Тема 3 4 1 Восстанавливаемость файловых систем 2

Тема 3. 4. 1. Восстанавливаемость файловых систем. 2. Протоколирование транзакций. 3. Восстанавливаемость файловой системы NTFS.

1. Восстанавливаемость файловых систем

Восстанавливаемость файловой системы — это свойство, которое гарантирует, что в случае отказа питания или краха системы, когда все данные в оперативной памяти безвозвратно теряются, все начатые файловые операции будут либо успешно завершены, либо отменены безо всяких отрицательных последствий для работоспособности файловой системы

v. Некорректность файловой системы может возникать не только в результате насильственного прерывания операций вводавывода, выполняемых непосредственно с диском, но и в результате нарушения работы дискового кэша. v. Для согласования содержимого кэша и диска время от времени выполняется запись всех модифицированных блоков, находящихся в кэше, на диск.

Менеджер дискового кэша вытесняет блоки из кэша в следующих случаях: vесли необходимо освободить место в кэше для новых данных; vесли к менеджеру поступил запрос от какого-либо приложения или модуля ОС на запись указанных в запросе блоков на диск; vпри выполнении регулярного, периодического сброса всех модифицированных блоков кэша на диск (как это происходит, например, в результате работы системного вызова sync в ОС Unix).

Для восстановления некорректных файловых систем, использующих кэширование диска, в операционных системах предусматриваются специальные утилиты, такие как: Ø fsck для файловых систем s 5/uf; ØScan. Disk для FAT; ØChkdsk для файловой системы HPFS.

2. Протоколирование транзакций

Транзакции — неделимые работы, которые не могут быть выполнены частично. Они либо выполняются полностью, либо вообще не выполняются. . . В файловых системах транзакциями являются операции ввода-вывода, изменяющие содержимое файлов, каталогов или других системных структур файловой системы

Фиксация (commiting) транзакции - это когда все подоперации той или иной операции ввода-вывода были благополучно завершены и транзакция считается выполненной

В файловой системе существуют операции, которые не изменяют состояния файловой системы и которые, вследствие этого, нет необходимости рассматривать как транзакции. Примерами таких операций являются: чтение файла, поиск файла на диске, просмотр атрибутов файла. Незавершенная операция с диском несет угрозу целостности файловой системы.

В файловых системах с кэшированием диска для восстановления системы после сбоя, кроме отката незавершенных транзакций, необходимо выполнить дополнительное действие — повторение зафиксированных транзакций.

Для восстановления файловой системы используется упреждающее протоколирование транзакций. Оно заключается в том, что перед изменением какого-либо блока данных на диске или в дисковом кэше производится запись в специальный системный файл — журнал транзакций (log file), где отмечается, какая транзакция делает изменения, какой файл и блок изменяются и каковы старое и новое значения изменяемого блока.

3. Восстанавливаемость файловой системы NTFS

Файловая система NTFS является восстанавливаемой файловой системой. Для повышения производительности файловая система NTFS использует дисковый кэш. Однако кэширование, повышает риск разрушения файловой системы. NTFS обеспечивает отказоустойчивость с помощью технологии протоколирования транзакций и восстановления системных данных

Журнал регистрации транзакций в NTFS Область рестарта содержит информацию о том, с какого места необходимо будет начать читать журнал транзакций для проведения процедуры восстановления системы после сбоя или краха ОС. Область протоколирования содержит записи обо всех изменениях в системных данных файловой системы, произошедших в результате выполнения транзакций в течение некоторого, достаточно большого периода. Все записи идентифицируются логическим последовательным номером LSN (Logical Sequence Number).

Типы записей в журнале транзакций Øзапись модификации, Øзапись контрольной точки, Øзапись фиксации транзакции, Øзапись таблицы модификации, Øзапись таблицы модифицированных страниц.

Запись модификации состоит из двух частей: Øпервая содержит информацию, необходимую системе для повторения этого действия, Øвторая содержит информацию для его отмены. Информация о модификации хранится в двух формах — в физическом и в логическом описаниях.

NTFS все действия с журналом транзакций выполняет только путем запросов к специальной службе LFS (Log File Service). Эта служба размещает в журнале новые записи, сбрасывает на диск все записи до некоторого заданного номера, считывает записи в прямом и обратном порядке и выполняет некоторые другие действия над записями журнала.

Прежде, чем выполнить любую транзакцию NTFS вызывает службу журнала транзакций LFS для регистрации всех подопераций в журнале транзакций. И только после этого описанные подоперации действительно выполняются над копиями блоков данных файловой системы, находящимися в кэше. Когда все подоперации транзакции выполнены, с помощью службы LFS транзакция фиксируется. Это выражается в том, что в журнал заносится специальный вид записи — запись фиксации транзакции.

Таблицы модифицированных страниц и незавершенных транзакций создаются NTFS на основании записей журнала транзакций и поддерживаются в оперативной памяти.

Процесс восстановления файловой системы: 1. Чтение области рестарта из файла журнала транзакций и определение номера самой последней по времени записи о контрольной точке. 2. Чтение записи контрольной точки и определение номеров записей таблицы незавершенных транзакций и таблицы модифицированных страниц. 3. Чтение и корректировка таблиц незавершенных транзакций и модифицированных страниц на основании записей, сделанных в журнале транзакций уже после сохранения таблиц в журнале, но еще до записи журнала на диск. 4. Анализ таблицы модифицированных страниц, определение номера самой ранней записи модификации страницы.

Процесс восстановления файловой системы: 5. Чтение журнала транзакций в прямом направлении, начиная с самой ранней записи модификации, найденной при анализе таблицы модифицированных страниц. При этом система выполняет повторение завершенных транзакций, в результате которого устраняются все несоответствия файловой системы, вызванные потерями модифицированных страниц в кэше во время сбоя или краха операционной системы. 6. Анализ таблицы незавершенных транзакций, определение номера самой поздней подоперации, выполненной в рамках незавершенной транзакции. 7. Чтение журнала транзакций в обратном направлении. Учитывая, что все подоперации каждой транзакции связаны в список, система легко переходит от одной записи модификации к другой, извлекает из них информацию, необходимую для отмены, и выполняет откат незавершенных транзакций.