No Image

Что такое кластеры на жестком диске

СОДЕРЖАНИЕ
0 просмотров
22 января 2020

Основным типом устройства, которое используется в современных вычислительных системах для хранения файлов, являются дисковые накопители. Эти устройства предназначены для считывания и записи данных на жесткие и гибкие магнитные диски.

Дисковая память основана на двух вещах: технологии записи и быстром доступе.

Технология записи представляет магнитную запись. Она основана на том факте, что железо и некоторые другие материалы можно намагнитить. Грубо говоря, магнитное поле записывается в железо.

Для записи информации на магнитную поверхность дисков применяется следующий способ. Поверхность рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых считается битом и может быть установлена в магнитный эквивалент нуля и единицы. Поскольку положения точечных позиций определяются неточно, для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают записывающему устройству находить позиции записи. Необходимость таких синхронизирующих меток является одной из причин того, почему диски должны быть отформатированы, прежде чем их можно будет использовать.

Вторым ключевым фактором хранения данных на дисках является механизм быстрого доступа к диску. Быстрый доступ к любой части поверхности обеспечивают два обстоятельства. Первым из них является вращение. Благодаря быстрому вращению диска задержка при прохождении данной точкой любой части окружности невелика. Скорость вращения жестких дисков составляет 3600 — 7200 оборотов в минуту, т.е. один оборот длится 1/60 (1/120) секунды.

При объединении двух факторов (перемещение головки считывания/записи поперек диска и вращение диска под головкой) обеспечивается быстрый доступ к любой части диска. Именно поэтому компьютерные диски называются памятью с произвольным доступом; можно обратиться к любой части записанных данных без последовательного прохождения всей записанной информации.

Каждая из концентрических окружностей диска называется дорожкой. Поверхность диска разбивается на дорожки, начиная с внешнего края, а число дорожек зависит от типа диска. Например, гибкий диск 3,5 дюйма 1,44 Мбайт имеет 80 дорожек. Число дорожек жесткого диска 300 – 1000 и более. Независимо от числа дорожек они идентифицируются номером, начиная с нулевой внешней дорожки.

Аналогично разбиению поверхности диска на дорожки окружность дорожки также разбивается на участки, называемые секторами (sectors), или блоками (blocks). Число секторов на дорожке определяется типом и форматом диска. Например, рассматриваемый нами гибкий диск 3,5 дюйма 1,44 Мбайт имеет на дорожке 18 секторов, а диск 3,5 дюйма 2,88 Мбайт – 36 секторов. Число секторов на дорожке жестких дисков обычно составляет 17.

Для любого конкретного диска размер всех секторов фиксирован. ПК могут работать с несколькими размерами секторов от 128 до 1024 байт, но размер сектора в 512 байт стал стандартным и производители ПК редко отходят от такого размера. Взаимосвязь между дорожками и секторами показана на рис. 11.6.

Во всех дисковых операциях чтения и записи данных участвуют только полные секторы. Секторы на дорожке, как и дорожки на поверхности диска, определяются номерами, начиная с единицы, а не с нуля. (Сектор с нулевым номером на каждой дорожке резервируется для идентификации, а не для хранения данных).

Еще одно измерение диска – число сторон (или поверхностей). Если гибкий диск имеет две стороны, накопители на жестких дисках содержат часто более одного собственно диска, поэтому число сторон оказывается более двух. Стороны диска идентифицируются также номером, начиная с нуля. Устройство накопителя с двумя дисками приведено на рис. 11.7.

Иногда удобно выделить совокупность всех дорожек, по одной на каждой стороне, находящихся на одинаковом расстоянии от центра диска. Эта совокупность называется цилиндром. В накопителе с двумя дисками (рис.11.7) каждый цилиндр состоит из четырех дорожек.

Зная все приведенные размеры, нетрудно определить размер, или емкость, накопителя:

Число сторон · число дорожек ·число секторов на дорожке ·


В результате такого умножения получается так называемая сырая емкость диска. Разумеется часть этой емкости расходуется на служебную информацию. Однако полученное число, по сути, определяет емкость диска: именно эту, или близкую к ней емкость сообщают большинство дисковых утилит.

Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с оперативной памятью. Для того чтобы контроллер мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все составляющие адреса сектора: номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора.

Операционная система при работе с диском использует, как правило, собственную единицу дискового пространства, называемую кластером (cluster)[1]. При создании файла место на диске ему выделяется кластерами. Например, если файл имеет размер 2560 байт, а размер кластера в файловой системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено на диске 3 кластера.

Дорожки и секторы создаются в результате выполнения процедуры физического, или низкоуровневого, форматирования диска, предшествующей использованию диска. Для определения границ блоков на диск записывается идентификационная информация. Низкоуровневый формат диска не зависит от типа операционной системы, которая этот диск будет использовать.

Разметку диска под конкретный тип файловой системы выполняют процедуры высокоуровневого, или логического, форматирования. При высокоуровневом форматировании определяется размер кластера и на диск записывается информация, необходимая для работы файловой системы, в том числе информация о доступном и неиспользуемом пространстве, о границах областей, отведенных под фай- лы и каталоги, информация о поврежденных областях. Кроме того, на диск записывается загрузчик операционной системы — небольшая программа, которая начинает процесс инициализации операционной системы после включения питания или рестарта компьютера.

Читайте также:  Что делать если вас взломали в вк

Прежде чем форматировать диск под определенную файловую систему, он может быть разбит на разделы. Разделы требуются в основном для того, чтобы на одном диске могли одновременно сосуществовать несколько операционных систем. ОС используют одинаковое понятие раздела, каждая имеет программу по созданию и удалению разделов на диске. Какой бы программой не был создан раздел, другая операционная система должна опознавать его границы, даже если не может опознать его содержимого. В каждом разделе «живет» своя операционная система и , как правило, она не выходит за рамки своего раздела. Хотя часто ОС может управлять не одним, а по крайней мере 2 (системы Windows) или более (системы UNIX) разделами.

Итак, раздел – это непрерывная область диска, находящаяся под управлением некоторой ОС и которую операционная система представляет пользователю как логическое устройство (используются также названия логический диск и логический раздел). Логическое устройство функционирует так, как если бы это был отдельный физический диск. В одном разделе может находиться либо один логический диск, либо несколько. Именно с логическими устройствами работает пользователь, обращаясь к ним по символьным именам, используя, например, как в системах Windows, обозначения А:, В:, С:,SYS и т. п. Операционные системы разного типа используют единое для всех них представление о разделах, но создают на его основе логические устройства, специфические для каждого типа ОС. Так же как файловая система, с которой работает одна ОС, в общем случае не может интерпретироваться ОС другого типа, логические устройства не могут быть использованы операционными системами разного типа. На каждом логическом устройстве может создаваться только одна файловая система.

В частном случае, когда все дисковое пространство охватывается одним разделом, логическое устройство представляет физическое устройство в целом. Если диск разбит на несколько разделов, то для каждого из этих разделов может быть создано отдельное логическое устройство. Логическое устройство может быть создано и на базе нескольких разделов, причем эти разделы не обязательно должны принадлежать одному физическому устройству. Объединение нескольких разделов в единое логическое устройство может выполняться разными способами и преследовать разные цели, основные из которых: увеличение общего объема логического раздела, повышение производительности и отказоустойчивости. Примерами организации совместной работы нескольких дисковых разделов являются так называемые RAID-массивы, подробнее о которых будет сказано далее.

На разных логических устройствах одного и того же физического диска могут располагаться файловые системы разного типа. Все разделы одного диска имеют одинаковый размер блока, определенный для данного диска в результате низкоуровневого форматирования. Однако в резуль- тате высокоуровневого форматирования в разных разделах одного и того жедиска, представленных разными логическими устройствами, могут быть установлены файловые системы, в которых определены кластеры отличающихся размеров.

Операционная система может поддерживать разные статусы разделов, особым образом отмечая разделы, которые могут быть использованы для загрузки модулей операционной системы, и разделы, в которых можно устанавливать только приложения и хранить файлы данных. Один из разделов диска помечается как загружаемый (или активный). Именно из этого раздела считывается загрузчик операционной системы.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Здравствуйте мои дорогие читатели, пожелавшие освоить азы компьютерной грамотности. В этой небольшой статье я расскажу вам, что такое размер кластера. Безусловно, поговорим и о нем самом. Но именно нюансы, связанные с вместимостью данного объекта дадут нам более полное понимание и других процессов, в которых он активно участвует.

Зачем нужен кластер

Начнем с того, что в нашем случае понятие кластер применяется исключительно к носителям цифровой информации, используемых в компьютерах. Это могут быть жесткие диски HDD или SSD, а так же флеш накопители USB или SD карты. Чтобы программные команды по считыванию данных, передаваемые процессору и впоследствии памяти, были максимально корректными и понятными, при их выполнении указывается точное место, где эти файлы расположены.

Чтобы каждый раз не придумывать новое описание для местоположения информации, проще размещать ее в нескольких специально выделенных ячейках, каждая из которых уже имеет свой адрес. Визуально представить их гораздо проще, когда мы взглянем на физические диски винчестера, которые, по сути, размечаются на несколько кольцевых секторов. При этом существенно упрощается и алгоритм механического перемещения считывающей головки в строго фиксированные позиции.

Вот такая ячейка со строго определенным адресом называется кластером. А теперь мы поговорим о его размере. Поскольку он используется для хранения информации, то вполне логично, что и здесь используется соответствующая единица измерения – байт. Соответственно размер кластера – это его вместимость, или объем.

Читайте также:  Телевизор филипс не подключается к wifi

Как определяется размер кластера

Перед тем как с чистого листа начать работу с жестким диском или флешкой необходимо произвести форматирование. Если вы считаете что это всего лишь полная очистка с удалением содержимого, то ошибаетесь.

Такая процедура в первую очередь связана с разметкой памяти и разделением ее на кластеры для конкретной файловой системы. Это так же осуществляется не произвольно. Мы говорили о секторах на диске, так вот ранее выпускаемых моделях размер одного составлял 512 байт и их в одном кластере может быть несколько (число, кратное степени 2). Например, система FAT 32 позволяет отдавать под кластер до 64 секторов, что соответствует 32Мб. Но на флешку с таким форматированием вы не запишите файл объемом более 4Гб.

Сейчас активно используются более совершенные файловые системы NTFS или exFAT. Их возможности позволяют работать с объемными файлами и хранилищами информации.

На современных дисках емкостью в несколько терабайт используется новая разметка секторов Advanced Format, в которых 1 сектор занимает уже 4Кб. Соответственно и размер кластера будет кратен этой величине.

Здесь мы можем наблюдать интересный момент, позволяющий уловить разницу между тем, что такое размер кластера программный и физический . Дело в том, что к каждому сектору прилагаются служебные метки и ECC-данные. Под них так же выделяется место на диске. Оно не может быть использовано для непосредственной записи файлов. И чем больше секторов, тем коэффициент полезного места меньше. Поэтому выгоднее иметь сектора большего объема. И это отлично иллюстрирует данное схематическое сравнение разных структур кластера:

Такой способ распределения секторов позволяет существенно увеличивать емкость жестких дисков. И соответственно снизить условную себестоимость 1 Тб памяти.

Алгоритм использования кластеров

Помимо вышеописанной технологии на эффективность использования места для хранения информации влияет и сам размер кластера. Имеете в виду, что в один кластер нельзя поместить содержимое разных файлов. Ведь это вызовет путаницу при их считывании. Поэтому выполняется такой алгоритм записи:

  • определяется размер файла и оптимальное место для его размещения (свободное пространство, желательно расположенных вместе кластеров, максимально близкое по объему);
  • производится запись. Например, для файла объема 112 Мб и потребуется 4 кластера размером 32 Мб и соответственно 128 Мб дискового пространства (один задействованный кластер будет заполнен только на половину);

  • если необходимо сохранить файл 300 Мб, а на HDD свободно только 200 Мб и мы можем удалить ненужный документ объемом 150 Мб, то при записи будут задействованы кластеры, расположенные в разных местах диска.

При многократном записывании-стирании информации последнее обстоятельство приводит к тому, что все файлы будут разбросаны по отдельно расположенным кластерам. И это будет существенно тормозить работу компьютера. Для упорядочения данных на носителе производится его дефрагментация. И это еще один процесс, который прямо связан с кластерами и косвенно, с их размером.

Теперь, дорогие мои читатели я считаю свою миссию выполненной. Вы узнали, что такое размер кластера, как определяется данный параметр, что влияет на него и на какие процессы влияет он. Поэтому, выбирая параметры кластеризации при форматировании, стоит учитывать многие факторы.

Как это сделать я расскажу в другой статье. А в этой я буду прощаться с вами.

Что средства Windows, что сторонние программы для распределения места на диске и форматирования разделов по умолчанию настроены так, чтобы за нас оптимально решать вопрос, какого размера должен быть кластер выделенной части дискового пространства. Что такое кластер, что такое его размер, какой размер лучше выбрать в той или иной ситуации, как изменить размер кластера, в том числе без потери данных на разделе диска – во всех этих вопросах попробуем разобраться ниже.

1. Что такое кластер дискового пространства

Кластер – это логическая единица дискового пространства, минимальный его блок, выделяемый для записи файла. У жёстких дисков есть физическая единица дискового пространства – сектор. Сектора могут быть размером 512 или 4096 байт. Это предустановленный производителем жёсткого диска параметр, и он не может быть изменён программными средствами. Последние могут оперировать только логической единицей – кластером. И оперировать только в рамках возможностей выбранной файловой системы. К примеру, для NTFS размер кластера может быть установлен от 512 байт до 2 Мб (2048 Кб) .

Размер кластера, отличный от предлагаемого по умолчанию, мы можем выбрать при форматировании раздела средствами Windows.

Windows 7 и 8.1 позволяют установить размер кластера максимум 64 Кб. В среде же Windows 10 можно выбрать больший размер – от 128 до 2018 Кб.

Размер кластера также можем выбрать по своему усмотрению при создании разделов в штатном управлении дисками. Создаём том (раздел) .

Указываем размер тома.

И на этапе форматирования тома выбираем размер кластера.

Итак, кластер – это единичный блок для размещения файлов. Каждый файл записывается в новый кластер. Файл весом более размера кластера, соответственно, занимает несколько таковых. Чем меньше размер кластера, тем более эффективно будет расходоваться место на диске при условии, что на нём преимущественно хранятся мелкие файлы до 512, 1024, 2048 байт и т.д. Тогда как при кластере большего размера дисковое пространство будет менее эффективно занято данными с малым весом. Но вопрос об эффективности не будет стоять при условии хранения на диске данных с весом от 64 Кб или иного выбранного размера. При этом ещё и получаем незначительный прирост производительности в скорости чтения и записи HDD в условиях фрагментации. При большем размере кластера фрагментированный файл делится на меньшее количество частей, что уменьшает число смещений считывающей головки HDD .

2. Насколько значителен прирост производительности при большем размере кластера

Рассчитывать на какой-то весомый прирост производительности HDD даже при максимально возможном размере кластера не стоит. Сам по себе механизм работы HDD имеет массу условностей, и гораздо больше толку в этом плане будет от регулярной процедуры дефрагментации. Прирост в скорости работы с данными будет исчисляться секундами, а то и вовсе миллисекундами. Тем не менее и за них, возможно, стоит побороться при формировании разделов для хранения файлов с весом, исчисляемым преимущественно в мегабайтах или вовсе в гигабайтах.

Читайте также:  Теплэко или конвектор что лучше

3. Какой размер кластера для каких целей лучше

Какой размер кластера лучше для системного раздела С ? Установочный процесс Windows, позволяющий прямо на этапе установки системы формировать разделы диска с нераспределённым пространством, не даёт нам возможности выбора размера кластера.

Он по умолчанию задаётся 4096 байт (4 Кб) . И является оптимальным выбором для системного раздела С, поскольку в состав системы и сторонних программ входит огромное множество мелковесных файлов. Изменять его не рекомендуется.

А вот с несистемными разделами можно поэкспериментировать. Но прежде необходимо оценить текущую ситуацию и узнать, какой размер кластера у раздела сейчас. Чтобы потом сделать выводы о приросте производительности.

4. Как узнать размер кластера

Существующий ныне размер кластера на нужном разделе диска отображают сторонние программы для работы с дисковым пространством. Но на скорую руку можно обойтись и без них, для этого нам понадобится всего лишь запущенная с правами админа командная строка.

В неё вводим команду по типу:

fsutil fsinfo ntfsinfo C:

Где вместо C в конце подставляем букву нужного раздела. И смотрим графу «Байт на кластер».

5. Как изменить размер кластера

Как упоминалось в первом пункте статьи, для изменения размера кластера необходимо либо отформатировать раздел, либо удалить его и создать заново. Хоть средствами Windows, хоть сторонним софтом для работы с дисками от Acronis, AOME, Paragon и т.п. Если на разделе имеются данные, их можно временно перенести на другой раздел, другое устройство информации или в облако на крайний случай. И это будет самый правильный вариант.

Изменение размера кластера раздела с имеющимися данными без их временного переноса в другое место – это потенциально рисковая операция. Рисковая операция – во-первых. Длительная по времени — во-вторых, поскольку в рамках её проведения осуществляется перезапись данных под новый размер кластера. В-третьих – такая операция предусматривается только сторонними менеджерами дисков, и обычно в рамках платных возможностей, если базовые функции в таких программах бесплатны. Как, например, в случае с MiniTool Partition Wizard.

5.1. MiniTool Partition Wizard

В любой из коммерческих редакций MiniTool Partition Wizard можем изменить размер кластера без форматирования и пересоздания раздела, с сохранностью данных. Кликаем в окне программы нужный раздел, выбираем функцию изменения кластера.

Смотрим, какой у нас текущий размер. И в выпадающем списке выбираем новый. Затем жмём «Да».

Штатные средства Windows при задании размера кластера предусматривают выбор их показателей в байтах, килобайтах и в случае с Win10 в мегабайтах. Сторонние программы могут предусматривать выбор показателей в иной метрике – в секторах на кластер. Это число в степени двойки. Как ориентироваться? Просто делим на 2. Если хотим выбрать размер кластера, скажем, 64 Мб, указываем число 128. Если 32 Кб, выбираем число 64. Если 16 Кб32. И так далее по этому же принципу.

В главном окне MiniTool Partition Wizard применяем операцию и ожидаем её завершения.

При оперировании системного раздела С или несистемного, но такового, к которому обращаются фоновые системные процессы, программа попросит перезагрузиться. И будет проводить операцию в предзагрузочном режиме без активных системных процессов.

5.2. Acronis Disk Director

Платный Acronis Disk Director, мастодонт на рынке ПО для оперирования дисковым пространством, также предусматривает возможность изменения размера кластера без потери данных. В окне программы выбираем нужный раздел, кликаем соответствующую операцию.

Смотрим, какой сейчас у раздела размер кластера. И из выпадающего перечня выбираем новый.

И, опять же, если оперируемый раздел будет занят обращениями к нему фоновых системных процессов, потребуется перезагрузка и работа программы в предзагрузочном режиме.

Комментировать
0 просмотров
Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

Это интересно
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
No Image Компьютеры
0 комментариев
Adblock detector