мегабайт, на які буде стиснутий поточний розділ.

Обиремо розмір простору для стисненя рівним 2000 Мб і виконаємо операцію.

4. Тепер нам потрібно створити нові томи, призначити їм мітку і відформатувати. Натискуємо праву клавішу миші на новому розділі і вибираємо пункт Створити новий розділ .... Потім розділяємо новий нерозмічений розділ на три томи по 700 Мб, кожен. Відформатуємо перших два томи в системі NTFS, а третій том в FAT-32. При цьому розміри кластерів призначимо відповідно: 512 байт, 4096 байт та 8192 кб (рис. 2). Томи назвемо відповідно: «First, Second, Third».

@ Відобразіть у звіті скріншоти з результатами виконання кожного пункту завдання.

Рис.2. Майстер створення нового тому

Завдання 2. Конвертувати файлову систему третього тома з FAT-32 в NTFS використовуючи утиліту convert.exe (рис.3).

1. Натисніть Пуск -> Виконати ... -> Запуск програми -> cmd -> OK. Запуститься командний інтерпретатор cmd.exe.

2. Після запрошення системи C:\Documents and Settings\Ім'я_користувача> треба ввести команду:

CONVERT <ім’я тому>: / FS: NTFS [/ NoSecurity] [/ X]

тут: том - визначає букву диска (з подальшим двокрапкою);

/ FS: NTFS - кінцева файлова система: NTFS;

/ NoSecurity - параметри безпеки для перетворюваних файлів і папок будуть доступні для зміни всім;

/ X - примусове зняття цього тому (якщо він був підключений.

Рис. 3. Робота утиліти convert.exe

Примітки.

1. Якщо користувач не має привілегій адміністратора то командний рядок потрібно запустити з цими правами.

2. Перед початком конвертування рекомендується видалити «Мітку тома».

@ Відобразіть у звіті скріншоти порядку дій процесу конвертування.

Завдання 3. Форматувати один з томів за допомогою утиліти format.exe.

Для форматування тому через командний рядок потрібно ввести команду:

format том: /fs:файлова система /v:мітка /q /c /a:розмір

в якій:

/fs:файлова система – задає файлову систему диска;

/v:мітка – задає мітку тому;

/q – виконує швидке форматування. Без цього ключа виконується повне форматування.

/c – для файлової системи NTFS встановлює стискання всіх об’єктів на диску;

/a: розмір – задає розмір кластера.

Наприклад, format d: /fs:ntfs - ця команда форматує диск D у файловій системі NTFS.

@ Відобразіть у звіті скріншоти порядку дій процесу форматування.

Завдання 4. Самостійно створити віртуальний жорсткий диск.

@ Інформацію про віртуальні жорсткі диски і скріншоти створення відобразити в звіті до лабораторної роботи.

Контрольні запитання:

1. Переваги ФС NTFS над FAT. В яких випадках доцільніше використовувати одну й іншу файлову систему?

2. Які переваги і недоліки великого і малого розміру кластера? В яких випадках доцільніше використовувати великий, а в яких малий розмір кластера?

3. Які типи томів можна створити на динамічних дисках під управлінням ОС Windows 7?

4. Яка мінімальна кількість фізичних жорстких дисків необхідна для створення масиву RAID-0; як називаються відповідні томи в ОС Windows 7?

5. Розкажіть про MBR та GPT.