Методика восстановления данных при различных файловых системах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство высшего и среднего специального образования республики Узбекистан

Самаркандский профессиональный колледж

информационно - коммуникационных технологий и промышленности

Кафедра: ИКТ и информатики

Дипломный проект

Тема: "Методика восстановления данных при различных файловых системах"

Подготовил: студент гр. № 3.1

Сулейманов Эскандер

Руководитель

дипломного проекта:

Соловьёв К.В.

Самарканд 2010 г.

Отзыв

На проектную работу учащегося Самаркандского колледжа информационно-коммуникационных технологий и промышленности Сулейманова Эскандера

Представленная работа вполне отвечает требованиям, предъявляемых к работам по установке и наладке устройств персонального компьютера.

В связи с тем, что Сулейманов Эскандер в достаточной степени знает принцип работы устройств персонального компьютера, то проект практикант выполнил самостоятельно и данный проект может являться инструкцией по наладке и обслуживанию устройств персонального компьютера. Практическая реализация также проведена самим практикантом.

Проект хорошо оформлен и может служить инструкцией по установке и наладке устройств персонального компьютера.

Руководитель преддипломной практики: / Соловьёв К.В. /

Проектная заявка

Фазы проекта с указанием оперативного календарного планирования:

Оценка

Балы (0-10): 10?9- "отлично"; 8?7-"хорошо"; 6-"удовлетворительно"; 5?1-"неудовлетворительно"; 0-работа не выполнена или списана.

Область оценки	Критерии	Баллы (0?10)	Коэффициент	Результат
Формальное оформление	- общее впечатление от документации и оформления		* 0.5
Языковое оформление	- языковая выразительность, орфография, правописание, термины.		* 0.5
Законченность	- оглавление вполне в соответствии со структурой, нумерация страниц, приложение.		* 1.0
Ясность и возможность последующего осуществления	- исходное положение согласно анализу фактического состояния. - понятность постановки задачи. - возможность последующего осуществления. - приемлемое представление проектной среды. - приемлемое представление рамок проекта.		* 2.0
Убедительность осуществления	- описание способа действия/методики. - возникшие проблемы и решения. - обоснование принятия решения.		* 2.0
Убедительность результатов	- представление результата. - меры по обеспечению качества (например тестовое испытание). - отклонение по сравнению с ожидаемым результатом с обоснованием.		* 2.0
Затраты времени	- убедительны ли затраты времени. - находятся ли затраты времени в пределах предписываемых минимальных и максимальных рамок.?		* 1.0
Относящиеся к практике документы и данные.	- являются ли относящиеся к практике документы и данные в приложении к проекту уместными и комплектными? (например: исходный код в программировании, руководство, тестовые данные, иллюстрирующая документация.)		* 1.0
Сумма: Итоговая оценка: (сумма, полученная по 100 бальной системе, делится на 10)

Отзыв наставника на проектную работу, выполненную на предприятии

ФИО выпускника	Сулейманов Эскандер	ФИО наставника	Тоджиев Абдурахмон
Колледж	Самаркандский колледж ИКТ	Место работы:	СП "Афросиаб-мева"
Профессия	Специалист ИКТ с уклоном на электронику	должность:	Ведущий специалист
ТЕМА ПРОЕКТНОЙ РАБОТЫ	"Методика восстановление данных при различных файловых системах"

Введение

Я проходил учебную преддипломную практику в СП "Афросиаб-мева". Фирма занимается переработкой сельхоз продуктов и производством продуктов питания. У фирмы со временем возникла острая необходимость установить эффективную систему защиты и восстановления данных в связи с переводом ведения бухгалтерского и складского учета на компьютер. В типовой конфигурации уже используются Mother Board фирмы Gigabit под чипсет i895.

Анализ исходных условий

Фирма имеет в своём распоряжении семнадцать компьютеров, которые связаны в локальную сеть и имеют выход в Интернет. Компьютеры расположены в разных помещениях разных зданий.

На всех компьютерах установлена ОС Windows XP, пакет MS Office и другие промышленные и бухгалтерские программы, а также во всех системных блоках установлены Mother Board от Gigabit for i895 чипсет и установлены 80 G ATA/IDE дисководы .

Постановка задачи

Целью данного проекта является, разработка методики для проведения установки эффективной системы защиты и восстановления данных, а также обучение сотрудников фирмы методам администрирования различных PC в организации для осуществления технического обслуживания. Данная задача должна осуществляться специальными приспособлениями и стандартным инструментом, а также средствами OS Windows и специальными утилитами.

В задачу замены системной платы, входит выполнение следующих действий:

· подключить системный блок к питающей сети;

· присоединить все отключенные кабели;

· прикрутить крепежные винты и установить съемную крышку

· загрузить операционную систему;

· произвести установку системы восстановления .

· настроить систему в целом с учетом типа компьютера;

· выполнить тестирование системного блока и подключенных к нему устройств;

Структуры диска FAT

Жесткий диск -- основное устройство хранения данных. Он может иметь различную структуру хранения файлов и каталогов, которая обеспечивает непосредственное расположение данных на диске. Файловая система чаще всего интегрирована в операционную, а некоторые операционные системы поддерживают несколько файловых систем.

Большинство существующих на сегодняшний день файловых систем построены на основе таблицы размещения файлов (File Allocation Table -- FAT), которая содержит дорожки данных в каждом кластере на диске. Существует несколько типов файловой системы FAT -- FAT 12, FAT 16 и FAT 32. Они отличаются количеством цифр, используемых в таблице размещения файлов. Другими словами, в FAT 32 используется 32-разрядное число для хранения дорожки данных в каждом кластере, в FAT 16 -- 16-разрядное число и т.д. В настоящее время существуют следующие типы файловой системы FAT:

¦ FAT 12, используемая в разделах емкостью не более 16 Мбайт (например, дискета);

¦ FAT 16, используемая в разделах емкостью от 16 Мбайт до 2 Гбайт;

¦ FAT 32, используемая (необязательно) в разделах емкостью от 512 Мбайт до 2 Тбайт.

Файловые системы FAT 12 и FAT 16 изначально применяются в DOS и Windows и поддерживаются практически всеми известными на сегодняшний день операционными системами. Большинство персональных компьютеров поставляется с жесткими дисками, на которых установлена одна из файловых систем FAT. Файловая система FAT 32 поддерживается операционной системой Windows 95B и более поздними версиями, а также Windows 2000, которая также поддерживает файловую систему NTFS. Некоторые операционные системы имеют собственную файловую систему. Например, Windows NT и Windows 2000 поддерживают файловую систему NT File System (NTFS); OS/2 поставляется с собственной файловой системой High Performance File System (HPFS).

В этой главе речь идет о файловой системе FAT, а также рассматриваются возможности новой системы FAT 32 и NTFS.

Для обеспечения пользовательским приложениям доступа к файлам независимо от типа используемого диска в операционной системе предусмотрено несколько структур. Эти структуры поддерживаются системами Windows 9x, Windows NT и Windows 2000 и представлены ниже в порядке расположения на диске:

¦ загрузочные секторы главного и дополнительного разделов;

¦ загрузочный сектор логического диска;

¦ таблицы размещения файлов (FAT);

¦ корневой каталог;

¦ область данных;

¦ цилиндр для выполнения диагностических операций чтения/записи.

В отличие от жесткого диска, на дискетах нет загрузочных секторов главного и дополнительного разделов и диагностического цилиндра. Эти структуры создаются программой Fdisk, которая не применяется для дискет, так как они не могут быть разбиты на разделы. На рис. 26.1 представлено взаимоотношение этих структур на диске Western Digital Caviar AC 12100 размером 2 111 Мбайт. Каждая дисковая область применяется для конкретной цели. Повреждение одной из перечисленных областей обычно приводит к ограничению доступа к другим областям, вызывая сбои в работе. Например, операционная система не сможет получить доступ к диску, если повреждена главная загрузочная запись. Таким образом, понимание логики работы каждой структуры и их взаимодействия оказывает значительную помощь в устранении неполадок.



Загрузочный сектор главного раздела

Впервые поддержка жестких дисков была реализована в DOS 2.0, выпущенной в 1983 году. В этой операционной системе впервые использовалась 16-разрядная файловая система FAT и поддерживалось деление диска на разделы, т.е. создание на диске логических томов. Выполнять разделение диска необходимо даже в том случае, если вы собираетесь использовать только один раздел.

Разделы диска иногда называют логическими томами, поскольку операционная система присваивает каждому из них отдельную букву.

В настоящее время практически все накопители на жестких дисках делятся на несколько разделов, с которыми работает установленная операционная система.

Однако, разделив диск, можно установить несколько операционных систем -- по одной в каждый раздел, и эти системы смогут нормально сосуществовать на одном диске.

Такая мультизагрузка становится все более популярной в настоящее время.

Чтобы установить на один жесткий диск несколько операционных систем, его надо разбить на разделы. Например, вы можете с помощью программы Fdisk создать на диске один или несколько разделов для установки на них DOS или Windows 9x, а оставшуюся часть диска предоставить для другой операционной системы. Каждый раздел в операционной системе будет иметь вид отдельного диска.

Информация о каждом разделе сохраняется в загрузочном секторе раздела (или логического диска) в начале каждого раздела.

Существует также основная таблица списка разделов, помещенная в загрузочный сектор главного раздела.

Загрузочный сектор главного раздела (или главная загрузочная запись (Master Boot Record-- MBR)) является первым сектором на жестком диске (цилиндр 0, головка 0, сектор 1) и состоит из двух элементов.

¦ Таблица главного раздела. Содержит список разделов на диске и расположение загру зочных секторов соответствующих логических дисков. Эта таблица очень маленькая и может содержать максимум четыре записи. Таким образом, для получения большего количества разделов в операционной системе (например, DOS) можно создать один дополнительный раздел и поместить в него несколько логических дисков.

¦ Главный загрузочный код. Небольшая программа, которая выполняется системной BIOS. Основная функция этого кода -- передача управления в раздел, который обо значен как активный (или загрузочный).

Основные и дополнительные разделы FAT

Количество разделов на всех жестких дисках в системе может достигать 24. Это означает, что в компьютере может быть установлено либо 24 отдельных накопителя, в каждом из которых имеется по одному разделу, либо один жесткий диск с 24 разделами, либо несколько накопителей с разным количеством разделов, но при условии, что общее количество разделов не больше 24.

Если общее количество разделов превысит эту цифру, DOS просто проигнорирует их, хотя другие операционные системы могут работать и с большим количеством томов.

Такое ограничение DOS связано с тем, что в латинском алфавите от C до Z всего 24 буквы.

В начале каждого раздела DOS содержится загрузочный сектор логического диска.

Разбивая диск на разделы, необходимо создать активный (или загрузочный) раздел.

Программа, содержащаяся в самом первом секторе на жестком диске, определяет, какой раздел активен, и передает управление его загрузочному сектору. Вы также можете создать дополнительный раздел диска для Novell NetWare, NTFS (Windows NT), HPFS (OS/2), AIX (UNIX), XENIX или другой файловой системы, используя системный диск с соответствующей программой разделения диска.

Разделы, используемые этими операционными системами, недоступны при работе в DOS. Все дело в различиях между файловыми структурами. DOS использует структуру FAT, которая также поддерживается OS/2, Windows NT и некоторыми другими операционными системами.

В то же время в OS/2 обычно вместо FAT применяется файловая система HPFS (High Performance File System), a Windows NT пользуется собственной файловой системой NTFS (NT File System) и т.д.

В табл. 1 приведен формат таблицы разделов, которая хранится в секторе главной загрузочной записи.

Таблица 1. Главная загрузочная запись (таблица разделов)

Слово соответствует двум байтам в обратном порядке, двойное слово -- двум словам в обратном порядке.

В табл. 2 приведены стандартные, а в табл. 3 -- нестандартные значения байта идентификации системы.

Таблица 2. Байт идентификации системы в таблице разделов (стандартные значения)

При восстановлении поврежденного диска приведенные в табл. 2 и 3 значения можно ввести с помощью программы Diskedit из пакета Norton Utilities.

Загрузочный сектор

Загрузочный сектор -- это первый сектор на любом логическом диске DOS. Например, на дискете или на диске Zip это самый первый физический сектор, так как дискету нельзя разбить на разделы и она имеет только один логический диск. На жестком диске загрузочный сектор (секторы) располагается в начале каждого раздела, не являющегося дополнительным, или в начале любой области диска, распознаваемой как логический диск DOS.

Эти секторы немного похожи на загрузочные секторы разделов, так как содержат таблицы со специальной информацией о логическом диске.

¦ Блок параметров диска, в котором содержится специфическая информация, например размер раздела, количество используемых секторов диска, размер кластера и метка тома.

¦ Загрузочный код -- программа, которая начинает процесс загрузки операционной сис темы. Для DOS и Windows 9x/Me это файл Io . sys.

Загрузочный сектор дискеты загружается ROM BIOS, а при загрузке системы с жесткого диска MBR передает управление загрузочному сектору активного раздела. В обоих случаях загрузочный сектор логического диска получает управление. Он выполняет некоторые проверки и затем пытается прочитать с диска первый системный файл (в DOS/Windows это файл Io . sys). Загрузочный сектор не виден, так как находится вне области хранения файлов логического диска.

Загрузочный сектор логического диска создается программой DOS и Windows 9x Format. На жестком диске загрузочные секторы есть в начале каждого логического диска как в основном, так и в дополнительном разделах. Все загрузочные секторы наряду с данными о логическом диске содержат специальную запись, однако при загрузке выполняется код только того сектора, который находится в активном разделе. Остальные секторы просто считываются операционной системой для определения параметров логических дисков.

Загрузочный сектор логического диска состоит из программы (выполняемого кода) и области данных. Эта информация необходима операционной системе для определения размера логического диска и размещения таких структур, как FAT. Формат блока параметров диска весьма специфичен. Ошибки в этом блоке могут привести к проблемам при загрузке DOS или к отсутствию доступа к диску.

В табл. 4 приведены форматы загрузочного сектора DOS различных версий.\

Таблица 26.4. Форматы загрузочной записи различных версий DOS

Корневой каталог

Каталог -- это база данных, содержащая информацию о записанных на диске файлах. Каждая запись в ней имеет длину 32 байт, и между записями не должно быть никаких разделителей. В каталоге сохраняется практически вся информация о файле, которой располагает операционная система.

¦Имя файла и расширение -- восемь символов имени и три символа расширения; точка между именем и расширением файла подразумевается, но не включается в эту запись.

¦ Байт атрибутов файла, содержащий флаг, который представляет стандартные атри буты файла.

¦ Время и дата создания файла или его модификации.

¦ Размер файла в байтах.

¦ Ссылка на начальный кластер -- номер кластера, с которого начинается файл.

Информация о расположении файла, т.е. расположении оставшихся кластеров, содержится в FAT.

Существует два основных типа каталогов: корневой каталог и подкаталог. Различаются они максимальным количеством хранящихся файлов. На каждом логическом диске в фиксированном месте, сразу же за копиями FAT, располагается корневой каталог. Размеры корневых каталогов варьируются в зависимости от размера диска, но каждый конкретный корневой каталог имеет фиксированное максимальное число файлов. Длина корневого каталога фиксируется при создании логического диска и не может быть изменена в процессе работы. Размер корневого каталога различных накопителей приведен в табл. 5. В отличие от корневого каталога, подкаталог может хранить произвольное количество файлов и расширяться по мере необходимости.

Таблица 5. Размер корневого каталога

Все каталоги имеют одинаковую структуру. Записи в этой базе данных сохраняют важную информацию о файлах, которая связана с информацией, хранящейся в FAT, посредством одного из полей записи -- номера первого занимаемого файлом кластера на диске. Если бы все файлы на диске не превышали размеров одного кластера, потребности в FAT вообще бы не возникло. В FAT содержится информация о файле, отсутствующая в каталоге, -- номера кластеров, в которых расположен весь файл.

Чтобы отследить расположение всего файла на диске, обратитесь к каталогу и выясните номер первого кластера и длину файла. Затем, используя таблицу размещения файлов, просмотрите цепочку кластеров, занимаемых файлом, пока не дойдете до конца файла.

Формат 32-байтовой записи в каталоге приведен в табл. 6.

Таблица 6. Формат каталога

Смещение

Слово соответствует двум байтам в обратном порядке, двойное слово -- двум словам в обратном порядке.

Имена файлов и их расширения записаны с привязкой к левому краю и дополнены до максимальной длины пробелами, т.е. имя файла AL будет реально сохранено как AL, где точки обозначают пробелы.

В табл. 7 приводятся используемые в записях каталогов атрибуты файлов.

Таблица 7 Атрибуты файлов

Позиция бита в шестнадцатеричном формате

Таблица размещения файлов

Таблица размещения файлов (FAT) содержит номера кластеров, в которых расположены файлы на диске. Каждому кластеру в FAT соответствует одно число. Секторы, не содержащие пользовательских данных (файлов), не отражены в FAT. К таким секторам относятся загрузочные секторы, таблицы размещения файлов и секторы корневого каталога.

В файловой системе FAT дисковое пространство разбивается не на секторы, а на группы секторов, которые называются кластерами (ячейками размещения). Кластер содержит один или несколько секторов. Размер кластера определяется при делении диска на разделы с помощью программы Fdisk и зависит от размера создаваемого раздела. Наименьший размер диска, который может занимать файл ненулевого размера, -- один кластер. Каждый файл использует целое число кластеров. Например, если файл занимает на один байт больше размера кластера, то для его размещения на диске будет выделено два кластера.

FAT -- это электронная таблица, управляющая распределением дискового пространства. Каждая ячейка этой таблицы связана с определенным кластером на диске. Число, содержащееся в этой ячейке, сообщает о том, использован ли данный кластер под какой-либо файл и, если использован, где находится следующий кластер этого файла.

Каждая ячейка FAT хранит шестнадцатеричное значение длиной 12 или 16 бит. Шестнадцатиразрядные FAT более удобны в работе, так как значительно легче редактировать поля размером в два байта, чем в полтора. Чтобы самостоятельно отредактировать FAT, вы должны выполнить некоторые математические преобразования для получения номера кластера. К счастью, многие программы позволяют отредактировать FAT автоматически. В большинстве этих программ номера кластеров представлены в десятичном виде, наиболее удобном для пользователей. В табл. 26.9 приведены данные о каталоге и FAT (файл не фрагментирован).

В FAT кластеры с ненулевыми значениями используются, а специальное значение указывает дальнейшее расположение файла. В рассматриваемом примере в кластере 1000 указывается кластер 1001, в 1001 -- 1002, в 1002-- 1003, а в 1003 записано значение FFFFh, т.е. на этом кластере файл заканчивается. Рассмотрим пример с фрагментированным файлом. Пусть файл Usconst. txt записан, начиная с кластера номер 1000. А файл Pledge . txt начинается с кластера 1002. Таким образом, файл Usconst. txt становится фрагментированным. Описанная ситуация иллюстрируется данными в табл. 9

Таблица 9 Записи о фрагментированном каталоге FAT

В данном примере в файл Usconst. txt "внедряется" файл Pledge . txt, что приводит к непоследовательному расположению файлов на диске, т.е. фрагментации. В операционных системах DOS и Windows есть программы дефрагментации, которые перемещают файлы для их последовательного размещения на диске.

Первые две записи FAT зарезервированы и содержат информацию о самой FAT, все остальные указывают на соответствующие кластеры диска. Большинство записей FAT состоит из ссылок на кластеры, в которых содержатся части определенного файла, а некоторые содержат специальные шестнадцатеричные значения:

¦ 0000h -- кластер не используется;

¦ FFF7h -- как минимум один сектор в кластере поврежден и не может быть использо ван для хранения данных;

¦ FFF8h--FFFFh -- кластер содержит конец файла.

Тип используемых FAT определяется программой Fdisk, хотя записываются они в процессе форматирования высокого уровня программой Format. На всех дискетах применяется 12-разрядная FAT, а на жестком диске может использоваться как 12-, так и 16-разрядная FAT, в зависимости от размера логического диска. На дисках размером меньше 16 Мбайт (32 768 секторов) применяется 12-разрядная FAT, на дисках большего размера-- 16-разрядная, а на дисках размером более 512 Мбайт при использовании Windows 95 OSR2 и Windows 98 -- 32-разрядная FAT.

Программа Fdisk обычно создает на одном диске две копии FAT. Каждая копия занимает несколько последовательных секторов на диске, и вторая копия записывается непосредственно после первой. К сожалению, операционная система использует вторую копию FAT только в том случае, когда невозможно прочитать секторы, содержащие первую копию. Таким образом, если первая копия FAT пропадет (весьма распространенная ситуация), операционная система не будет использовать вторую копию. Даже команда Chkdsk не проверяет вторую копию FAT. Кроме того, каждый раз, когда операционная система обновляет первую копию FAT, большие участки первой копии автоматически копируются во вторую. Если же первая копия повреждена, то и вторая окажется поврежденной: после обновления FAT вторая копия отражает все изменения в первой копии, включая и ошибки. Обе копии FAT редко отличаются одна от другой, по крайней мере в течение продолжительного срока: при обновлении первая копия FAT автоматически копируется во вторую.

Учитывая все это, можно сказать, что применение второй копии FAT ограничивается только операциями по восстановлению дефектных данных. Но даже в такой ситуации использовать вторую копию FAT можно только в том случае, когда проблема решается немедленно, не дожидаясь очередного обновления FAT.

Кластер (ячейка размещения)

Термин кластер в DOS 4.0 был заменен термином ячейка размещения (allocation unit). Новый термин -- синоним старого, так как кластер является наименьшей ячейкой на диске, которой может оперировать система при чтении или записи файла на диск. Кластер соответствует одному или (чаще всего) нескольким секторам. Это позволяет уменьшить размер FAT и ускорить работу операционной системы, так как ей приходится оперировать меньшим числом распределяемых ячеек. В то же время с увеличением размера кластера на диске растет и размер неиспользуемого дискового пространства, так как его распределение происходит с дискретностью в один кластер.

В табл. 10 приведены стандартные размеры кластеров для различных форматов дискет.

Довольно странным является то обстоятельство, что некоторые дискеты высокой плотности имеют меньший размер кластера, чем дискеты низкой плотности. Увеличивается размер FAT, увеличивается количество записей, которые должна обрабатывать операционная система, и замедляется работа самой системы. Меньший размер кластера позволяет уменьшить размер неиспользуемого дискового пространства. Все пространство между концом файла и концом последнего занимаемого кластера не используется, и в результате, чем больше размер кластера, тем больше потери дискового пространства. Кроме того, дисководы высокой плотности работают быстрее, чем их "родственники" низкой плотности. Все это позволило IBM и Microsoft пойти на уменьшение размера кластера в дискетах высокой плотности, хотя при этом и увеличивается FAT.

Таблица 10. Стандартные размеры кластеров для дискет

Для жестких дисков размер кластера может варьироваться в зависимости от размера раздела диска. В табл. 11 приведены размеры кластеров в зависимости от размера логического диска.

Таблица 11. Стандартные размеры кластеров

Использование кластеров больших размеров ощутимо сказывается на работе системы. Например, на диске емкостью 2 Гбайт, содержащем 5 000 файлов, со средней потерей дискового пространства в полкластера на один файл суммарные потери дискового пространства составят около 78 Мбайт [5000х(0,5х32)].

Размер кластера и структура FAT определяют максимально возможный размер раздела. Поскольку FAT использует записи размером 16 байт для ссылки на кластер в разделе, максимально возможное число кластеров может равняться 65 536 (216). Максимальный размер кластера -- 32 Кбайт, следовательно, максимально возможный размер раздела -- 2 047,6875 Мбайт.

Операционные системы Windows 95 OSR2x и Windows 98 поддерживают 32-разрядную FAT с размером кластера до 64 Кбайт. С одной стороны, использование большего количества маленьких кластеров позволяет уменьшить потери дискового пространства, а с другой -- большие кластеры необходимы для больших логических дисков. Так, использование 32-разрядных FAT позволяет превысить существующий на данный момент лимит в 2 Гбайт для одного раздела до 2 Тбайт (2 048 Гбайт). Вообще же, предел в 2 Гбайт существует только для DOS; такие операционные системы, как Windows 9x и Windows NT, давно уже его преодолели.

Область данных

Область данных диска -- это область, следующая за загрузочным сектором, таблицами размещения файлов и корневым каталогом на любом логическом диске. Эта область контролируется с помощью FAT и корневого каталога и делится на ячейки размещения, называемые кластерами. В этих кластерах и располагаются сохраняемые на диске файлы.

Цилиндр для диагностических операций чтения и записи

Программа разбиения диска на разделы Fdisk всегда резервирует последний цилиндр жесткого диска для выполнения диагностических операций. Из-за этого Fdisk указывает меньшее количество цилиндров, чем существует на самом деле. Операционная система не использует этот цилиндр, поскольку он находится вне разделов.

В системах с дисковыми интерфейсами IDE или SCSI контроллер должен выделить дополнительную область после разделов для хранения таблицы испорченных дорожек и запасных секторов. В этом случае разница между фактическим числом цилиндров и тем, что показывает Fdisk, будет еще больше.

Область диагностики позволяет выполнять тестирование чтения/записи жесткого диска, не повреждая данных на диске. Программы форматирования жестких дисков на низком уровне обычно используют этот цилиндр для тестирования чередования диска либо для хранения необходимой во время форматирования информации.

VFAT и длинные имена файлов

В оригинальной операционной системе Windows 95 используется та же файловая система, что и в DOS, но с важными улучшениями. В Windows 95 поддерживается файловая система FAT, переписанная в 32-разрядный код и названная виртуальной таблицей размещения файлов (virtual file allocation table -- VFAT). VFAT используется вместе с 32-разрядной программой VCACHE (заменившей 16-разрядную программу SMARTDrive из DOS и Windows 3.1), что обеспечивает более высокую производительность файловой системы. Однако основное существенное улучшение новой файловой системы -- это поддержка длинных имен файлов. Системы DOS и Windows 3.1 ограничивались стандартом "восемь-точка-три" при именовании файлов, поэтому добавление поддержки длинных имен файлов было приоритетной задачей, которую необходимо было решить разработчикам Windows 95, тем более что пользователи операционных систем Macintosh и OS/2 уже вовсю применяли эти возможности. Таким образом, создатели Windows 95 должны были обеспечить обратную совместимость, т.е. необходимо было реализовать в файловой системе все новые свойства и, кроме того, не "обделить" пользователей предыдущих версий DOS и Windows. Кстати, обратная совместимость -- одна из самых распространенных проблем в мире персональных компьютеров.

В системе VFAT файлу или каталогу можно присваивать имя длиной до 255 символов (включая путь к этому файлу или каталогу). В Windows 95 от трехсимвольного расширения не отказались, поскольку в этой операционной системе (как и в предыдущих версиях Windows) с помощью расширения создается ассоциация типа "файл-приложение". В длинных именах файлов можно использовать пробелы, а также символы + ,; = [], которые нельзя было использовать в стандартных (восемь-точка-три) именах файлов DOS.

При создании длинного имени файла создается его псевдоним, удовлетворяющий стандарту "восемь-точка-три". В Windows 9х файловая система VFAT выполняет это следующим образом.

1. Первых три символа после последней точки в длинном имени файла становятся рас ширением псевдонима.

Первых шесть символов длинного имени файла (за исключением пробелов, которые игнорируются) преобразуются в символы верхнего регистра и становятся первымишестью символами стандартного имени файла. Недопустимые в стандартном имени файла символы (+,; = []) преобразуются в символы подчеркивания.

3. VFAT добавляет символы ~1 (седьмой и восьмой) к псевдониму имени файла. Если первых шесть символов нескольких файлов одинаковы, то для разрешения конфликтов имен добавляются символы ~2, ~3 и т.д.

VFAT хранит псевдонимы длинных имен в поле стандартных имен файлов записи каталога файлов. Таким образом, все версии DOS и Windows могут получить доступ к файлу под длинным именем с помощью его псевдонима. Остается еще одна проблема: как хранить 255 символов имени файла в 32 байтах записи каталога, ведь каждый символ имени файла -- это один байт? Модифицировать структуру записи каталога нельзя, поскольку тогда предыдущие версии DOS не смогут использовать ее.

Разработчики файловой системы решили эту проблему следующим образом: были добавлены дополнительные записи каталога для хранения длинных имен файлов. Чтобы предыдущие версии DOS не повредили этих дополнительных записей каталога, VFAT устанавливает для них атрибуты, которые нельзя использовать для обычного файла: только для чтения, скрытый, системный и метка тома. Такие атрибуты DOS игнорирует, а следовательно, длинные имена файлов остаются "нетронутыми".

Существует еще одна проблема, связанная с длинными именами файлов: приложения, не умеющие работать с длинными именами файлов, при открытии такого файла и его последующем сохранении будут записывать его псевдоним в дополнительные записи каталога, следовательно, длинное имя файла будет утрачено.

Старые программы для работы с диском, такие как Norton Disk Doctor, не могут работать с VFAT. Эти программы игнорируют дополнительные записи каталога. Поэтому после "восстановления" диска с помощью таких программ вы можете не найти длинных имен файлов.

Существует еще одна проблема с длинными именами файлов, которая заключается в следующем. VFAT создает новый псевдоним всякий раз при создании или копировании файла в новый каталог. Например, файл Expenses- January98 . doc сохраняется в папке под псевдонимом EXPENS~1.DOC. Если с помощью программы Windows 9x Explorer скопировать этот файл в папку, в которой уже существует файл Expenses-December97 . doc с псевдонимом EXPENS~1. DOC, то VFAT создаст в этой папке для копируемого файла новый псевдоним EXPENS~2 .DOC. Причем пользователь не будет уведомлен о таком "самоуправстве". Для программ, поддерживающих длинные имена файлов, такое копирование не проблема: все длинные имена файлов сохраняются. Если же запустить приложение, которое не поддерживает длинных имен файлов, то, открыв файл EXPENS~1.DOC, пользователь обнаружит, что это файл Expenses-December97.doc, а не Expenses-January98.doc.

FAT 32

Когда разрабатывалась FAT, жесткие диски размером 2 Гбайт можно было встретить разве что в научно-фантастических романах. В настоящее время практически все системы нижнего уровня оснащаются жестким диском не менее 2 Гбайт, а чаще всего 16 или 20 Гбайт. При использовании стандартной FAT вы можете создать раздел размером не более 2 Гбайт. Это ограничение приводит к тому, что пользователи больших жестких дисков испытывают неудобства в организации файлов: в их распоряжении несколько дисков.

Для устранения этого ограничения Microsoft предложила новую файловую систему с расширенными возможностями, называемую FAT 32. Эта файловая система работает как стандартная FAT, но имеет отличия в организации хранении файлов. Кроме того, FAT 32 можно установить с помощью программы Fdisk, в отличие от VFAT, которая является частью Vmm. vxd. Система FAT 32 была впервые реализована в Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2). Она встроена также и в Windows 98/Me, а также в Windows 2000.

Основное преимущество FAT 32 -- это возможность использования 32-разрядных записей, вместо 16-разрядных, что приводит к увеличению числа кластеров в разделе до 268 435 456 (вместо 65 536, или 216). Это значение эквивалентно 228, а не 232, поскольку четыре бита из 32 зарезервированы для других целей.

При использовании FAT 32 размер раздела может достигать 2 Тбайт (1 Тбайт равен 1 024 Мбайт). Новая файловая система может иметь 4 294 967 296 (232 ) кластеров размером 512 байт, а размер единичного файла может составлять 4 Гбайт.

Существует еще одно отличие FAT 32 от ее предшественниц -- положение корневого каталога: он не занимает фиксированного места на диске, как в FAT 16. Корневой каталог в FAT 32 может располагаться в любом месте раздела и иметь любой размер. Устранение ограничений записей корневого каталога обеспечивает динамическое изменение размера раздела FAT 32. Однако Microsoft не реализовала это замечательное свойство в операционных системах Windows 9x, чем и воспользовались независимые разработчики, такие как фирма Power-Quest, создавшая программу PartitionMagic.

Основной недостаток FAT 32 -- несовместимость с предыдущими версиями DOS и Windows 95. Вы не сможете загрузить предыдущую версию DOS или оригинальную Windows 95 с диска с файловой системой FAT 32, кроме того, раздел с FAT 32 будет недоступен этим системам при их загрузке с другого диска.

Размер кластера FAT 32

Поскольку раздел FAT 32 имеет больше кластеров, чем раздел FAT 16, размер кластера уменьшается. Использование меньшего кластера снижает потери дискового пространства. Например, раздел размером 2 Гбайт с 5 000 файлов в FAT 32 использует кластер размером 4 Кбайт, вместо 32 Кбайт в FAT 16. Такое уменьшение размера кластера снижает потери дискового пространства с 78 до 10 Мбайт.

Для сравнения FAT 16 и FAT 32 необходимо посмотреть, как в этих файловых системах организовано хранение данных. Номера кластеров в FAT 16 хранятся в виде 16-разрядных записей (0000h-FFFFh). Максимальное значение FFFFh соответствует десятичному 65 536, но несколько значений зарезервированы для специальных целей. Реальное число кластеров в FAT 16 лежит в диапазоне 0002h-FFF6h, или 2-65 526. Таким образом, для хранения файлов используется 65 524 кластера. Типичная запись о файле в FAT 16 представлена в табл. 12

Таблица 12. Записи файлов в файловой системе FAT 16

В FAT 32 количество кластеров лежит в диапазоне 00000000h-FFFFFFFFh, или 0-- 4 294 967 295. Как и в FAT 16 верхние и нижние кластеры зарезервированы для специальных целей и их номера лежат в диапазоне 00000002h-FFFFFFF6h, или 2-4 294 967 286. Таким образом, для хранения файлов можно использовать 4 294 967 284 кластера. Накопитель на жестких дисках разбит на большее количество кластеров, каждый из которых становится меньше, что снижает потери дискового пространства. Пример записей о файле в FAT 32 приведен в табл. 14.



В табл. 15 приведен размер кластера при использовании FAT 32 с различными размерами разделов.

Таблица 15. Размер кластера файловой системы FAT 32

Уменьшение размера кластера приводит к увеличению записей в FAT. Раздел размером 2 Гбайт с FAT 32 использует 524 288 записей, в то время как аналогичный раздел с FAT 16 использует 65 536 записей. Следовательно, таблица FAT 16 имеет размер 128 Кбайт (65 536 записей х 16 бит = 1 048 576 бит, или 131 072 байт, или 128 Кбайт), а таблица FAT 32 -- 2 Мбайт.

Размер FAT существенно влияет на производительность файловой системы. В Windows 9x модуль VCACHE пытается загрузить FAT в оперативную память для повышения производительности системы. Выбор кластера размером 4 Кбайт на дисках емкостью до 8 Гбайт обеспечивает компромисс между производительностью и размером FAT в оперативной памяти.

Несмотря на то что размер FAT в файловой системе FAT 32 практически в двадцать раз больше, чем в FAT 16, появляется незначительный (менее 5%) прирост производительности FAT 32 в операционной системе Windows 9x. Это отчасти достигается использованием в персональных компьютерах самых современных накопителей на жестких дисках.

Зеркальная копия файловой системы

FAT 32 также использует преимущества двух копий FAT в разделе диска. Как и в FAT 16, в FAT 32 первая копия является основной и периодически копирует данные в дополнительную копию FAT. В FAT 32 при появлении проблем с главной копией FAT система переключается на дополнительную копию, которая становится главной. Помимо этого, система прерывает процесс создания зеркальной копии FAT, чтобы предотвратить потерю данных.

Создание раздела FAT 32

Для создания раздела с FAT 32 в Windows 9x необходимо использовать программу Fdisk в командной строке так же, как при создании раздела с FAT 16. При запуске этой программы будет выполнено тестирование диска и, если его размер превышает 512 Мбайт, появится следующее сообщение:

Компьютер имеет диск емкостью более 512 Мбайт. Данная версия Windows включает поддержку больших дисков и позволяет эффективнее использовать место на таких дисках, а также форматировать диски размером более 2 Гбайт как один диск.

ВНИМАНИЕ! Если включить поддержку больших дисков и создать на них новый диск, невозможно будет получить доступ к новому диску из другой операционной системы, включая некоторые версии Windows 95 и Windows NT, а также более ранние версии Windows и MS DOS. Кроме того, дисковые служебные программы, которые не поддерживают явно файловую систему FAT32, не смогут работать с этим диском. Если собираетесь обращаться к этому диску из других операционных систем или более старых служебных программ, не включайте поддержку больших дисков.

Включить поддержку больших дисков (Y/N)? [N]

Если вы ответите на этот вопрос утвердительно, все разделы размером более 512 Мбайт будут иметь файловую систему FAT 32. Кроме того, утвердительный ответ требуется для создания раздела размером более 2 Гбайт. Последующие окна работы программы Fdisk аналогичны окнам предыдущих версий этой программы.

Программа Fdisk автоматически определяет размер кластера на основе выбранной файловой системы и размера раздела. Однако существует недокументированный параметр команды Format, позволяющий явно указать размер кластера: Format / Z :n, где n -- размер кластера в байтах, кратный 512. С помощью этой команды вы можете создать файловую систему с размером кластера, меньшим установленного по умолчанию.

Преобразование FAT 16 в FAT 32

Операционная система Windows 95 OSR2 может создавать разделы с FAT 32 только на пустом диске. Для преобразования раздела с FAT 16 необходимо скопировать данные на другой носитель, удалить раздел с FAT 16 и создать новый раздел с FAT 32, а затем восстановить все данные. В Windows 98/Me существует программа-мастер для преобразования раздела в FAT 32 без потери данных.

При запуске программа преобразования диска отображает информацию о существующих разделах и установленных файловых системах. Вам необходимо лишь выделить диск и выполнить все операции мастера.

Обратите внимание, что после преобразования диска в FAT 32 выполнить обратное преобразование нельзя. Необходимо принимать "радикальные" меры, т.е. сохранить данные, запустить программу Fdisk, удалить раздел с FAT 32 и заново создать раздел с FAT 16.

Ошибки файловой системы FAT

Ошибки в файловой системе появляются скорее из-за программных, нежели из-за аппаратных сбоев (например, при неверном завершении работы Windows). Некоторые программные ошибки описаны ниже.

Потерянные кластеры

Это наиболее распространенная ошибка файловой системы, при которой кластеры в FAT помечаются как используемые, хотя на самом деле таковыми не являются. Эти потерянные кластеры появляются при неверном завершении работы приложения или крахе системы. Программы восстановления диска могут обнаружить эти кластеры и восстановить их.

Потерянные кластеры появляются в файловой структуре (табл. 16).

Таблица 16. Потерянные кластеры в файловой структуре



Появляются цепочки кластеров, не имеющие записей в каталоге. Чаще всего это происходит при "зависании" программы при операции открытия файла.

Программы восстановления диска просматривают диск и создают копию FAT в оперативной памяти. Затем эта копия сравнивается с "настоящей" FAT и таким образом выявляются потерянные кластеры, т.е. не принадлежащие ни одному из существующих файлов. Практически все программы восстановления могут сохранять информацию из потерянных кластеров в файл, а затем обнулять их.

Например, программа Chkdsk из цепочек потерянных кластеров создает файлы с именами FILE0001. CHK, FILE0002.CHK и т.д. Программа Chkdsk преобразует потерянные кластеры в файлы так, как показано в табл. 26.17

Как видно из приведенного примера, оригинальное имя файла не восстанавливается. Однако его можно восстановить, просмотрев содержимое файлов, которые созданы программой восстановления диска.

Пересекающиеся файлы

Такие файлы появляются, когда две записи каталога неправильно указывают на один кластер. В результате кластер "содержит" данные из нескольких файлов, что, естественно, недопустимо.

В табл. 26.18 приведен пример записи файловой системы с пересекающимися файлами.

Таблица 26.18. Пересекающиеся файлы

В рассматриваемом примере два файла занимают два кластера -- 1002 и 1003. Это пересечение файлов начинается с кластера 1002. Чаще всего один из пересекающихся файлов поврежден. Программы восстановления данных обычно решают проблему пересекающихся файлов следующим образом: файлы копируются с новыми именами в свободное место диска, а пересекающаяся область обоих файлов (и их остальные части) удаляется. Обратите внимание, что удаляются оба файла, т.е. устранение подобной ошибки не порождает новых проблем: например, запись в каталоге указывает на несуществующий файл. Просмотрев два восстановленных файла, можно определить, какой из них поврежден.

Для программ восстановления диска поиск пересекающихся файлов -- очень простая задача, и практически все дисковые утилиты могут устранить эту проблему.

Неверный файл или каталог

Иногда информация в записи каталога для файла или подкаталога не соответствует действительности: запись содержит кластер с неверной датой или неправильным форматом. Практически все программы восстановления диска устраняют и эту проблему.

Ошибки FAT

Как уже указывалось выше в этой главе, при повреждении основной FAT доступ к файлам осуществляется с помощью дополнительной FAT. Программы восстановления диска возвращают поврежденную FAT в ее оригинальное местоположение и активизируют зеркальное копирование. FAT 32 обладает большими способностями к восстановлению, поскольку в ней используются более развитые средства зеркального копирования.

Пример поврежденной FAT приведен в табл.19.

Таблица 19. Поврежденная FAT

В рассматриваемом примере размер файла в каталоге не соответствует количеству кластеров в FAT (потерян кластер 1001), а кроме того, кластеры 1002 и 1003 являются потерянными. При восстановлении данных поврежденная FAT восстанавливается из резервной копии. Практически все программы восстановления данных успешно справляются с таким типом ошибки FAT.

Практическая часть

Восстановление диска и данных

Команды Chkdsk, Recover и Scandisk-- это "реанимационная бригада" DOS, занимающаяся восстановлением поврежденных данных на диске. Эти команды имеют очень простой и не слишком дружественный интерфейс, их применение зачастую оказывает значительное воздействие на систему, но иногда только они и могут помочь. Из перечисленных утилит наиболее известны, пожалуй, Recover, которая восстанавливает программы, и Chkdsk, используемая для проверки файловой структуры диска. Многие пользователи даже не подозревают, что Chkdsk может не только проверять, но и восстанавливать поврежденную файловую структуру диска. Еще одна программа -- простая утилита Debug -- может помочь вам в беде, но только в том случае, если вы точно знаете, что и как делать.

Scandisk -- более мощная утилита, чем Chkdsk и Recover, заменяющая эти две утилиты в DOS 6 и более поздних версиях, а также в Windows 9x.

Программа Scandisk

Программа Scandisk входит в поставку DOS версий 6 и более поздних, а также в Windows 9х. Она значительно мощнее утилит Chkdsk и Recover и выполняет функции их обеих. Программа Scandisk из Windows 95 OSR2 и Windows 98 может работать с FAT 32.

Программа Scandisk больше похожа на упрощенную версию Norton Disk Doctor и позволяет проверять как целостность файловой структуры, так и работу секторов на физическом уровне. Обнаружив ошибки в каталогах или в FAT, Scandisk может их исправить. После определения дефектного сектора в FAT помечается дефектный кластер, содержащий этот сектор. При этом программа пытается восстановить поврежденный файл, причем сохраняются данные как до дефектного участка, так и после него.

В Windows 9х есть программа Scandisk для DOS и Windows. Файлы этих программ называются Scandisk. exe и Scandiskw. exe соответственно. Windows 9x проверяет диск в процессе установки операционной системы, а также после неверного завершения работы с системой. Вы можете также запустить программу Scandisk и ее "оконную" версию из командной строки.

Особенности работы программы Scandisk вы можете найти в книгах по операционным системам или в справочной системе Windows 9x.

Дефрагментация диска

Как уже упоминалось выше, в файловой системе FAT данные в кластерах могут располагаться в любом месте диска. И при поиске файла последний считывается из нескольких мест, что, естественно, приводит к снижению производительности системы. Для перемещения файла в одно место служат программы дефрагментации диска.

В Windows 9x есть программа дефрагментации диска, которая работает с файловыми системами FAT 16 и FAT 32. В Windows 98 в программу дефрагментации была добавлена функция ускорения запуска приложений-- перемещение часто запускаемых программ к началу диска.

Рассмотрим работу программы дефрагментации диска на примере. В табл. 20 приведены данные о расположении файлов в FAT.

Таблица 20. Фрагментированные файлы



В рассматриваемом примере файл Usconst.txt фрагментирован на две части. После запуска программы дефрагментации этот файл может быть расположен на диске так, как показано в табл. 26.21.

В процессе дефрагментации части файла, разбросанные по всему диску, были соединены. Дефрагментация диска-- довольно продолжительный процесс, поскольку необходимо выполнить большое количество операций чтения и записи.

Кроме программы дефрагментации диска, поставляемой с операционной системой Windows 9х, существуют программы независимых разработчиков. Примером одной из таких программ может быть программа Speed Disk из комплекта Norton Utilities.

Программы независимых разработчиков

Кроме стандартных программ для работы с диском, поставляемых с операционной системой, существует огромное количество дисковых программ независимых разработчиков. Самый известный пакет таких программ -- Norton Utilities, разработанный фирмой Symantec. Большинство подобных программ созданы для операционных систем DOS и Windows и могут работать с файловой системой FAT 32. Все эти программы имеют существенный недостаток -- их необходимо приобретать дополнительно, в то время как самые необходимые программы уже поставляются с операционной системой.

NTFS

Файловая система NTFS применяется в операционной системе Windows NT. Несмотря на то что Windows NT может использовать разделы с FAT, файловая система NTFS обеспечивает ряд преимуществ: большие размеры файлов и разделов, дополнительные атрибуты файлов и расширенные средства безопасности. При разработке операционной системы Windows NT не существовало проблем обеспечения обратной совместимости, поэтому файловая система обладает особыми свойствами и поддерживается только Windows NT.

Все операционные системы Windows (кроме Windows NT/2000) основаны на DOS, поэтому внутри системы существует часть кода DOS. В Windows NT/2000 DOS-программы работают в режиме эмуляции DOS. При загрузке другой операционной системы раздел с NTFS недоступен.

В файловой системе имя файла может содержать до 255 символов, включая пробелы, точки и другие символы, кроме * ? \ / ; <> |. Поскольку NTFS -- 64-разрядная файловая система, размер файла и раздела может быть просто огромным -- 2 байт, или 17 179 869 184 Тбайт!

Архитектура NTFS

Несмотря на существующие различия в структуре раздела файловых систем FAT и NTFS, они имеют подобные элементы, например загрузочную область. Раздел NTFS состоит из главной таблицы файлов (master file table -- MFT). MFT -- это не то же самое, что FAT. Вместо использования таблицы со ссылками на кластеры, MFT содержит больше информации о файлах и каталогах в разделе. В некоторых случаях MFT может даже содержать файлы и каталоги.

При организации раздела NTFS система создает 10 системных файлов NTFS (табл.22).

Таблица 22. Системные файлы NTFS

Первая запись в MFT называется дескриптором (descriptor) и содержит информацию о расположении самой MFT. Загрузочный сектор в разделе NTFS содержит ссылку на расположение записи дескриптора.

Вторая запись в MFT -- это зеркальная копия дескриптора. Такое избыточное хранение данных обеспечивает большую устойчивость к ошибкам.

Третья запись -- это запись файла журнала. Все операции (транзакции) в NTFS записываются в специальный файл журнала, что позволяет восстановить данные после сбоя. Остальная часть MFT состоит из записей для файлов и каталогов, которые хранятся в разделе. В файле NTFS хранятся атрибуты, определенные пользователем и системой. Атрибуты в разделе NTFS -- это не простые флаги из раздела FAT. Вся информация о файле, т.е. атрибуты, в NTFS сохраняется вместе с файлом и является частью самого файла. Каталоги в NTFS состоят в основном из индексов файлов в этом каталоге и не содержат такой информации о файле, как размер, дата, время и др.