Vorstellung Thema: „Festplattenformate & RAID Systeme“ WS 2004

Vorstellung Thema: „Festplattenformate & RAID Systeme“ WS 2004 / 05 Gruppe: Florian Pöhr Anselm Ruby Christoph Lugstein Andreas Hauser

Übersicht Festplattenformate - Aufbau einer Festplatte - Allgemeines über Dateisysteme - NTFS - ext2, ext3 - FAT - HFS, HFS RAID Systeme - Allgemeines - RAID Levels

Aufbau einer Festplatte – C/H/S C/H/S (Cylinder/Head/Sector) Cylinder: Alle Spuren die parallel übereinander liegen Head: Lese- und Schreibkopf Sector: Kleinste adressierbare Zuordnungseinheit: 512 Byte Alle Spuren haben gleich viele Sektoren.

Aufbau einer Festplatte – LBA LBA (Logical Block Adress) Zone: Mehrere Spuren werden zu Zonen zusammengefasst. Alle Spuren in einer Zone haben gleich viele Sektoren. Spuren unterschiedlicher Zonen haben unterschiedlich viele Sektoren

Strukturierung: Festplattenformate Aufbau - Allgemeines - Grobe Übersicht von: - ext 2, ext 3 - NTFS - FAT 12 / 16 / 32 - HFS / HFS

Allgemeines zum Dateisystem Was ist ein Dateisystem - System um Daten in Form von Dateien auf einem Computersystem zu speichern und zu verwalten. - Grundstruktur auf Datenträger Unterschiedliche Dateisysteme - Hierarchische Dateisysteme - Netzwerkdateisysteme - Datenbank- Dateisysteme

Allgemeines - Sichtwinkel Dateisystem aus User-Sicht - Benennen von Daten - Schutz von Daten - max. Größe von Daten - def. Operationen (open, close, create ) Dateisystem aus Betr.Sys.-Sicht - Wie wird freier Speicher verwaltet? - Welche Blockgröße wird verwendet? - Unterstützen anderer Dateisysteme?

Allgemeines Aufteilung des Massenspeichers Dateisystem unterteilt Massenspeicher. Aufteilung eines simplen Dateisystems Boot Beschreibungsblöcke Freiliste Blöcke mit Files & Verzeichn.

Allgemeines Gemeinsamkeiten der Dateisysteme - Für bestimmte(s) Betriebssystem(e) - Hierarchischer Aufbau (root ) - Separierung: Verwaltung, Daten - Formatierung der gesamten Partition Unterschiede (grob) in - Aufteilung der Partition / -sblöcke - Wie werden Verwaltungs- / Benutzerdaten gespeichert.

ext2 - Second Extended File System Aufteilung der Partition: Gruppengröße: 128 MB Gruppe im Detail: Superblock: Kopie des Superblocks des Dateisystems (Blockgröße, #Inodes, #Datenblöcke, Status d. Dateisystems ) Gruppen Deskriptoren: rel. Lage d. Bitmaps / Inode Tabellen Bitmaps: Welche Blöcke/Inodes sind frei (0) bzw. belegt (1) Inode: Speicherung der Verwaltungsdaten eines Objekts Block: 1-4 KB groß.

ext2 - inode Der Index-Knoten „inode“ (128 Byte) Zeiger verweist auf einen Block des Objekts indir. Link benötigt: 4B Jeder Block der Datei ist erreichbar, max. Größe der Datei ist von Blockgröße/Zeiger abhängig. Anzahl der Zeiger ist von Dateigröße abhängig.

ext2 ext3 Systemstatusinformation bei ext2 „not clean“: „mount“ durchgeführt „clean“: nach erfolgreichem „unmount“ Fehler / Absturz Alle Daten müssen überprüft werden. Journaling File System Mitprotokollieren aller bearbeiteten Dateien. Nach Systemabsturz müssen nur noch diese untersucht werden.

NTFS New Technology File System Aufteilung der Partition: Boot Sektor: Beinhaltet BIOS Parameter Block mit Informationen über das Layout, Dateisystem-Struktur, Boot-Code Master File Table (MFT): Verwaltungsdaten aller Dateien der aktuellen Partition (relationale Datenbank). File System Data: Die eigentlichen Daten/Dateien. Master File Table Copy: Kopie des MFT zur System-Rettung. (Original beschädigt)

NTFS New Technology File System Die Master File Table - erste 16 Einträge für besondere Informationen (über MFT selbst, Position der Kopie ) reserviert - relationale Datenbank (Zeilen: Dateien, Spalten: Attribute) - sämtliche Informationen über alle Objekte des Datenträgers - benötigt autom. 12.5% des Datenträgers (MFT zone) (Standard Größe kann eingestellt werden MFT zone wird bei Bedarf vergrößert / verkleinert, je nach Art der Daten welche sich auf Datenträger befinden ) - kleine Dateien (bis 1500 Bytes) stehen direkt in der MFT

FAT (File Allocation Table) FAT ist eine verkettete Liste in einem Speicherbereich einer Partition, in dem Informationen zu jedem Cluster der Partition stehen.

FAT (File Allocation Table) Informationen können sein: - Der Cluster ist nicht belegt: - der Cluster ist frei. - die Partition ist an der Position dieses Clusters beschädigt. - Der Cluster ist von einer Datei belegt: - der nächste Cluster der Datei ist der Cluster Nummer X - dies ist der letzte Cluster der Datei

FAT (File Allocation Table) FAT-Dateisysteme: FAT12 Für DOS- und Windows-Disketten FAT16 In mobilen Datenträgern mit weniger als 2 GB Kapazität FAT32 In mobilen Speichern von mehr als 2 GB Kapazität

FAT16 Merkmale: - Es können 216 ( 65.536) Cluster adressiert werden - Partitionsgröße auf 2 GB beschränkt - Cluster sind je nach Partitionsgröße zwischen 512 Byte und maximal 32 KB groß - Dateien dürfen bis 2 GB groß sein - Root-Verzeichnis muss sich an einer bestimmten Position auf dem Datenträger befinden

FAT32 Merkmale: - Es können 232 ( 4.294.967.296) Cluster adressiert werden - Lange Dateinamen (bis 255 Zeichen) - Partitionsgröße auf 2 TB begrenzt - Dateien dürfen bis 4 GB groß sein - Windows 98/2000/XP, FreeDOS, Linux und Macintosh

HFS, HFS Plus Jedes Objekt erhält eine eindeutige ID-Nummer und die ID des Ordners, indem es gespeichert ist. Daraus lässt sich eine Verzeichnishierarchie generieren.

HFS, HFS Feature HFS HFS Anzahl der allocation blocks 16 bit 32 bit Lange Dateinamen 31 Zeichen 255 Zeichen Dateiattribute Fixe Länge der Attribute Erweiterte Metadaten Maximale Dateigröße 231 Bytes 263 Bytes

HFS - Festplattenaufbau Startblock Volume- Information Volume- Bitmap Bereichs- B- Baum Katalog- B- Baum Datenbereich

RAID - Redundant Array of Inexpensive / Independent Disks Was ist ein RAID-System? Zusammenschluss mehrerer Festplatten zu einem logischen Laufwerk Vorteile eines RAID-Systems - Datensicherheit erhöhen - Leistung gegenüber einer einzelnen Festplatte steigern - Kapazität eines logischen Laufwerks erweitern

Allgemein Geschichte: - 1987 veröffentlichten D. A. Patterson, G. Gibson und R. H. Katz von der University of California, Berkeley „A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks“ - Seit 1992 erfolgt eine Standardisierung durch das RAB (RAID Advisory Board). (ca. 50 Hersteller) RAID Level: - Der RAID Level gibt die Art der Festplattenarrays an - RAID Levels sind standardisiert

Allgemein Soft-RAID: - Das Betriebssystem simuliert ein logisches Laufwerk durch Kombination von Festplatten. - Mögliche RAID-Levels hängen vom BS ab. - Ist meistens sehr CPU-lastig. Hard-RAID: - Ein RAID Controller (HW) fasst mehrere Festplatten zu einem logischen Laufwerk zusammen. - Mögliche RAID-Levels hängen vom Controller ab.

RAID Level 0 - Striping Daten werden in 4–128 kB große Blöcke zerlegt und auf zwei oder mehrere Festplatten verteilt. Vorteile: - Sehr hohe Transferrate - Kapazität aller Festplatten voll nutzbar Nachteile: - gesteigertes Datenverlustrisiko

RAID Level 1 – Mirroring/Duplexing Daten werden auf zwei oder mehreren Platten identisch gespeichert Vorteile: - Sehr hohe Datensicherheit - Sehr gute Lesetransferrate Nachteile: - Nur die Kapazität der kleinsten Festplatten ist nutzbar

RAID Level 10 – Striping & Mirroring Daten werden auf zwei oder mehreren Platten verteilt und identisch gespiegelt. Vorteile: - Sehr hohe Datensicherheit - Sehr gute Transferrate Nachteile: - Nur die Kapazität des kleineren Stripesets ist nutzbar

RAID Level 2 - Erweiterung der Daten mittels Hamming-Algorithmus (ECC - Error Correction Code). - Bitweise Verteilung der Daten auf alle Festplatten. Vorteile: - Datensicherheit, einzelne Bitfehler können erkannt und korrigiert werden. Nachteile: - Viel Kapazität wird für ECC verwendet. - Hoher Rechenaufwand. - Überholt, da moderne Festplatten intern ECC benutzen.

RAID Level 2 Festplatten: Daten: ECC: 3 1 2 5 2 3 6 3 3 7 4 3 9 5 4 10 6 4 11 7 4 12 8 4

RAID Level 3 - Daten werden byteweise auf den Festplatten verteilt. - Auf einer zusätzlichen Festplatte wird jeweils die Parität gespeichert. - Ein Zugriff auf das logische Laufwerk ist immer ein Zugriff auf alle Festplatten Vorteile: - Kein Datenverlust bei Ausfall einer einzelnen Festplatte. - Durch das „Stripen“ der Daten sehr schnell. - Wenig redundante Information ist nötig. Nachteile: - Hoher Rechenaufwand.

RAID Level 4 - Daten werden blockweise (8, 16, 64 oder 128 KByte) auf die Festplatten verteilt. - Auf einer zusätzlichen Festplatte wird jeweils die Parität gespeichert. Vorteile: - Kein Datenverlust bei Ausfall einer einzelnen Festplatte. - Sehr gute Lesetransferrate. - Wenig redundante Information ist nötig. Nachteile: - Schlechte Schreibtransferrate.

RAID Level 3 & 4 Redundanz: 1 F e s tp la tt e n Beispiel: 5 Festplatten à 60 GB Brutto: 300 GB Netto: 240 GB

RAID Level 5 - Daten werden blockweise auf die Festplatten verteilt. - Die Festplatte, auf welche die Parität gespeichert wird, wechselt immer. Vorteile: - Kein Datenverlust bei Ausfall einer einzelnen Festplatte. - Sehr gute Schreibtransferrate. - Wenig redundante Information ist nötig. Nachteile: - Sehr komplexe (intelligente) Controller nötig.

RAID Level 5 Redundanz: 1 F e s tp la tt e n Beispiel: 5 Festplatten à 60 GB Brutto: 300 GB Netto: 240 GB

RAID Level 30, 50, 51, JBOD Level 30: 3 & 0 Striping von zwei identischen Level 3 Arrays Level 50: 5 & 0 Striping von zwei identischen Level 5 Arrays Level 51: 5 & 1 Ein Array Level 5 auf ein identisches gespiegelt. JBOD: Just A Bunch Of Disks - Ein Array mehrerer verschiedener Festplatten. - Keine Redundanz, kein Geschwindigkeitsvorteil.

Abschließend: RAID Matrix - Zwei Festplatten werden in je zwei Partitionen geteilt. - Die Partitionen der einen Festplatte müssen mit den Partitionen der anderen übereinstimmen. - Spiegeln der einen, Striping der anderen Partition (zwei logische Laufwerke) Vorteile: - Ein sicheres und ein schnelles logisches Laufwerk mit nur zwei Festplatten. Nachteile: - Zugriffe behindern sich gegenseitig.

ENDE Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!

Quellenangaben http://www.zdnet.de/enterprise/server/0,39023275,39119381,00.htm http://www.speicherguide.de/magazin/special0903.asp?theID 121 http://www.hardwareluxx.com/guides/raid01.htm http://de.wikipedia.org/wiki/RAID http://www.icp-vortex.com/german/download/pdf/raid d.pdf http://www.stardom.com.tw/storage-b.htm http://www.acnc.com/04 00.html http://www.certifiednets.com/walter/articles/raid.html http://www.linuxfibel.de/filesys.htm http://www.operating-system.org/betriebssystem/ german/w-dateisys.htm http://www.tfh-berlin.de/ s17048/bs/ntfs/ntfs mft.htm http://www.ntfs.com ALLE Grafiken wurden selbst erstellt