Файловые системы Windows Server 2012 Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

РАЗДЕЛ III. АКТУАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

А.С. Болотов Т.П. Болотова

ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ WINDOWS SERVER 2012

Ключевые слова: файловая система, операционная система Windows Server 2012, пулы памяти, Storage Spaces, Resilient File System, New Technology File System.

Файловая система - важная часть любой операционной системы, отвечающая за организацию хранения и доступ к данным на носителях информации. Файловая система NTFS (New Technology File System) в настоящее время является основной файловой системой различных версий Windows. Она постоянно развивается. Существует несколько версий этой файловой системы. Рассмотрим вначале основные возможности и характеристики версии NTFS для операционных систем семейства Windows NT и Windows 2000.

Новая серверная операционная система от Microsoft - Windows Server 2012 поддерживает, кроме традиционной файловой системы NTFS, новую файловую систему Resilient File System - отказоустойчивая файловая система (ReFS). Эта файловая система создана на основе NTFS, поэтому в ней сохранились важнейшие возможности совместимости, в то же время она разработана и спроектирована с учётом нужд нового поколения технологий и сценариев хранения данных [2].

Перед рассмотрением изменений, произошедших непосредственно в файловых системах Windows Server 2012 необходимо обратить внимание на новую технологию использования дисковых ресурсов Storage Spaces. Технология Storage Spaces позволяет объединить несколько физических жестких дисков в единый пул. Используя такой пул, можно создать один или несколько виртуальных дисков требуемого размера, которые можно использовать при работе так, как если бы они были физическими дисками. Это означает, что их можно форматировать, создавать тома, разделы, использовать отказоустойчивые технологии хранения данных. Для организации пулов могут быть использованы жесткие диски разных типов, включая диски, подключаемые через USB-интерфейс. Единственным условием, позволяющим включить физический диск в пул Storage Spaces, является отсутствие томов на нем [1]. Дисковый пул Storage Spaces может быть в любой момент расширен за счет добавления в него новых физических дисков. При этом не требуется форматирования тома (томов) ранее созданных на основе такого пула. Процедура (не считая времени на физическое подключение дисков) занимает не более 5 минут. Это означает, что пользователи, работающие с таким томом и столкнувшиеся с проблемой нехватки дискового пространства, смогут продолжить свою работу с данным томом через очень короткое время после вмешательства администратора. Рассмотрим процедуру расширения пула Storage Spaces на практике. Для выполнения этих действий нам потребуется Диспетчер серверов Windows Server 2012.

© А.С. Болотов, Т.П. Болотова, 2013.

Добавить еще один физический диск к ранее созданному пулу Storage Spaces.

Далее выполним команду «Расширить виртуальный диск».

После этого утилита Управления дисками показывает нам Диск 3 размером 145,88

Гб.

Вернемся в Диспетчер серверов и выполним команду «Расширить том».

После расширения тома видим в утилите Управление дисками, что размер нашего тома № теперь составляет 145,81 Гб.

Перейдем к рассмотрению усовершенствований, произошедших в файловой системе NTFS. Одним из таких усовершенствований является повышение надежности использования популярных в настоящее время жестких дисков с интерфейсом SATA в серверных системах за счет оптимизации процедуры записи. Вероятность выхода из строя тома NTFS при неожиданном выключении питания крайне мала. Улучшено локальное копирование файлов за счет оптимизации памяти и диспетчера кэша. Уменьшено время копирования маленьких, средних и больших файлов. Наиболее значительные улучшения касаются средних и больших файлов (в зависимости от природы набора файлов, хранилища и подсистем памяти).

Другим важным усовершенствованием стало повышение доступности информации на томах NTFS, которое достигается за счет внедрения интеллектуального механизма фонового online-сканирования тома NTFS с целью обнаружения каких-либо проблем. В результате количество ситуаций, когда необходимо запустить утилиту CheckDisk сокращается. Но если это все-таки необходимо, время работы утилиты CheckDisk будет значительно меньше, чем в предыдущих версиях Windows, так как при выполнении она ориентируется на результаты online-сканирования тома.

Перейдем к рассмотрению файловой системы ReFS. Файловая система ReFS создавалась на основе NTFS. При создании ReFS повторно использовался код, отвечающий за выполнение основных функций файловой системы NTFS. Этот код определяет интерфейс файловой системы (операции чтения, записи, открытия, закрытия, уведомления об изменениях, и т.д.). Сохранены такие возможности как: шифрование BitLocker, списки управления доступом (ACL), символьные ссылки, точки соединения, точки подключения, точки повторной обработки, снимки томов, идентификаторы файлов,

нежесткие блокировки. Повторное использование этого кода предоставляет надежность в вопросе совместимости с функциями NTFS. Данные в ReFS доступны через те же интерфейсы программирования приложений, что используются в предыдущих версиях Windows для доступа к томам NTFS. Однако необходимо учесть, что высокая степень совместимости сохранена не со всеми функциями NTFS, а только с теми, которые являются наиболее востребованными.

Основными характеристикам ReFS можно считать надежность и доступность. Изменена структура метаданных, что позволяет улучшить восстанавливаемость данных. Коррекция повреждений в online-режиме позволяет обойтись без использования утилиты CheckDisk. При выполнении операции записи ReFS всегда пытается использовать новый участок диска, чтобы не затирать предыдущую версию каких-либо данных, обеспечивая лучшие возможности восстановления данных.

Использование файловой системы ReFs для томов на виртульных дисках, созданных в рамках пула Storage Spaces в сочетании с одной из отказоустойчивых схем (например «зеркалирование»), позволяет защитить данные от частичных и полных сбоев диска. Эти виды сбоев ReFS может обнаружить, используя контрольные суммы. Когда ReFS обнаруживает такой сбой, она связывается с Storage Spaces для того, чтобы считать все возможные копии данных, и выбирает нужную копию, основываясь на проверке контрольных сумм. После этого система отдает команду Storage Spaces о необходимости восстановления поврежденных копий на основе верных копий. Всё это происходит прозрачно с прикладной точки зрения. Таким образом, сочетание ReFS и Storage Spaces предоставляет высокую отказоустойчивость данных в случае повреждения диска или сбоя хранения.

Оценим производительность файловых систем NTFS и ReFS на практике. Для этого проведем ряд экспериментов, которые состоят в выполнении операций копирования файлов под управлением операционной системы Windows Server 2012. Приведенные ниже эксперименты весьма просты и не претендуют на полноту, абсолютную точность и непогрешимость. Авторы не используют традиционные в таких случаях бенчмарки. Тем не менее, эти эксперименты дают возможность сделать определенные выводы.

Для тестирования будем использовать две группы файлов одинакового размера: в первой группе 1020 фотографий (.jpg), находящихся в нескольких папках, общим размером 3,00 Gb; во второй группе единственный файл - образ дистрибутива Windows (.iso) того же размера 3,00 Gb. В качестве носителя информации используем 2 одинаковых диска Seagate ST380817AS - 80 Gb Barracuda 7200.7; буфер 8 Мб; среднее время доступа: 8,5мс - чтение; 9,5 мс - запись; 9 мс - поиск.

Эксперимент 1. На обоих дисках созданы тома максимального размера. Оба тома сформатированы в NTFS по умолчанию.

Условия эксперимента Копируемые файлы Время

Простой том NTFS -> Простой том NTFS .iso 70 сек.

jpg 73 сек.

Эксперимент 2. На обоих дисках созданы тома максимального размера. Оба тома сформатированы в ReFS по умолчанию.

Условия эксперимента Копируемые файлы Время

Простой том ReFS -> Простой том ReFS .iso 71 сек.

jpg 73 сек.

Эксперимент 3. На обоих дисках созданы тома максимального размера. Один том сформатирован в ReFS по умолчанию, другой в NTFS по умолчанию.

Условия эксперимента Копируемые файлы Время

Простой том NTFS -> Простой том ReFS .iso 70 сек.

jpg 60 сек.

Простой том ReFS -> Простой том NTFS .iso 70 сек.

jpg 88 сек.

На основании этих данных можно сделать вывод о примерно одинаковой производительности файловых систем ReFS и NTFS. Несколько большее время требуется при выполнении операции копирования с тома ReFS на том NTFS файлов среднего размера.

Эксперимент 4. Созданы 2 пула Storage Spaces. В каждый из пулов включен один физический диск, затем в каждом из пулов созданы виртуальные диски максимального размера и созданы тома. Один том сформатирован в ReFS по умолчанию, другой в NTFS по умолчанию.

Условия эксперимента Копируемые файлы

Том NTFS (Storage Spaces) -> Том ReFS(Storage Spaces) .iso 70 сек.

jpg 73 сек.

Том ReFS (Storage Spaces) -> Том NTFS(Storage Spaces) .iso 70 сек.

jpg 73 сек.

На основании этих данных можно сделать вывод о том, что виртуальные диски Storage Spaces (без реализации отказоустойчивых схем) работают с той же производительностью, что и реальные (физические) диски.

Эксперимент 5. Создан 1 пул Storage Spaces. В него включены 2 физических диска. Реализована простейшая отказоустойчивая схема - «зеркало». Созданный том

сформатирован вначале в ReFS по умолчанию, а затем в NTFS по умолчанию. Копирование файлов на этот том выполнялось с одного и того же диска с файловой системой NTFS (физический диск Seagate ST3500418AS - 500 Gb)

Условия эксперимента Копируемые файлы Время

Том NTFS (500Gb) -> Том ReFS(Storage Spaces «зеркало») .iso 88 сек.

jpg 75 сек.

Том NTFS (500Gb) -> Том NTFS(Storage Spaces «зеркало») .iso 62 сек.

jpg 70 сек.

Эксперимент 6. Созданы 2 пула Storage Spaces. В каждый из пулов включен один физический диск, затем в каждом из пулов созданы виртуальные диски максимального размера и созданы тома. Один том сформатирован в ReFS по умолчанию, другой в NTFS по умолчанию. Копирование файлов на эти тома выполнялось с одного и того же диска с файловой системой NTFS (физический диск Seagate ST3500418AS - 500 Gb)

Условия эксперимента Копируемые файлы Время

Том NTFS (500Gb) -> Том ReFS(Storage Spaces) .iso 60 сек.

jPg 71 сек.

Том NTFS (500Gb) -> Том NTFS(Storage Spaces) .iso 60 сек.

jpg 70 сек.

Результатыпоследних2-хэкспериментоввызывают больше всеговопросов. Почему так велико (88 сек.) время копирования очень большого файла (.iso) на отказоустойчивый том с ReFS, если время копирования этого же файла на отказоустойчивый том с NTFS составляет всего 62 сек., т.е. в 1,42раза быстрее, а время копирования этого же файла на простой том с NTFS или ReFS составляет 60 сек., т.е. в 1,47раз быстрее? Оценивая полученные результаты необходимо иметь в виду, что время, указанное в таблицах -это время с момента начала операции копирования и до момента доступности файла для операции открытия, а не до момента удаления с экрана информационной панели, демонстрирующей выполнение операции копирования.

Для проведения экспериментов использовался компьютер Lenovo ThinkCenter M90p c 8-ми ядерным процессором Intel (R) Core (TM) i7 870 2,93GHz, память 8Gb.

Литература

1. Электронный ресурс TechNet: Новые возможности Windows Server 2012. Часть 1. Виртуализация, сети, хранилища. http://www.microsoftvirtualacademy.com/tracks/ windows-server-2012-partl-rus

2. Электронный ресурс TechNet: File and Storage Services Overview http://technet. microsoft.com/en-us/library/hh831487.aspx