Администрирование информационных систем
- Состав служб администратора системы и их функции
Администратор системы (системный администратор) — это человек или группа людей, которые создают и затем эксплуатируют информационную систему предприятия.
Функции системного администратора:
- Установка и сопровождение компьютерных сетевых и информационных систем.
- Определение и согласование с фирмами-поставщиками всей аппаратно-программной и организационной части по реализации системы.
- Планирование развития информационных систем и внедрения сервисов.
- Решение вопросов ведения проектов.
- Обучение технического персонала и пользователей.
- Консультирование по компьютерным проблемам персонала предприятия и технических служб.
- Решение проблем сбора статистики, мониторинга, диагностики, восстановления и сохранения системы, а также всех вопросов организации соответствующих программных и аппаратных продуктов для этой деятельности.
- Разработка программных продуктов на языках управления заданиями (например, скриптах) с целью создания технологии работы компании и синхронизации работы компонентов информационной системы.
- Определение ошибок в работе прикладных, системных и аппаратных средств, используемых предприятием, и решение вопросов по их устранению.
Выполняются эти функции совокупностью информационных
служб предприятия
служб предприятия
конфигурацией
Управления
:
производительностью
безопасностью
Службы управления конфигурацией занимаются вопросами задания параметров запуска (инсталляции) операционных систем (ОС) и СУБД, заданием параметров запуска приложений. Они же выполняют функции изменения этих параметров при модификации информационной системы, следя за согласованностью и совместимостью этих параметров.
Службы управления по контролю характеристик и ошибочными ситуациями осуществляют мониторинг и сбор статистики параметров информационной системы при помощи специальных программно-аппаратных комплексов, устанавливают критерии определения опасных и тревожных ситуаций, следят за их обнаружением и устранением, используют специальные методы и средства диагностики ошибок. Обычно ошибки приводят к замедлению работы информационной системы и при их устранении решаются проблемы повышения производительности.
Службы управления безопасностью (иногда их называют службами защиты от несанкционированного доступа — НСД) осуществляют комплекс мероприятий по противодействию различным угрозам несанкционированного доступа, настраивают работу различных ОС, СУБД и прикладных продуктов, внедряя их собственные средства зашиты от НСД. Эти службы управляют всеми имеющимися в организации компьютерными средствами защиты, например, программируют кодовые замки и системы контроля доступа в помещение. Они же при помощи средств ОС, СУБД, прикладных продуктов или специальных управляющих программных продуктов ведут учет использования ресурсов в системе и контроль (аудит) за их разрешенным (санкционированным) использованием пользователями системы.
Службы управления производительностью обычно работают в тесном взаимодействии со службами управления по контролю характеристик и ошибочными ситуациями. При помоши аппаратно-программных комплексов они анализируют работу информационной системы и следят за такими параметрами, как время работы приложения, время отклика приложения, время обращения к дисковой подсистеме ввода- вывода, задержка передачи данных и др. Анализируя результаты совместно с другими службами, они определяют причины изменения параметров работы системы и способы предотвращения или коррекции ухудшений значений параметров.
Общего управления
Службы общего управления занимаются управлением работы всех информационных служб, согласованием их действий, выработкой корпоративных стандартов (например, на формат документов), разработкой инструкций для пользователей, их обучением и консультацией, ведением нормативносправочной документации необходимой в организации.
Планирования и развития
Службы планирования и развития определяюттехничсскую и экономическую эффективность от внедрения различного вида информационных услуг или сервисов компании, следят за появлением новых компьютерных технологий и оценивают целесообразность их использования, ведут внедряемые проекты и планируют работы других служб и компаний-поставщиков и инсталляторов по их реализации. Контролируют выполнение подрядными организациями работ по внедрению частей информационной системы или их модернизации.
Эксплуатации и сопровождения
Службы эксплуатации и сопровождения осуществляют архивирование (копирование) и восстановление информационной системы. Эти службы определяют режимы копирования (копируется вся система или ее часть), расписание копирования (например, еженедельное с затиранием предыдущей копии), ведут базу данных копий при помощи программноаппаратных средств, проводят проверки целостности данных (их непротиворечивости) средствами информационной системы (например, при помощи утилит СУБД), определяют стратегию восстановления информационной системы (например, режим автооткатов ОС). Они же занимаются сопровождением аппаратных средств (например, заменой картриджа принтера), подключением новых пользователей (например, организацией для них рабочего места), организацией электропитания, выполнением профилактических работ.
ошибочными ситуациями
контролем характеристик
Профессиональные навыки специалистов, работающих в службах администрирования ИС должны быть достаточно высоки. Так, с учетом функций по администрированию ИС, системные администраторы должны обладать знаниями в области:
- теории операционных систем (ОС) и практики их установки.
- теории баз данных и вопросов администрации СУБД, вопросов поддержки целостности данных.
- сетевых технологий, сетевого оборудования (конфигурации и применения коммутаторов и маршрутизаторов), вопросов диагностики сетевых проблем.
- электротехники и реализации кабельных систем для целей передачи данных.
- реализации веб-приложений и организации доступа к web-сайтам.
- защиты информации от несанкционированного доступа, включая администрирование специальных устройств (firewall) и консультации пользователей по вопросам защиты их информации.
- вычислительной техники, начиная с простейших операций и заканчивая архитектурой центров обработки данных (ЦОД).
- основ проектирования информационных систем, прикладного программирования.
- способов восстановления информации и реализации подсистем ввода-вывода, файловых подсистем.
- языков программирования.
- методов управления в информационных системах и соответствующих аппаратно-программных комплексов.
1.1 Требования к специалистам служб администрирования ИС
2. Технические принципы функционирования информационных систем
Эталонная модель OSI основана на разработке Международной организации по стандартизации (ISO) и является первым шагом к международной стандартизации протоколов, используемых на различных уровнях.
Затем она была пересмотрена. Называется эта структура эталонной моделью взаимодействия открытых систем ISO (ISO OSI (Open System Interconnection) Reference Model), поскольку она связывает открытые системы, то есть системы, открытые для связи с другими системами.
Затем она была пересмотрена. Называется эта структура эталонной моделью взаимодействия открытых систем ISO (ISO OSI (Open System Interconnection) Reference Model), поскольку она связывает открытые системы, то есть системы, открытые для связи с другими системами.
2. 1 Эталонная модель взаимодействия открытых систем.
Upper Layers
Lower Layers
1
2
3
4
5
6
7
Уровень
Уровень
Название единицы обмена
APDU
PPDU
SPDU
TPDU
Пакет
Кадр
Бит
Прикладной протокол
Протокол уровня представления
Сеансовый протокол
Границы связи подсети
Транспортный протокол
Внутренний протокол подсети
Сетевой
Передачи данных
Физический
Сетевой
Передачи данных
Физический
Маршрутизатор
Маршрутизатор
Протокол хост-маршрутизатор сетевого уровня
Протокол хост-маршрутизатор уровня передачи данных
Протокол хост-маршрутизатор физического уровня
1
2
3
4
5
6
7
Уровень
Уровень
Инкапсуляция
Декапсуляция
Уровни OSI:
Самый близкий к пользователю уровень OSI. Он отличается от других уровней тем, что не обеспечивает услуг ни одному из других уровней OSI; однако он обеспечивает ими прикладные процессы, лежащие за пределами масштаба модели OSI. Примерами таких прикладных процессов могут служить программы обработки крупномасштабных таблиц, программы обработки слов, программы банковских терминалов и т. д.
Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.
Прикладной уровень идентифицирует и устанавливает наличие предполагаемых партнеров для связи, синхронизирует совместно работающие прикладные программы, а также устанавливает соглашение по процедурам устранения ошибок и управления целостностью информации. Прикладной уровень также определяет, имеется ли в наличии достаточно ресурсов для предполагаемой связи.
Прикладной уровень
Отвечает за то, чтобы информация, посылаемая из прикладного уровня одной системы, была читаемой для прикладного уровня другой системы. При необходимости представительный уровень осуществляет трансляцию между множеством форматов представления информации путем использования общего формата представления информации.
Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.
Представительный уровень занят не только форматом и представлением фактических данных пользователя, но также структурами данных, которые используют программы. Поэтому кроме трансформации формата фактических данных (если она необходима), представительный уровень согласует синтаксис передачи данных для прикладного уровня.
Уровень представления
Как указывает его название, сеансовый уровень устанавливает, управляет и завершает сеансы взаимодействия между прикладными задачами. Сеансы состоят из диалога между двумя или более объектами представления (сеансовый уровень обеспечивает своими услугами представительный уровень). Сеансовый уровень синхронизирует диалог между объектами представительного уровня и управляет обменом информацией между ними. В дополнение к основной регуляции диалогов (сеансов) сеансовый уровень предоставляет средства для отправки информации, класса услуг и уведомления в исключительных ситуациях о проблемах сеансового, представительного и прикладного уровней.
Сеансовый уровень
Граница между сеансовым и транспортным уровнями может быть представлена как граница между протоколами прикладного уровня и протоколами низших уровней. В то время как прикладной, представительный и сеансовый уровни заняты прикладными вопросами, четыре низших уровня решают проблемы транспортировки данных.
Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных, которые избавляют высшие слои от необходимости вникать в ее детали. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).
Транспортный уровень пытается обеспечить услуги по транспортировке данных, которые избавляют высшие слои от необходимости вникать в ее детали. В частности, заботой транспортного уровня является решение таких вопросов, как выполнение надежной транспортировки данных через объединенную сеть. Предоставляя надежные услуги, транспортный уровень обеспечивает механизмы для установки, поддержания и упорядоченного завершения действия виртуальных каналов, систем обнаружения и устранения неисправностей транспортировки и управления информационным потоком (с целью предотвращения переполнения системы данными из другой системы).
Транспортный уровень
Это комплексный уровень, который обеспечивает возможность соединения и выбор маршрута между двумя конечными системами, подключенными к разным "подсетям", которые могут находиться в разных географических пунктах. В данном случае "подсеть" - это по сути независимый сетевой кабель (иногда называемый сегментом).
Т. к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
Т. к. две конечные системы, желающие организовать связь, может разделять значительное географическое расстояние и множество подсетей, сетевой уровень является доменом маршрутизации. Протоколы маршрутизации выбирают оптимальные маршруты через последовательность соединенных между собой подсетей. Традиционные протоколы сетевого уровня передают информацию вдоль этих маршрутов.
Сетевой уровень
Формально называется информационно-канальным уровнем или уровнем звена передачи данных, обеспечивает надежный транзит данных через физический канал. Выполняя эту задачу, канальный уровень решает вопросы физической адресации (в противоположность сетевой или логической адресации), топологии сети, линейной дисциплины (каким образом конечной системе использовать сетевой канал), уведомления о неисправностях, упорядоченной доставки блоков данных и управления потоком информации.
Канальный уровень
Определяет электротехнические, механические, процедурные и функциональные характеристики активации, поддержания и дезактивации физического канала между конечными системами. Спецификации физического уровня определяют такие характеристики, как уровни напряжений, синхронизацию изменения напряжений, скорость передачи физической информации, максимальные расстояния передачи информации, физические соединители и другие аналогичные характеристики.
Физический уровень
2.2 Активное сетевое оборудование.
В соответствии с ГОСТ Р 51513-99, активное оборудование — это оборудование, содержащее электронные схемы, получающее питание от электрической сети или других источников и выполняющее функции усиления, преобразования сигналов и иные. Это означает способность такого оборудования обрабатывать сигнал по специальным алгоритмам. В сетях происходит пакетная передача данных, каждый пакет данных содержит также техническую информацию: сведения о его источнике, цели, целостности информации и другие, позволяющие доставить пакет по назначению. Активное сетевое оборудование не только улавливает и передает сигнал, но и обрабатывает эту техническую информацию, перенаправляя и распределяя поступающие потоки в соответствии со встроенными в память устройства алгоритмами. Эта «интеллектуальная» особенность, наряду с питанием от сети, является признаком активного оборудования.
Например, в состав активного оборудования включаются следующие типы приборов:
Например, в состав активного оборудования включаются следующие типы приборов:
- сетевой адаптер — плата, которая вставляется в компьютер и обеспечивает его подсоединение к ЛВС, работает на 1-2 уровнях OSI;
- повторитель (репитер) — прибор, как правило, с двумя портами, предназначенный для повторения сигнала с целью увеличения длины сетевого сегмента, работает на 1 уровне OSI;
- концентратор (хаб, многопортовый репитер) — прибор с 4-32 портами, применяемый для объединения пользователей в сеть, работает на 1 уровне OSI;
- мост (бридж) — прибор с 2 портами, обычно используемый для объединения нескольких рабочих групп ЛВС, позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (MAC) адреса, работает на 1-2 уровнях OSI;
- коммутатор (свитч) — прибор с несколькими (4-32) портами, обычно используемый для объединения нескольких рабочих групп ЛВС (иначе называется многопортовый мост) , работает на 1-2 уровнях OSI;
- коммутатор уровня 3 (Layer 3 или L3) фактически является маршрутизатором, который реализует механизмы маршрутизации (логическая адресация и выбор пути доставки данных (маршрута) с использованием протоколов маршрутизации (RIP v.1 и v.2, OSPF, BGP, проприетарные протоколы маршрутизации и др.) не в программном обеспечении устройства, а с помощью специализированных аппаратных средств (микросхем), работает на 1-3 уровнях OSI;
- маршрутизатор (роутер) — используется для объединения нескольких рабочих групп ЛВС, позволяет осуществлять фильтрацию сетевого трафика, разбирая сетевые (IP) адреса, работает на 1-3 уровнях OSI;
- медиаконвертер — прибор, как правило, с двумя портами, обычно используемый для преобразования среды передачи данных (коаксиал-витая пара, витая пара-оптоволокно) , работает на 1 уровне OSI;
- сетевой трансивер — прибор, как правило, с двумя портами, обычно используемый для преобразования интерфейса передачи данных (RS232-V35, AUI-UTP) , работает на 1 уровне OSI.
2.3 Организация хранения данных на носителях информации
Операционная система представляет внешнюю память в виде набора логических дисков. Каждому логическому диску присваивается свое логическое имя: А. В — для дискет. С, D, Е и следующие буквы — для жестких дисков, CD-ROM и прочих устройств. Рассмотрим логическую организацию физических дисков, чтобы понять, каким образом несколько логических дисков (например, С, D и Е) могут оказаться на одном винчестере.
Логический диск — это совокупность секторов с последовательно нарастающими номерами. Самый первый сектор логического диска называется загрузочным. В этом секторе всегда хранится описатель параметров диска и файловой системы. Дополнительно может содержаться программа загрузки операционной системы (загрузчик). Если на диске с загрузчиком присутствуют еще и сами файлы ОС. что обеспечивает возможность загрузки этой ОС на компьютер, такой диск называется системным.
Поскольку жесткий диск в общем случае не является съемным, а операционных систем, которые хочется использоваться на одном компьютере, может быть несколько, и каждая из них претендует на свою логическую организацию диска, договорились о возможности разбиения жесткого диска на несколько независимых разделов. Дискеты в таком разбиении не нуждаются, поскольку их легко сменить, да и маленький объем не располагает к делению. Помимо обеспечения «плюрализма» операционных систем, разбиение диска на разделы позволяет уменьшить размеры логических дисков, что бывает выгодно из-за ограничений файловых систем. Путем разбиения винчестера на логические диски добиваются упорядочивания использования дискового пространства.
Логический диск — это совокупность секторов с последовательно нарастающими номерами. Самый первый сектор логического диска называется загрузочным. В этом секторе всегда хранится описатель параметров диска и файловой системы. Дополнительно может содержаться программа загрузки операционной системы (загрузчик). Если на диске с загрузчиком присутствуют еще и сами файлы ОС. что обеспечивает возможность загрузки этой ОС на компьютер, такой диск называется системным.
Поскольку жесткий диск в общем случае не является съемным, а операционных систем, которые хочется использоваться на одном компьютере, может быть несколько, и каждая из них претендует на свою логическую организацию диска, договорились о возможности разбиения жесткого диска на несколько независимых разделов. Дискеты в таком разбиении не нуждаются, поскольку их легко сменить, да и маленький объем не располагает к делению. Помимо обеспечения «плюрализма» операционных систем, разбиение диска на разделы позволяет уменьшить размеры логических дисков, что бывает выгодно из-за ограничений файловых систем. Путем разбиения винчестера на логические диски добиваются упорядочивания использования дискового пространства.
Разделы и логические диски
Физический жесткий диск может быть разбит на несколько разделов (partition). Информация о структуре диска — таблица разделов (partition table) — хранится в главной загрузочной записи (Master Boot Record, MBR). находящейся в общеизвестном месте — цилиндр 0, головка 0, сектор 1. В начале этого сектора располагается программа главного загрузчика (master boot). а за ней — таблица разделов, содержащая четыре описателя разделов. Каждый описатель задает границы разделов, причем в двух системах: CHS (координаты начала и конца) и LBA (начало и длина). Разделы, как правило, начинаются точно по границе цилиндра (координаты N, 0, 1), кроме первого, начинающегося обычно с первой головки нулевого цилиндра (0, 1, 1). поскольку под нулевой головкой расположен сектор с MBR. Заканчиваться разделы должны на границе цилиндра, что позволяет через номера конечной головки и конечного сектора определить число головок и секторов на треке.
Описатель задает и атрибуты раздела — системный код и флаг активности. Флаг активности указывает главному загрузчику, какой раздел ему следует загружать. Флаг активности может быть установлен только для одного раздела диска (или вообще не устанавливаться). Системный код определяет тип раздела: операционная система для своей файловой системы может использовать разделы только известных ей типов. Таблица разделов может заполняться как с начала, так и с конца. Если разделов меньше четырех, то свободные описатели обнуляются. Свободные описатели, равно как и занятые, могут располагаться в любом месте таблицы (в начале, середине, конце). Формирование таблицы разделов — конфигурирование жесткого диска — как правило, выполняется утилитой FDISK.
Структура раздела зависит от его типа. Далее ограничимся описанием разделов и логических дисков для DOS Windows 9x. Разделы с кодами (01, 04, 06, 0B, 0C, 0E) являются первичными разделами (primary partition) DOS/Windows. Утилита FDISK для MS-DOS и Windows 9x позволяет создавать не более одного первичного раздела, хотя, в принципе, их может быть и больше. Первичный раздел содержит один логический диск. В стандартном случае, когда на диске имеется один первичный раздел, для первого винчестера на нем будет диск C. для второго — D и т. д. Операционные системы MS-DOS и Windows 9x «не любят», когда на одном диске более одного первичного раздела, а также когда первичный раздел не является первым в таблице разделов. Другие ОС (например, Linux) более лояльны к количеству и расположению разделов. В первом секторе логического диска находится загрузчик, а также описатель типа файловой системы (FAT12, FAT16, FAT32) и структуры диска. Загрузчик загружает ОС, расположенную на данном диске (если он системный). За загрузчиком располагаются несколько копий таблицы размещения файлов (File Allocation Table, FAT). корневой каталог и собственно область данных диска. Разные коды первичных разделов указывают на различную разрядность FAT (см. далее), новые типы вводились по мере роста размеров винчестера. С Windows 95 OSR2 появились новые типы разделов для FAT32 и FAT16 (0Ch, 0Eh) специально для дисков, поддерживающих адресацию LBA. Заметим, что в каждом описателе разделов задаются как трехмерные границы раздела (начальные и конечные номера цилиндра, головки и сектора), так и линейные (номер начального сектора и их количество), но долгое время по старинке использовали только трехмерные описатели.
Среди разделов DOS/Windows 9x активным может быть только первичный раздел (может выполняться только его загрузчик).
Расширенный раздел (extended partition) служит для организации произвольного количества логических дисков . Первый сектор расширенного раздела аналогичен MBR (но загрузчик отсутствует) и содержит расширенную таблицу разделов (Extended Partition Record, EPR) той же структуры, но с некоторыми оговорками. Первый описатель задает вторичный раздел, отведенный под очередной логический диск: в нем указывается код раздела с файловой системой (для DOS/Windows 9x это ЕАТ с кодами 04h, 06h, 0Bh, 0Ch или 0Eh, для других ОС — свои). В этом описателе, как обычно, задаются координаты начала и конца раздела с логическим диском (трехмерные и линейные). Если этот логический диск занимает не весь объем расширенного раздела, то второй описатель тоже имеет код 05 или 0F и указывает на положение сектора со следующей расширенной таблицей разделов. Остальные описатели не используются (их коды ну’левые). Если свободного места в разделе уже нет. то и второй описатель не используется. В следующей расширенной таблице разделов действуют те же правила. Эта цепочка заканчивается на расширенной таблице, у которой во втором описателе стоит нулевой код раздела. Заметим, что второй описатель в расширенных таблицах может указывать только на положение следующей расширенной таблицы. Часть пространства расширенного раздела может оставаться не распределенной, в дальнейшем она может быть выделена под логические диски. Цепочка расширенных таблиц разделов должна быть непрерывной, неветвящейся (используются только два описателя, и только второй может указывать на следующую таблицу) и незацикленной (второй описатель не должен ссылаться на ту же таблицу или предыдущую в цепочке). Несоблюдение первых двух условий ведет «только» к потере логических дисков (их система не найдет). Несоблюдение последнего условия может привести к «зависанию» ОС при загрузке: она зациклится на бесконечном определении повторяющихся логических дисков. Код (05 или 0F) расширенного раздела не несет никакой информации о файловой системе, и данный тип раздела используется как указатель на расширенную таблицу рядом ОС, в том числе и отличных от DOS/Windows. Координаты расширенных таблиц разделов обычно имеют вид N, 0, 1.
По расположению на физическом диске расширенные разделы являются вложенными друг в друга: все они располагаются в области, описанной в главной таблице разделов как расширенный раздел. В главной таблице может быть описан лишь один расширенный раздел.
В трактовке описателей расширенных разделов, к сожалению, возможны разночтения. Например, FDISK из MS-DOS 6.22 «честно» расставляет трехмерные описатели (в логической геометрии CHS), но это возможно лишь для дисков объемом не более 8.4 Гбайт. При этом в расширенных таблицах линейные описатели логических дисков (вторичных разделов) ставятся не относительно начала физического диска (сектора с MBR). а относительно сектора с EPR. Здесь же линейные ссылки на очередную таблицу EPR (с кодом 05) ставятся относительно первой в цепочке (линейного адреса расширенного раздела, описанного в MBR). Поле хиты в описателе логического диска (вторичного раздела) относится именно к нему. В ссылке на очередную таблицу EPR поле хлины определяет расстояние до следующей таблицы ЕРЯ. Сборка цепочки логических дисков именно по этому полю позволяет у-далять логические диски из середины цепочки, не разрывая ее.
Если расширенные разделы имеют код 0Fh. то линейные адреса всех элементов таблиц указываются относительно начала физического диска (так поступает новая версия утилиты FDISK. и это более естественно, поскольку при этом описатель LBA является эквивалентом описателя CHS).
Описатель задает и атрибуты раздела — системный код и флаг активности. Флаг активности указывает главному загрузчику, какой раздел ему следует загружать. Флаг активности может быть установлен только для одного раздела диска (или вообще не устанавливаться). Системный код определяет тип раздела: операционная система для своей файловой системы может использовать разделы только известных ей типов. Таблица разделов может заполняться как с начала, так и с конца. Если разделов меньше четырех, то свободные описатели обнуляются. Свободные описатели, равно как и занятые, могут располагаться в любом месте таблицы (в начале, середине, конце). Формирование таблицы разделов — конфигурирование жесткого диска — как правило, выполняется утилитой FDISK.
Структура раздела зависит от его типа. Далее ограничимся описанием разделов и логических дисков для DOS Windows 9x. Разделы с кодами (01, 04, 06, 0B, 0C, 0E) являются первичными разделами (primary partition) DOS/Windows. Утилита FDISK для MS-DOS и Windows 9x позволяет создавать не более одного первичного раздела, хотя, в принципе, их может быть и больше. Первичный раздел содержит один логический диск. В стандартном случае, когда на диске имеется один первичный раздел, для первого винчестера на нем будет диск C. для второго — D и т. д. Операционные системы MS-DOS и Windows 9x «не любят», когда на одном диске более одного первичного раздела, а также когда первичный раздел не является первым в таблице разделов. Другие ОС (например, Linux) более лояльны к количеству и расположению разделов. В первом секторе логического диска находится загрузчик, а также описатель типа файловой системы (FAT12, FAT16, FAT32) и структуры диска. Загрузчик загружает ОС, расположенную на данном диске (если он системный). За загрузчиком располагаются несколько копий таблицы размещения файлов (File Allocation Table, FAT). корневой каталог и собственно область данных диска. Разные коды первичных разделов указывают на различную разрядность FAT (см. далее), новые типы вводились по мере роста размеров винчестера. С Windows 95 OSR2 появились новые типы разделов для FAT32 и FAT16 (0Ch, 0Eh) специально для дисков, поддерживающих адресацию LBA. Заметим, что в каждом описателе разделов задаются как трехмерные границы раздела (начальные и конечные номера цилиндра, головки и сектора), так и линейные (номер начального сектора и их количество), но долгое время по старинке использовали только трехмерные описатели.
Среди разделов DOS/Windows 9x активным может быть только первичный раздел (может выполняться только его загрузчик).
Расширенный раздел (extended partition) служит для организации произвольного количества логических дисков . Первый сектор расширенного раздела аналогичен MBR (но загрузчик отсутствует) и содержит расширенную таблицу разделов (Extended Partition Record, EPR) той же структуры, но с некоторыми оговорками. Первый описатель задает вторичный раздел, отведенный под очередной логический диск: в нем указывается код раздела с файловой системой (для DOS/Windows 9x это ЕАТ с кодами 04h, 06h, 0Bh, 0Ch или 0Eh, для других ОС — свои). В этом описателе, как обычно, задаются координаты начала и конца раздела с логическим диском (трехмерные и линейные). Если этот логический диск занимает не весь объем расширенного раздела, то второй описатель тоже имеет код 05 или 0F и указывает на положение сектора со следующей расширенной таблицей разделов. Остальные описатели не используются (их коды ну’левые). Если свободного места в разделе уже нет. то и второй описатель не используется. В следующей расширенной таблице разделов действуют те же правила. Эта цепочка заканчивается на расширенной таблице, у которой во втором описателе стоит нулевой код раздела. Заметим, что второй описатель в расширенных таблицах может указывать только на положение следующей расширенной таблицы. Часть пространства расширенного раздела может оставаться не распределенной, в дальнейшем она может быть выделена под логические диски. Цепочка расширенных таблиц разделов должна быть непрерывной, неветвящейся (используются только два описателя, и только второй может указывать на следующую таблицу) и незацикленной (второй описатель не должен ссылаться на ту же таблицу или предыдущую в цепочке). Несоблюдение первых двух условий ведет «только» к потере логических дисков (их система не найдет). Несоблюдение последнего условия может привести к «зависанию» ОС при загрузке: она зациклится на бесконечном определении повторяющихся логических дисков. Код (05 или 0F) расширенного раздела не несет никакой информации о файловой системе, и данный тип раздела используется как указатель на расширенную таблицу рядом ОС, в том числе и отличных от DOS/Windows. Координаты расширенных таблиц разделов обычно имеют вид N, 0, 1.
По расположению на физическом диске расширенные разделы являются вложенными друг в друга: все они располагаются в области, описанной в главной таблице разделов как расширенный раздел. В главной таблице может быть описан лишь один расширенный раздел.
В трактовке описателей расширенных разделов, к сожалению, возможны разночтения. Например, FDISK из MS-DOS 6.22 «честно» расставляет трехмерные описатели (в логической геометрии CHS), но это возможно лишь для дисков объемом не более 8.4 Гбайт. При этом в расширенных таблицах линейные описатели логических дисков (вторичных разделов) ставятся не относительно начала физического диска (сектора с MBR). а относительно сектора с EPR. Здесь же линейные ссылки на очередную таблицу EPR (с кодом 05) ставятся относительно первой в цепочке (линейного адреса расширенного раздела, описанного в MBR). Поле хиты в описателе логического диска (вторичного раздела) относится именно к нему. В ссылке на очередную таблицу EPR поле хлины определяет расстояние до следующей таблицы ЕРЯ. Сборка цепочки логических дисков именно по этому полю позволяет у-далять логические диски из середины цепочки, не разрывая ее.
Если расширенные разделы имеют код 0Fh. то линейные адреса всех элементов таблиц указываются относительно начала физического диска (так поступает новая версия утилиты FDISK. и это более естественно, поскольку при этом описатель LBA является эквивалентом описателя CHS).
Жёсткий диск
3
Поддержка дисковой подсистемы — одна из основных задач ОС, а сама дисковая подсистема является источником проблем для администратора системы. АС может воспользоваться рядом процедур и программных продуктов для повышения производительности и восстановления в случае сбоев дисковой подсистемы.
Современная дисковая подсистема ввода-вывода состоит из адаптеров на материнской плате НВА (Ном Виз Айар(ег), шины (интерфейс), дискового контроллера и непосредственно жестких дисков (рис 5.1) [54]. Совокупность этих устройств называют каналом ввода-вывода. ОС может одновременно поддер-
живать несколько каналов ввода-вывода, и эта опция может быть различной для разных версий ОС. Например, в ОС №-
Материнская плата
Шина
(интерфейс )
ввода вывода
НВА.
Диски
уе! М№е!маге м.5 их может быть 5. Скорость обработки файлов в основном определяется числом каналов ввода-вывода.
С помощью НВА команды ОС переводятся в команды соответствующего дискового контроллера и по шине поступают к контроллеру на диске. Дисковый контроллер непосредственно осуществляет запись или чтение данных. Данные, поступающие на диски, кодируются в целях получения более плотной
записи, увеличения скорости передачи и контроля ошибок записи.
Способ кодирования, способ передачи данных по шине, ширина шины существенно влияют на скорость записи на диск.
Так как обычно операционная система может поддерживать более одного канала ввода-вывода, АС должен изучить особенности работы конкретной ОС. С увеличением числа каналов ввола-вывода обычно резко растет производительность системы.
Кроме того, производительность дисковой подсистемы зависит от типа интерфейса, например $Т-506, ТЕ, $5С5!, 5АТА. И хотя часть этих интерфейсов устарела, администратору системы приходится сталкиваться © ними в повседневной работе. Кратко рассмотрим наиболее распространенные тилы
интерфейсов [54].
51-506 —первый интерфейс, разработанный компанией беава1е для дисков емкостью ние более 5 Мбайт. Контроллер диска располагался не на диске, а на материнской плате. Для дисков больших объемов применялись специальные системы кодирования записи информации на диск МЕМ (МофПев Еге-
циелсу Мойшацоп) и КЦ. (Кип Гепа! Гтйе4) [54]. Система КМ. более «плотно» записывает информацию на диск.
ТОЕ: контроллер располагается непосредственно на диске, благодаря чему скорость возрастает до 12 Мбит/с. Используется К 1 кодирование и сняты ограничения на объем дисковой памяти.
ЕШЕ — ЕпВапсей (расширенный) 10Е: добавляет специальную систему адресации для дисков системы адресации АТ Ацасйтетм (АТА) [55]. Система адресации АТА — это промышленный стандарт, который описывает способ адресации диска емкостью свыше 528 Мбайт с помощью В1О$ компьютера.
Скорость интерфейса составляет до 13,3 Мбит/с, а адаптеры на материнской плате компьютера для подключения контроллеров дисков Ноя! Виз Аар(егв (НВА) позволяют подключать ло 4 дисков и различные периферийные устройства.
Е5З0Ю! — расширенный интерфейс $Т-506, редко используется, так как был вытеснен более новыми интерфейсами $С51 и 5АТА.
$С5! (5тай Сотршег 5уз{ет$ 1т(егтасе) — это высокоскоростной параллельный интерфейс, стандартизированный АМ$! 56, 57). Он позволяет подключать к одной шине множество устройств, вытягивая их в цепочку. Интерфейс даст возможность объединять на одной шине различные по своему
назначению устройства, такие как жесткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы СР, ОУ, стриммеры, сканеры, принтеры и т. д. К каждому дисковому контроллеру $С51 можно присоединить до семи устройств. В настоящее время 5С$1 широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях. Скорость записи на диск достигает 600 Мбит/с.
В реализации 5С51 1 с последовательной шиной ГЕЕЕ 1394 и волоконно-оптическим кольцом ЕС-А|_ (ег СБаппе! АгтЫ1галей Гоор) возможно подключение до 127 устройств. Скорость записи достигает 800 Мбит/с. Оба конца шины $С$! должны быть терминированы (НВА и НО 1егтипацоп), т. ©. ДОЛЖНЫ
быть установлены специальные адаптеры согласно документации производителя. Их неправильная установка является основной проблемой администратора системы при поддержке дисковых подсистем данного типа.
Функциональная модель $С5! состоит из трех уровней:
— команд;
— протокола;
— соединения.
Уровень команд определяет формат и семантику команды (в модели О$1 называется прикладным уровнем). Уровень протокола определяет способ передачи команды и ответа (канальный уровень модели ©О$1). Уровень соединения определяет физический способ реализации соединения (способ кодирования, тип разъемов, допустимое напряжение — физический уровень модели О$1).
Существуют различные стандарты $С$Г \ие $СЫ, ЗА$, $С51 Ш, Онга-$СЯ!. Администратор системы должен следить за тем, чтобы все оборудование канала ввода-вывода поддерживало один и тот же стандарт.
Команды $С5! поддерживают чтение и запись данных (по четыре варианта каждого действия) и ряд команд, не относящихся к данным, например /ех!-ипй-геайу (проверка готовности устройства), /пдийгу (получение основной информации ©целевом устройстве), геай-сарасйу (получение емкости целево-
го устройства) и т.д. Набор команд, полдерживаемых целевым устройством, зависит от типа устройства. Перечислим наиболее распространснные команды $С5! (56, 57];
Тем! ипй теойу — запрос о готовности устройства к передаче данных;
Гпдиту — Запрос основной информации об устройстве;
Кедием! хепзе — запрос информации по ошибке выполнения
предыдущей команды;
Кева сарасйу — запрос информации по емкости устройства
хранения;
Кеса — чтение данных с устройства;
Иитйе — запись данных на устройство;
Мой зепзе — запрос страниц конфигурации (парамстров
устройства);
Моде хе1ес1 — настройка параметров устройства на странице
конфигурации.
В интерфейсе 5С5! реализовано около шестидесяти команд для широкого спектра устройств, включая устройства с произвольным доступом (диски) и устройства с последовательным доступом (лента). В $С5! также реализованы особые команды для доступа к сервисам слс!юзиге зегу1се5 (например, запрос текущих параметров). Так как $С51 определяет стандартный интерфейс взаимодействия с устройствами и не налагает ограничений на внутреннюю реализацию тех или иных команд, он позволяет присоединять устройства различных производителей в одном канале ввода-вывода. Именно поэтому интерфейс
получил широкое распространение в гетерогенных ИС и стал фактически промышленным стандартом на подсистему ввода-вывода для корпоративных ИС. На базе технологии $С5! строятся КА!О-системы ввода-вывода (точнее, $5С51-КА1) — для больших систем и $5АТА-КА! — для малых систем), которые
будут рассмотрены далее.
ЗАТА — бепа! АТА — высокоскоростной последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации (как правило, с жесткими дисками) [55]. 5АТА является развитием интерфейса АТА, который после появления $АТА был переименован в РАТА (Рага\е! АТА). Обеспечивает скорость до 600 Мбит/с. ЗАТА предполагает отказ от плоских параллельных кабелей с разъемами для двух дисков и переход к последовательной передаче данных по витой паре. Но к каждому контроллеру подключастся только один диск одним кабелем. При этом переход к последовательной шине значительно упростил
разводку проводников на материнской плате и разводку кабелей внутри корпуса компьютера. Администратору системы надо учесть, что при этом сохраняется совместимость © контроллерами АТА по регистрам и командам. Соответственно, драйверы $Т-506/10Е/Е1ОЕ могут поддерживать контроллеры
$5АТА. Но в них возможны изменения, т. ©. в общем случае необходим ирагайе от производителя ОС.
Принцип подключения двух устройств к компьютеру © помощью контроллера $АТА иллюстрируется на рис. 5.2. Адаптер НВА преобразует инструкции ОС в инструкции ХАТА. Каждое устройство в данном случае подключается к контроллеру отдельным кабелем.
Функциональная модель работы интерфейса ЗАТА состоит из четырех уровней: приложения, транспорта, связи и физический. Уровень приложения обеспечивает выполнение всех команд 5АТА. Транспортный уровень отвечает за обмен данными между ОС и контроллером. Уровень связи занимается обработкой кадров, кодированием и декодированием байт и вставкой управляющих символов. Физический уровень отвечает за передачу и прием информации по шине.
Уровень приложения содержит множество команд, предназначенных для управления устройствами.
6. Подготовка дисковой подсистемы
Любая дисковая подсистема требует подготовки для работы с ней конкретной ОС. Часто часть этой подготовки производится на заводах-производителях или компаниями поставщиками оборудования. Но АС должен хорошо представлять суть подготовки дисковой подсистемы и в некоторых случаях выполнять ее самостоятельно. Подготовка дисковой подсистемы содержит три этапа: форматирование низкого уровня, организация разделов (партиций), форматирование высокого уровня. Рассмотрим их подробнее,
Форматирование низкого уровня (Том ее! Гогта!) — это форматирование, необходимое контроллеру диска, чтобы читать его по секторам. Обычно оно выполняется на заводе производителе дисков, и соответствующая утилита прилагается к дисковой подсистеме для случая проведения этой проис-
дуры администратором системы. При форматировании низкого уровня обычно выполняются следующие действия [54]:
— проводится анализ дискового пространства на наличие ошибок;
— сектора диска разбиваются на треки (дорожки) и присваиваются идентификаторы секторов;
— помечаются испорченные сектора (Бай-сектора);
— устанавливается чередование секторов (1епсауе), когда номера секторов не совпадают с их физической последовательностью.
Чередование секторов необходимо, чтобы синхронизировать работу процессора (обработку данных) и контроллера (считывание с диска). От этого зависит скорость работы подсистемы ввода-вывода. Параметр Имелеауе определяется ОС и дисковой подсистемой (например, на стандартном ПК се \Мм-
Чоууз он равен 4).
Администратор системы должен проводить форматирование низкого уровня в случаях, когда:
— ставятся новые дисковые подсистемы (если это нс сделано производителем);
— обнаружено большое число дисковых ошибок (если средства ОС не помогают их устранить);
— необходимо поменять параметр иметсауе (но это опасная операция, при которой следует очень хорошо понимать, как именно обрабатываются данные контроллером и ОС и зачем нужно что-то менять);
— возникает необходимость персразметить Бай-сектора.
При этом АС должен помнить, что современные дисковые контроллеры предоставляют логику опережающего считывания и отложенной записи, которые снижают потребность в оптимизации производительности методом изменения имейсаус. АС должен знать, что при низкоуровневом форматировании теряется вся информация. Не рекомендуется проводить низкоуровневое форматирование для 1ОЕ дисков, если только это не требует производитель [54].
Организация разделов — это процесс разбиения жесткого диска на логические части — партиции (рапииюоп5). Необхолимость организации разделов обусловлена тем, что с данным дисковым пространством на одном компьютере может работать несколько ОС. Для каждой из них нужно свое дополнительное форматирование. Обычно при загрузке компьютера одна ОС загружается первой. Ее партиция называется первичной (ритагу рапипоп). Например, часть диска выделяется для работы под управлением ОС РОЗ, соответственно необходима одна партиция для загрузки ОО5$. Остальная часть диска может быть использована для работы других ОС. Утилита для разбиения на партиции в РОЗ — РО/5К.
В начале каждого диска на нулевом треке располагается специальная таблица (рапицоп (аЫе). В ней находится информация о том, как будет использоваться дисковое пространство согласно различным партициям. Ее потеря означает лля администратора системы потерю всей информации в системе.
Форматирование высокого уровня (Н@№ уе! Гогта!) осуществляется средствами той ОС, которая работает в этой партиции. Во время этого форматирования создается оглавление диска и его подготовка для конкретной ОС. В различных ОС при этом выполняются различные функции. Например, для 005$ командой РОКВМАТ сканирустся диск на наличие Ба@- секторов, создается РО5 Воо!-сектор, РОЗ БАТ (ЕНе АПосайоп ТаЫс), пустая корневая директория, проводится копирование системных файлов.
Администратор системы должен выполнять форматирование высокого уровня, если требуется установить новый диск под управлением ОС либо ссть необходимость полностью стереть информацию на диске. АС должен помнить, что высокоуровневое форматирование нужно делать при определенной
температуре (указана производителем диска), предварительно сделав копию диска.
АС следует помнить, что информацию после низкоуровневого форматирования восстановить нельзя! После высокоуровневого форматирования информацию восстановить можно при условии, что после сго завершения не велась запись на диск.
Обычно операционная система регламентирует число партиций на физическом диске и выделяет специальную партицию для переноса в нее информации из Бай-сскторов. Область такой переадресации, например, в Моуе!| Месмате называется Во!-Пх [54]. Иногда физическая партиция разбивается в ОС
на логические. А иногда логическая партиция может располагаться в нескольких физических.
Разбиение на тома осуществляет администратор системы средствами ОС, работающей в данной партиции, чтобы выделить логически единые части информации. Например, том данных — том ВАТА. Том может быть частью партиции, состоять из одной целой партиции или из нескольких партиций. АС должен
учесть, что последнее крайне опасно, так как при потере какого-либо диска теряется весь том и вся информация на нем.
В начале каждого тома хранится специальная таблица УОТ (Уомте ВРейпиюп ТаЫе). Обычно она дублируется, располагаясь в нескольких местах (например, в Мешжаге — 4 копии УЮТ). В УЮТ находится информация о том, какие треки используются для этого тома в партиции.
Обычно АС на самой быстрой и надежной дисковой подсистёме располагает том 5уз(ет с системными файлами. Этот том не нужно часто копировать (сохранять), потому что системные файлы редко меняются. Отдельные тома (ОАТАЛ, ОАТА2) выделяются для данных. Здесь требуется частое их сохрансиие.
Такая технология позволяет администратору системы копировать данные в целях их восстановления в режиме «том в том» или «диск в диск» быстродействующими средствами ОС (& не медленными утилитами СУБД).
Зеркалирование. Обычно в операционных системах существует поддерживаемый ими режим дублирования дисков или каналов ввода-вывода. Рассмотрим их подробнее.
В режиме дублирования дисков (215к Миггоппв) на материнской плате устанавливается один адаптер НВА (рис. 5.3) с подсоединенным контроллером и двумя дисками (ригтпагу и зесопбагу). Диски полностью «зеркалируются», т. ©. драйверами ОС ведется параллельная запись информации на оба дис-
ка с полным её дублированием. Если один диск отказывает, система работает со вторым.
НВА-адалтер
Контроллер диска
Рис. 5.3. Зеркалирование дисков
Средства организации зеркалирования = могут быть как программными НВА НВА 2 (драйверы ОС), так и аппаратными (специальные контроллеры, — которые могут писать одновременно на два диска, что всегда быстрее). Обычно ОС поддерживает программный либо аппаратный вариант, но не оба вместе, Кроме того, лучше, что- Ржк. 5.4, Дублирование канала бы партиции на пиггог- пасда-пылода
дисках имели одинаковые размеры.
В режиме дублирования каналов ввода-вывода (О5К 4ирех! пу) дублируется весь дисковый канал ввода-вывода (рис. 5.4), т. ©. устанавливаются два адаптера НВА, два диска (для каждого свой контроллер и шина). Это увеличивает надежность в случае отказа одного из каналов ввода-вывода.
Современная дисковая подсистема ввода-вывода состоит из адаптеров на материнской плате НВА (Ном Виз Айар(ег), шины (интерфейс), дискового контроллера и непосредственно жестких дисков (рис 5.1) [54]. Совокупность этих устройств называют каналом ввода-вывода. ОС может одновременно поддер-
живать несколько каналов ввода-вывода, и эта опция может быть различной для разных версий ОС. Например, в ОС №-
Материнская плата
Шина
(интерфейс )
ввода вывода
НВА.
Диски
уе! М№е!маге м.5 их может быть 5. Скорость обработки файлов в основном определяется числом каналов ввода-вывода.
С помощью НВА команды ОС переводятся в команды соответствующего дискового контроллера и по шине поступают к контроллеру на диске. Дисковый контроллер непосредственно осуществляет запись или чтение данных. Данные, поступающие на диски, кодируются в целях получения более плотной
записи, увеличения скорости передачи и контроля ошибок записи.
Способ кодирования, способ передачи данных по шине, ширина шины существенно влияют на скорость записи на диск.
Так как обычно операционная система может поддерживать более одного канала ввода-вывода, АС должен изучить особенности работы конкретной ОС. С увеличением числа каналов ввола-вывода обычно резко растет производительность системы.
Кроме того, производительность дисковой подсистемы зависит от типа интерфейса, например $Т-506, ТЕ, $5С5!, 5АТА. И хотя часть этих интерфейсов устарела, администратору системы приходится сталкиваться © ними в повседневной работе. Кратко рассмотрим наиболее распространенные тилы
интерфейсов [54].
51-506 —первый интерфейс, разработанный компанией беава1е для дисков емкостью ние более 5 Мбайт. Контроллер диска располагался не на диске, а на материнской плате. Для дисков больших объемов применялись специальные системы кодирования записи информации на диск МЕМ (МофПев Еге-
циелсу Мойшацоп) и КЦ. (Кип Гепа! Гтйе4) [54]. Система КМ. более «плотно» записывает информацию на диск.
ТОЕ: контроллер располагается непосредственно на диске, благодаря чему скорость возрастает до 12 Мбит/с. Используется К 1 кодирование и сняты ограничения на объем дисковой памяти.
ЕШЕ — ЕпВапсей (расширенный) 10Е: добавляет специальную систему адресации для дисков системы адресации АТ Ацасйтетм (АТА) [55]. Система адресации АТА — это промышленный стандарт, который описывает способ адресации диска емкостью свыше 528 Мбайт с помощью В1О$ компьютера.
Скорость интерфейса составляет до 13,3 Мбит/с, а адаптеры на материнской плате компьютера для подключения контроллеров дисков Ноя! Виз Аар(егв (НВА) позволяют подключать ло 4 дисков и различные периферийные устройства.
Е5З0Ю! — расширенный интерфейс $Т-506, редко используется, так как был вытеснен более новыми интерфейсами $С51 и 5АТА.
$С5! (5тай Сотршег 5уз{ет$ 1т(егтасе) — это высокоскоростной параллельный интерфейс, стандартизированный АМ$! 56, 57). Он позволяет подключать к одной шине множество устройств, вытягивая их в цепочку. Интерфейс даст возможность объединять на одной шине различные по своему
назначению устройства, такие как жесткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы СР, ОУ, стриммеры, сканеры, принтеры и т. д. К каждому дисковому контроллеру $С51 можно присоединить до семи устройств. В настоящее время 5С$1 широко применяется на серверах, высокопроизводительных рабочих станциях. Скорость записи на диск достигает 600 Мбит/с.
В реализации 5С51 1 с последовательной шиной ГЕЕЕ 1394 и волоконно-оптическим кольцом ЕС-А|_ (ег СБаппе! АгтЫ1галей Гоор) возможно подключение до 127 устройств. Скорость записи достигает 800 Мбит/с. Оба конца шины $С$! должны быть терминированы (НВА и НО 1егтипацоп), т. ©. ДОЛЖНЫ
быть установлены специальные адаптеры согласно документации производителя. Их неправильная установка является основной проблемой администратора системы при поддержке дисковых подсистем данного типа.
Функциональная модель $С5! состоит из трех уровней:
— команд;
— протокола;
— соединения.
Уровень команд определяет формат и семантику команды (в модели О$1 называется прикладным уровнем). Уровень протокола определяет способ передачи команды и ответа (канальный уровень модели ©О$1). Уровень соединения определяет физический способ реализации соединения (способ кодирования, тип разъемов, допустимое напряжение — физический уровень модели О$1).
Существуют различные стандарты $С$Г \ие $СЫ, ЗА$, $С51 Ш, Онга-$СЯ!. Администратор системы должен следить за тем, чтобы все оборудование канала ввода-вывода поддерживало один и тот же стандарт.
Команды $С5! поддерживают чтение и запись данных (по четыре варианта каждого действия) и ряд команд, не относящихся к данным, например /ех!-ипй-геайу (проверка готовности устройства), /пдийгу (получение основной информации ©целевом устройстве), геай-сарасйу (получение емкости целево-
го устройства) и т.д. Набор команд, полдерживаемых целевым устройством, зависит от типа устройства. Перечислим наиболее распространснные команды $С5! (56, 57];
Тем! ипй теойу — запрос о готовности устройства к передаче данных;
Гпдиту — Запрос основной информации об устройстве;
Кедием! хепзе — запрос информации по ошибке выполнения
предыдущей команды;
Кева сарасйу — запрос информации по емкости устройства
хранения;
Кеса — чтение данных с устройства;
Иитйе — запись данных на устройство;
Мой зепзе — запрос страниц конфигурации (парамстров
устройства);
Моде хе1ес1 — настройка параметров устройства на странице
конфигурации.
В интерфейсе 5С5! реализовано около шестидесяти команд для широкого спектра устройств, включая устройства с произвольным доступом (диски) и устройства с последовательным доступом (лента). В $С5! также реализованы особые команды для доступа к сервисам слс!юзиге зегу1се5 (например, запрос текущих параметров). Так как $С51 определяет стандартный интерфейс взаимодействия с устройствами и не налагает ограничений на внутреннюю реализацию тех или иных команд, он позволяет присоединять устройства различных производителей в одном канале ввода-вывода. Именно поэтому интерфейс
получил широкое распространение в гетерогенных ИС и стал фактически промышленным стандартом на подсистему ввода-вывода для корпоративных ИС. На базе технологии $С5! строятся КА!О-системы ввода-вывода (точнее, $5С51-КА1) — для больших систем и $5АТА-КА! — для малых систем), которые
будут рассмотрены далее.
ЗАТА — бепа! АТА — высокоскоростной последовательный интерфейс обмена данными с накопителями информации (как правило, с жесткими дисками) [55]. 5АТА является развитием интерфейса АТА, который после появления $АТА был переименован в РАТА (Рага\е! АТА). Обеспечивает скорость до 600 Мбит/с. ЗАТА предполагает отказ от плоских параллельных кабелей с разъемами для двух дисков и переход к последовательной передаче данных по витой паре. Но к каждому контроллеру подключастся только один диск одним кабелем. При этом переход к последовательной шине значительно упростил
разводку проводников на материнской плате и разводку кабелей внутри корпуса компьютера. Администратору системы надо учесть, что при этом сохраняется совместимость © контроллерами АТА по регистрам и командам. Соответственно, драйверы $Т-506/10Е/Е1ОЕ могут поддерживать контроллеры
$5АТА. Но в них возможны изменения, т. ©. в общем случае необходим ирагайе от производителя ОС.
Принцип подключения двух устройств к компьютеру © помощью контроллера $АТА иллюстрируется на рис. 5.2. Адаптер НВА преобразует инструкции ОС в инструкции ХАТА. Каждое устройство в данном случае подключается к контроллеру отдельным кабелем.
Функциональная модель работы интерфейса ЗАТА состоит из четырех уровней: приложения, транспорта, связи и физический. Уровень приложения обеспечивает выполнение всех команд 5АТА. Транспортный уровень отвечает за обмен данными между ОС и контроллером. Уровень связи занимается обработкой кадров, кодированием и декодированием байт и вставкой управляющих символов. Физический уровень отвечает за передачу и прием информации по шине.
Уровень приложения содержит множество команд, предназначенных для управления устройствами.
6. Подготовка дисковой подсистемы
Любая дисковая подсистема требует подготовки для работы с ней конкретной ОС. Часто часть этой подготовки производится на заводах-производителях или компаниями поставщиками оборудования. Но АС должен хорошо представлять суть подготовки дисковой подсистемы и в некоторых случаях выполнять ее самостоятельно. Подготовка дисковой подсистемы содержит три этапа: форматирование низкого уровня, организация разделов (партиций), форматирование высокого уровня. Рассмотрим их подробнее,
Форматирование низкого уровня (Том ее! Гогта!) — это форматирование, необходимое контроллеру диска, чтобы читать его по секторам. Обычно оно выполняется на заводе производителе дисков, и соответствующая утилита прилагается к дисковой подсистеме для случая проведения этой проис-
дуры администратором системы. При форматировании низкого уровня обычно выполняются следующие действия [54]:
— проводится анализ дискового пространства на наличие ошибок;
— сектора диска разбиваются на треки (дорожки) и присваиваются идентификаторы секторов;
— помечаются испорченные сектора (Бай-сектора);
— устанавливается чередование секторов (1епсауе), когда номера секторов не совпадают с их физической последовательностью.
Чередование секторов необходимо, чтобы синхронизировать работу процессора (обработку данных) и контроллера (считывание с диска). От этого зависит скорость работы подсистемы ввода-вывода. Параметр Имелеауе определяется ОС и дисковой подсистемой (например, на стандартном ПК се \Мм-
Чоууз он равен 4).
Администратор системы должен проводить форматирование низкого уровня в случаях, когда:
— ставятся новые дисковые подсистемы (если это нс сделано производителем);
— обнаружено большое число дисковых ошибок (если средства ОС не помогают их устранить);
— необходимо поменять параметр иметсауе (но это опасная операция, при которой следует очень хорошо понимать, как именно обрабатываются данные контроллером и ОС и зачем нужно что-то менять);
— возникает необходимость персразметить Бай-сектора.
При этом АС должен помнить, что современные дисковые контроллеры предоставляют логику опережающего считывания и отложенной записи, которые снижают потребность в оптимизации производительности методом изменения имейсаус. АС должен знать, что при низкоуровневом форматировании теряется вся информация. Не рекомендуется проводить низкоуровневое форматирование для 1ОЕ дисков, если только это не требует производитель [54].
Организация разделов — это процесс разбиения жесткого диска на логические части — партиции (рапииюоп5). Необхолимость организации разделов обусловлена тем, что с данным дисковым пространством на одном компьютере может работать несколько ОС. Для каждой из них нужно свое дополнительное форматирование. Обычно при загрузке компьютера одна ОС загружается первой. Ее партиция называется первичной (ритагу рапипоп). Например, часть диска выделяется для работы под управлением ОС РОЗ, соответственно необходима одна партиция для загрузки ОО5$. Остальная часть диска может быть использована для работы других ОС. Утилита для разбиения на партиции в РОЗ — РО/5К.
В начале каждого диска на нулевом треке располагается специальная таблица (рапицоп (аЫе). В ней находится информация о том, как будет использоваться дисковое пространство согласно различным партициям. Ее потеря означает лля администратора системы потерю всей информации в системе.
Форматирование высокого уровня (Н@№ уе! Гогта!) осуществляется средствами той ОС, которая работает в этой партиции. Во время этого форматирования создается оглавление диска и его подготовка для конкретной ОС. В различных ОС при этом выполняются различные функции. Например, для 005$ командой РОКВМАТ сканирустся диск на наличие Ба@- секторов, создается РО5 Воо!-сектор, РОЗ БАТ (ЕНе АПосайоп ТаЫс), пустая корневая директория, проводится копирование системных файлов.
Администратор системы должен выполнять форматирование высокого уровня, если требуется установить новый диск под управлением ОС либо ссть необходимость полностью стереть информацию на диске. АС должен помнить, что высокоуровневое форматирование нужно делать при определенной
температуре (указана производителем диска), предварительно сделав копию диска.
АС следует помнить, что информацию после низкоуровневого форматирования восстановить нельзя! После высокоуровневого форматирования информацию восстановить можно при условии, что после сго завершения не велась запись на диск.
Обычно операционная система регламентирует число партиций на физическом диске и выделяет специальную партицию для переноса в нее информации из Бай-сскторов. Область такой переадресации, например, в Моуе!| Месмате называется Во!-Пх [54]. Иногда физическая партиция разбивается в ОС
на логические. А иногда логическая партиция может располагаться в нескольких физических.
Разбиение на тома осуществляет администратор системы средствами ОС, работающей в данной партиции, чтобы выделить логически единые части информации. Например, том данных — том ВАТА. Том может быть частью партиции, состоять из одной целой партиции или из нескольких партиций. АС должен
учесть, что последнее крайне опасно, так как при потере какого-либо диска теряется весь том и вся информация на нем.
В начале каждого тома хранится специальная таблица УОТ (Уомте ВРейпиюп ТаЫе). Обычно она дублируется, располагаясь в нескольких местах (например, в Мешжаге — 4 копии УЮТ). В УЮТ находится информация о том, какие треки используются для этого тома в партиции.
Обычно АС на самой быстрой и надежной дисковой подсистёме располагает том 5уз(ет с системными файлами. Этот том не нужно часто копировать (сохранять), потому что системные файлы редко меняются. Отдельные тома (ОАТАЛ, ОАТА2) выделяются для данных. Здесь требуется частое их сохрансиие.
Такая технология позволяет администратору системы копировать данные в целях их восстановления в режиме «том в том» или «диск в диск» быстродействующими средствами ОС (& не медленными утилитами СУБД).
Зеркалирование. Обычно в операционных системах существует поддерживаемый ими режим дублирования дисков или каналов ввода-вывода. Рассмотрим их подробнее.
В режиме дублирования дисков (215к Миггоппв) на материнской плате устанавливается один адаптер НВА (рис. 5.3) с подсоединенным контроллером и двумя дисками (ригтпагу и зесопбагу). Диски полностью «зеркалируются», т. ©. драйверами ОС ведется параллельная запись информации на оба дис-
ка с полным её дублированием. Если один диск отказывает, система работает со вторым.
НВА-адалтер
Контроллер диска
Рис. 5.3. Зеркалирование дисков
Средства организации зеркалирования = могут быть как программными НВА НВА 2 (драйверы ОС), так и аппаратными (специальные контроллеры, — которые могут писать одновременно на два диска, что всегда быстрее). Обычно ОС поддерживает программный либо аппаратный вариант, но не оба вместе, Кроме того, лучше, что- Ржк. 5.4, Дублирование канала бы партиции на пиггог- пасда-пылода
дисках имели одинаковые размеры.
В режиме дублирования каналов ввода-вывода (О5К 4ирех! пу) дублируется весь дисковый канал ввода-вывода (рис. 5.4), т. ©. устанавливаются два адаптера НВА, два диска (для каждого свой контроллер и шина). Это увеличивает надежность в случае отказа одного из каналов ввода-вывода.
Поддержка дисковой подсистемы
7. Организация кабельных систем зданий
а