Алексей Федорчук - Вопросы истории - UNIX, Linux, BSD и другие

Аналогично и с системами размещения данных: разработчики хотели бы видеть их быстрыми, надежными и простыми в обращении. Давайте посмотрим, удалось ли им превзойти Господа.

Говорят, что во времена далекие, теперь почти былинные, файловых систем не было: информация на носители записывалась побитно, без всякой организации в именованные её наборы. Впрочем, такой способ записи данных применялся и много позднее – например, при резервном копировании на стриммерные ленты. Можно обходиться без файловых систем и при записи на стандартные блочные устройства – винчестеры, SSD, компакт-диски. Однако в большинстве случаев данные на носителях блочного типа организуются в виде файлов, а файлы объединяются в файловые системы – плоские, как в древнем DOS’е, древовидные, как во всех UNIX-подобных операционках, или, так сказать, «многодревные», как в Windows. Каковые могут быть созданы непосредственно на носителе как raw-устройстве, но обычно накладываются на дисковые разделы.

До недавнего времени в Linux’е применялась разметка в MS-DOS-стиле, предполагающая возможность разбиения диска на четыре раздела, называемых первичными [primary partitions]; один из них может быть определён как расширенный раздел [extended partition], внутри которого по «матрёшечному» принципу можно создать логические разделы, максимальным числом до 63.

Разметка в MS-DOS-стиле преобладает в дистрибутивах Linux’а и по сей день. Однако всё большее распространение получает разметка в GPT-стиле. Среди её преимуществ – возможность создания на диске до 128 абсолютно равноправных (то есть не разделяющихся на физические и логические) разделов. А в случае использования винчестеров «продвинутого» формата [Advanced Format] и SSD, размер блоков которых равен 4 КБ, она обеспечивает оптимальное выравнивание границ разделов.

Исторически сложилось так, что одному разделу соответствовала одна файловая система. Соответственно, и выходить за границы несущего их устройства файловые системы не могли. И если требовалось работать более чем с одной файловой системой на одном физическом накопителе (а в UNIX-подобных ОС это почти всегда так), то был необходим тщательный расчет дискового пространства для каждой из них: ошибки в расчетах влекли весьма неприятные последствия, вплоть до необходимости переразбиения диска и переустановки ОС вообще.

Правда, дисковые разделы могут не только разделяться, но и объединяться в программные массивы или в группы томов, о которых мы сейчас и поговорим.

Задача объединения носителей информации особенно актуальна при использовании нескольких физических накопителей, и особенно при их добавлении в работающую систему. В элементарном исполнении это делалось просто (по крайней мере, в UNIX-подобных ОС): второй (новый) накопитель просто размечался по соответствующей для данной ОС схеме, на нем создавалась новая файловая система определенного типа, которая монтировалась в общую файловомую иерархию. Однако выход за границы существующего раздела и диска для файловой системы был по-прежнему невозможен.

Для решения задачи объединения физических носителей в единое логическое устройство и «размазывания» по ним файловых систем традиционно используется два основных способа: RAID (Redundant Array of Independent Disks – избыточный массив независимых дисков) и LVM (Logical Volume Manager – менеджер логических томов).

RAID’ы существуют трёх видов – аппаратные, квази-аппаратные (так называемые Fake RAID) и чисто программные (Soft RAID). Первые дороги и на десктопах почти не встречаются; работа вторых под Linux’ом часто проблематична, так что речь пойдёт в основном о третьих. Впрочем, с точки зрения логики это роли почти не играет.

Логически в любом из RAID’ов несколько дисков (а в Soft RAID – и дисковых разделов) могут просто слиться воедино (Linear RAID), при записи на них может осуществляться расщепление данных [stripping], что приводит к ускорению дисковых операций (RAID Level 0); на объединенных разделах можно создать различные формы избыточности, обеспечивающей восстановление данных при отказах дисков. Из таких избыточных массивов чаще всего используется полное дублирование (RAID Level 1, он же mirror) или избыточность за счет контрольной суммы (RAID Level 5). Наконец, возможно и совмещение стриппинга с дублированием.

RAID любого типа и уровня может разбиваться (и обычно разбивается) на разделы, которые уже несут на себе файловые системы. И, таким образом, позволяют размещать их на нескольких физических устройствах. Однако они не решают второй проблемы размещения данных – необходимости расчета потребного для них дискового пространства и его перераспределения при необходимости.