Что собой представляют ДИНАМИЧЕСКИЕ ДИСКИ

И хотя основной акцент сделан на реализации Active Directory (AD) и сопровождающем AD наборе системных служб, целый ряд весьма полезных функций в Windows 2000 относится к области хранения данных. В статье «NTFS5 против FAT32» я рассматриваю новые возможности работы с разделами NTFS5. Однако эти усовершенствования не ограничиваются новыми свойствами NTFS5. Создатели Windows 2000 привнесли в управление хранением данных новую терминологию, инструментарий и технологии, что в значительной степени обусловлено требованиями заказчиков.

Так, словосочетание «динамические диски» (dynamic disks) стало обозначать организацию программными средствами нового поколения дисковых томов, обеспечивающих бЧльшую гибкость и надежность, чем это было в Windows NT 4.0. Чтобы получить от установленных систем Windows 2000 максимум отдачи, необходимо как следует разобраться в свойствах, преимуществах и недостатках этой категории дисковых томов.

Понятие «базового диска»

Прежде чем погрузиться в анализ понятия «динамические диски», хочу немного рассказать об их предшественниках - базовых дисках (basic disk). Хотя данный термин вводится впервые, все объясняется очень просто: базовые диски - это всего-навсего обычные дисковые накопители, т. е. те диски, которые пользователи NT 4.0, Windows 9x и MS-DOS регулярно создавали в процессе работы. Все базовые диски содержат по крайней мере один из перечисленных ниже элементов.

• Основной раздел (Primary partition). Разделы этого типа, в отличие от остальных, способны выступать в качестве так называемых системных разделов (system partition), на которых в свою очередь могут размещаться загрузочные сектора и специфичные для той или иной операционной системы файлы (startup files), такие, как, например, программа-загрузчик NT - NT Loader или NTLDR, а также особый файл hal.dll. В процессе загрузки система устанавливает соответствие между основным разделом и буквой логического диска (скажем, С, Е). И операционная система Windows 2000, и NT могут работать с несколькими основными разделами одного физического диска; в то же время, другие операционные системы, такие, как MS-DOS и Windows 9x, позволяют создавать и распознать лишь один основной раздел на диске.
• Расширенный или дополнительный раздел (Extended partition). Дополнительные разделы могут состоять из нескольких логических дисков (logical drive). Базовый диск может содержать лишь один дополнительный раздел, однако внутри этого раздела может быть несколько логических дисков.
• Логические диски (Logical drive). Логические диски - это самостоятельные логические единицы, организованные в пределах дополнительного раздела. Задействовать их в качестве системного раздела нельзя, зато можно использовать для многих других задач, в том числе для формирования томов и организации так называемого загрузочного тома (boot volume) Windows 2000 или NT, на котором будет располагаться каталог winnt. Система присваивает логическим дискам соответствующие буквы.

При работе с операционными системами Windows 2000 и NT можно создавать и использовать до четырех разделов на одном базовом диске: три основных и один дополнительный. Системы Windows 9x и MS-DOS могут распознать на базовом диске лишь два раздела - один основной и один дополнительный.

Помимо основного и дополнительного разделов базовые диски Windows NT 4.0 могут содержать разделы некоторых других типов, включая набор томов (volume set), том с чередованием (stripe set), зеркальный том (mirror set), а также набор томов с чередованием и контролем четности (stripe set with parity).

Набор томов представляет собой объединение свободного дискового пространства на более чем одном физическом диске. Для тома с чередованием (эквивалентно организации RAID 0) характерно размещение данных равномерно на двух и более физических дисках для повышения производительности при обращении к данным. Зеркальный том (известный также под названием RAID 1) уже представляет собой отказоустойчивую организацию данных - за счет дублирования информации на двух физических дисках: основном и так называемом «теневом» (shadow). Том с чередованием и контролем четности (организация RAID 5) - это также один из видов отказоустойчивой организации данных за счет наличия на томе как собственно данных, так и контрольной информации, распределенной по трем и более физическим дискам. Когда физический диск - член тома RAID 5 - по какой-то причине выходит из строя, данные и контрольные суммы на оставшихся дисках используются для восстановления содержимого неисправного диска.

Ограничения базовых дисков

Базовые диски не обеспечивают избыточности для такой важнейшей системной информации, как таблица оглавления раздела или MBR, поэтому нарушение целостности системных данных в одном-единственном месте разрушает всю структуру целиком. У многих, вероятно, возникает вопрос: «Неужели RAID-организация томов не в состоянии решить эту проблему?» Увы, лишь в некоторых случаях. Например, созданный с помощью программных средств Windows 2000 или NT том с организацией RAID 1 хотя и обеспечивает избыточность информации (за счет дублирования содержимого основного диска на теневой), тем не менее область MBR не дублируется. Вместе с тем, большинство методов аппаратной организации RAID-массивов (обеспеченных установкой специальных RAID-контроллеров) зеркалирует все содержимое диска целиком, включая и область MBR. Это одно из преимуществ аппаратных методов организации RAID-массивов перед программной организацией RAID в системах Windows 2000 и NT.

Другая проблема базовых дисков связана с необходимостью перезагружать систему после внесения некоторых видов изменений в конфигурацию дисковых разделов. Из-за этого администраторы вынуждены планировать внесение изменений либо на период неактивной эксплуатации системы, либо на нерабочее время.

Понятие «динамический диск»

Динамические диски Windows 2000 поддерживают организацию томов (иногда также именуемых динамическими томами), в противовес концепции разделов, реализованной в NT 4.0 и других предшествующих операционных системах. Вместе с тем, типы томов, которые используются динамическими дисками, в основном по своей сути совпадают с типами разделов, поддерживаемых NT 4.0, за исключением простого и охватывающего томов.

Простой том (Simple volume)

На динамических дисках основной и расширенный разделы не используются. Вместо этого введено понятие «простой том». Тома этого типа не обеспечивают отказоустойчивости и состоят из одной и более областей дискового пространства на одном физическом диске.

Охватывающий том (Spanned volume)

Экран 1. Использование LDM для управления дисками в Windows 2000.

Разработчики Windows 2000 переименовали термин «набор томов», использовавшийся в системах NT, в понятие «охватывающий том». По сути же ничего не изменилось - охватывающие тома содержат дисковое пространство двух и более физических дисков. С помощью программы обслуживания дисков в Windows 2000, утилиты Logical Disk Manager (LDM), можно расширить в любой момент существующий простой том до охватывающего, добавив участок дискового пространства с других установленных в системе физических дисков. Программа LDM, окно которой представлено на Экране 1, реализована в виде подключаемого модуля стандартной MMC-консоли Windows 2000 и является правопреемницей хорошо знакомой утилиты Disk Administrator в NT 4.0.

Использование в Windows 2000 и NT разделов, томов и различных способов объединения дискового пространства может привести в замешательство. Хочу пояснить, что с точки зрения NT на дисках расположены разделы, представляющие собой базовую единицу «дробления» физического диска, в то время как для операционной системы Windows 2000 прежнее понятие «раздел» трансформировалось в «том». Для обеих операционных систем каждый раздел или том должен принадлежать к одному из допустимых типов, т. е. быть основным, дополнительным, простым или же охватывающим томом, набором томов или зеркальным томом. В Таблице 1 приводится сравнение дисковой терминологии в системах Windows 2000 и NT.

Другое дело, как отформатирована файловая система тома или раздела - в формате NTFS, FAT или FAT32. Чаще всего, Windows 2000 и NT предлагают на выбор несколько типов форматов для данного типа тома. Но существует три исключения: наборы томов, охватывающие тома и простые тома. Последнее при условии, что простые тома планируется расширить за счет имеющегося свободного пространства на том же самом физическом диске. В этом случае допустим только формат NTFS. Вместе с тем, простой том может быть отформатирован как FAT или FAT32, если используется один-единственный регион свободного пространства на одном физическом диске.

Новые свойства динамических дисков

В динамических дисках реализованы новые характеристики и технологии, призванные обеспечить дополнительную отказоустойчивость и возможность управлять дисковыми томами в оперативном режиме. Такие усовершенствования позволяют добиться более высокой готовности серверов Windows 2000, по сравнению с NT-серверами.

В отличие от базовых дисков, динамические хранят информацию о структуре наиболее критичных дисковых данных в нескольких местах. Кроме того, динамические диски не зависят от единственной таблицы разделов для данного типа тома и его расположения, а поддерживают вместо этого специальную базу данных, размером 1 Мбайт, в самом конце физического диска. В такой базе данных хранятся не только принципиально важные сведения о томах, расположенных на данном динамическом диске, но также информация обо всех динамических дисках системы. Содержимое этой базы данных напоминает то, что находится в таблице разделов обыкновенных базовых дисков, в частности данные о начальных и конечных секторах и суммарное число секторов, тип тома или RAID-массива для каждого имеющегося в системе тома динамического диска. Следует отметить, что указанная база данных не хранит сведения о томах, отформатированных как FAT или FAT32, а также о размещении главной файловой таблицы, Master File Table (MFT), использующейся для томов NTFS: система обеспечивает хранение всех этих сведений в другом месте. База содержит информацию обо всех томах, а система распространяет дубликаты этой базы на все динамические диски. Описанные функции существенно повышают возможность восстановления системы в случае разрушения какой-либо одной базы данных.

Операционная система Windows 2000 самостоятельно отслеживает как изменения в содержимом базы данных, так и актуальность дубликатов базы на всех дисках. Кроме того, система может использовать хранящиеся в базе сведения для автоматического восстановления поврежденной или разрушенной базы на соседнем диске. Если для систем на базе NT повреждение или разрушение таблицы разделов базового диска - событие катастрофическое, то Windows 2000 в состоянии автоматически восстановить статус-кво динамического диска, а пользователь может даже об этом не знать. При возникновении каких-либо проблем с базой данных, Windows 2000 самостоятельно отыщет диск с неповрежденной копией базы, а затем скопирует ее на пострадавший диск.

Разработчики Windows 2000 ввели в обиход новое понятие - «дисковая группа» (55disk group). Название говорит само за себя: это группы динамических дисков. Windows 2000 автоматически создает дисковую группу, как только в систему добавляются динамические диски. Динамические диски реплицируют базу данных тома среди всех членов своей дисковой группы. По умолчанию, в системе Windows 2000 может существовать только одна дисковая группа. Система формирует имя дисковой группы на основе имени компьютера с добавлением суффикса Dg0. Если возникают трудности с определением имени дисковой группы, нужно проверить значение параметра реестра по адресу: HKEY_LOCAL_MACHINESYSTEM CurrentControlSetServicesdmioBoot InfoPrimary Disk GroupName. Менеджер LDM, присутствующий в Windows 2000, представляет собой облегченную версию продукта Logical Disk Manager Pro от VERITAS Software. Если же используется оригинальная версия продукта, то можно создавать и обслуживать несколько дисковых групп.

Другое преимущество динамических дисков Windows 2000 состоит в том, что их можно обслуживать в оперативном режиме, не перезагружая систему. В отличие от процедур реконфигурации базовых дисков (т. е. создания, расширения, зеркалирования томов), для завершения которых требуется перезагрузка системы, динамические диски позволяют выполнять изменения в дисковой конфигурации, что называется, на лету. Также без перезагрузки допускается добавление в систему новых динамических дисков (при условии, что шина поддерживает hot-plug-диски). В отличие от использования утилиты Disk Administrator в NT 4.0, практически все изменения, внесенные в LDM Windows 2000, вступают в силу немедленно - нет нужды выбирать специальные пункты меню для сохранения и подтверждения внесенных в процессе работы с утилитой LDM изменений. Все перечисленные новые характеристики в сфере дискового менеджмента, реализованные в Windows 2000, - весьма заметные усовершенствования по сравнению с NT 4.0.

Переход к динамическим дискам

Существует три метода создания динамических дисков: конвертация существующего базового диска, импорт установок имеющегося динамического диска с другой системы Windows 2000 и, наконец, создание совершенно нового, еще не инициализированного диска, в качестве диска динамического. Метод конвертации используется при замене имеющейся системы NT на Windows 2000 или же в процессе миграции существующих дисков в систему на базе Windows 2000. Создание и конвертация динамических дисков производятся через LDM.

Экран 2. Преобразование базового диска в динамический.

Переход от базовых дисков к динамическим не является обязательным условием функционирования Windows 2000. Эта операционная система может работать как со статическими, так и с динамическими дисками, а также с их комбинацией. Когда утилита LDM первый раз запускается в системе, содержащей один и более базовых дисков, выдается запрос на конвертацию базовых дисков в динамические. В случае отказа конвертация может быть выполнена позднее с помощью контекстного меню базового диска, область которого находится в левой части консоли LDM. В контекстном меню следует выбрать команду Upgrade to Dynamic Disk (см. Экран 2). Этот пункт меню недоступен при работе с портативными компьютерами, поскольку Microsoft не поддерживает динамические диски на ноутбуках.

Дилеммы динамических дисков

К сожалению, в некоторых ситуациях разработчики Microsoft не рекомендуют использовать динамические диски - либо потому, что никаких преимуществ это не дает, либо из-за того, что в ряде случаев динамические диски попросту не работают. Одно ограничение состоит в том, что Windows 2000 пока является единственной операционной системой, способной применять данные динамических дисков и организованных на них томов. Это справедливо даже в том случае, когда на базе динамических дисков тома отформатированы для работы с FAT или FAT32, типами файловых систем, «понятными» для других операционных систем. Если используется мультизагрузочная конфигурация, следует узнать о подобном ограничении заранее - до конвертации базовых дисков. К тому же съемные диски, такие, как Zip, Jaz, SyQuest, магнитооптические накопители и жесткие диски, использующие интерфейсы USB или IEEE 1394, также не поддерживают работу с динамическими дисками. В статье «IEEE 1394 Hard Disk Support in Windows 2000» (http://support. microsoft.com/support/kb/articles/q244/9/19.asp) представители Microsoft утверждают, что причиной тому сама природа съемных устройств - возможность их подключения и отключения без выключения питания (hot-removable). Удаление из системы устройства, на котором организован динамический диск, сведет на нет усилия, затраченные на хранение информации о томах на динамических дисках.

Невозможность организации динамических дисков на портативных компьютерах создает еще одну проблему. Судя по всему, это связано с тем, что для многих портативных компьютеров снять или заменить жесткий диск достаточно просто. Как и в случае со съемными устройствами, удаление из системы динамического диска скажется на остальных динамических дисках в системе. Но, с другой стороны, динамические диски не предоставляют пользователям портативных компьютеров ни одного из рассмотренных в статье преимуществ. Реплицируемую базу данных «динамических» томов имеет смысл создавать лишь в тех системах, где установлено несколько физических дисков, что для портативных компьютеров, в общем-то, экзотика. И, наконец, многие портативные компьютеры с операционной системой Windows 2000 используются их владельцами в мультизагрузочной конфигурации, что позволяет по мере надобности загружать Win9x, DOS, Linux, BeOS и т. д., а динамические диски с организованными на них томами не читаются ни одной операционной системой, кроме Windows 2000.

Динамические диски и тома, на них сформированные, поддерживают те же уровни RAID, что и разделы на базовых дисках (а именно 0, 1 и 5). Хотя имеется возможность импортировать настройку существующего на базовом диске RAID-тома в Windows 2000 и в дальнейшем обслуживать этот RAID, тем не менее создать новые RAID-тома на базовом диске уже не получится - Windows 2000 обеспечивает формированиие новых RAID-томов только на динамических дисках. Если все же необходимо добавить RAID-тома в систему под управлением Windows 2000, придется либо установить новый диск и описать его как диск динамический, либо конвертировать существующий базовый диск, если на нем имеется достаточно свободного дискового пространства для организации нового RAID-тома.

Имейте в виду, что не так-то просто конвертировать динамический диск и его тома обратно в базовый диск. Единственный способ сделать это состоит в удалении каждого «динамического» тома, и лишь после этого можно будет конвертировать диск обратно в базовое состояние. Естественно, что нужно будет сначала сохранить данные на ленте и потом восстановить их на вновь организованные тома.

И последнее. Операционная система Windows 2000 не предоставляет никаких механизмов для расширения простого тома. Казалось бы, это можно сделать, либо добавляя свободное дисковое пространство ранее конвертированного динамического диска, либо преобразуя простой том на сконвертированном динамическом диске в spanned-том, опять же добавляя свободное дисковое пространство, но на другом физическом диске. Однако этого делать нельзя, поскольку разделы базового диска, сконвертированные в простые тома на динамических дисках, обязаны сохранить свои записи в таблице разделов в области MBR, иначе Windows 2000 не сможет ни загрузиться с этого тома, ни «установиться» на него. (Надо сказать, что программа Windows 2000 Setup позволяет выполнять инсталляцию только на динамические диски, содержащие системный или загрузочный том.) Расширение простого тома лишит систему возможности загружаться с него или выполнять на такой том установку системы.

Выбор дисковой конфигурации

Динамические диски - основополагающая технология в операционной системе Windows 2000 и шаг вперед в развитии технологии хранения данных. Вместе с тем, в некоторых случаях использование динамических дисков имеет ряд ограничений, в том числе ограничения по обратной совместимости с другими операционными системами и в связи с отсутствием поддержки аппаратной конфигурации и устройств. Ясное представление об отличиях динамических дисков от их предшественников - базовых дисков, а также знание сильных и слабых сторон новой технологии позволит сделать выбор оптимальной дисковой конфигурации под управлением Windows 2000.

ОБ АВТОРЕ