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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

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Presentation Transcript
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Vorstellung

Thema:

„Festplattenformate & RAID Systeme“

WS 2004 / 05

Gruppe:Florian PöhrAnselm RubyChristoph LugsteinAndreas Hauser

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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

Aufbau einer Festplatte – C/H/S

C/H/S (Cylinder/Head/Sector)

Cylinder:Alle Spuren die parallelübereinander liegen

Head:Lese- und Schreibkopf

Sector:Kleinste adressierbareZuordnungseinheit: 512 Byte

Alle Spuren haben gleich viele Sektoren.

aufbau einer festplatte lba

Aufbau einer Festplatte – LBA

LBA (Logical Block Adress)

Zone:Mehrere Spuren werden zuZonen zusammengefasst.

Alle Spuren in einer Zonehaben gleich viele Sektoren.

Spuren unterschiedlicherZonen haben unterschiedlichviele Sektoren

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Strukturierung: Festplattenformate

  • Aufbau
  • - Allgemeines
  • Grobe Übersicht von:
  • - ext 2, ext 3 - NTFS - FAT 12 / 16 / 32 - HFS / HFS+
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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
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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?
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Allgemeines

Aufteilung des Massenspeichers

Dateisystem unterteilt Massenspeicher.

Aufteilung eines simplen Dateisystems

| Boot|Beschreibungsblöcke | Freiliste | Blöcke mit Files & Verzeichn. |

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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.
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ext2 - Second Extended File System

Aufteilung der Partition:

Gruppe im Detail:

Gruppengröße: 128 MB

Superblock: Kopie des Superblocks des Dateisystems (Blockgröße, #Inodes, #Datenblöcke, Status d. Dateisystems…)Gruppen Deskriptoren: rel. Lage d. Bitmaps / Inode TabellenBitmaps: Welche Blöcke/Inodes sind frei (0) bzw. belegt (1)Inode: Speicherung der Verwaltungsdaten eines ObjektsBlock: 1-4 KB groß.

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ext2 - inode

Der Index-Knoten „inode“ (128 Byte)

Zeiger verweist auf einen Block des Objektsindir. 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.

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ext2  ext3

Systemstatusinformation bei ext2

„not clean“: „mount“ durchgeführt „clean“: nach erfolgreichem „unmount“Fehler / Absturz  Alle Daten müssen überprüft werden.

Journaling File SystemMitprotokollieren aller bearbeiteten Dateien.Nach Systemabsturz müssen nur noch diese untersucht werden.

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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)

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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
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FAT (File Allocation Table)

FAT ist eine verkettete Liste in einem Speicherbereich einer Partition, in dem Informationen zu jedem Cluster der Partition stehen.

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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
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FAT (File Allocation Table)

FAT-Dateisysteme:

FAT12

Für DOS- und Windows-Disketten

FAT16

In mobilen Datenträgern mit weniger als 2 GB Kapazität

FAT32In mobilen Speichern von mehr als 2 GB Kapazität

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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
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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
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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.

raid redundant array of inexpensive independent disks

RAID - Redundant Array ofInexpensive / 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

Allgemein

Geschichte:

- 1987 veröffentlichtenD. A. Patterson, G. Gibson undR. H. Katz von derUniversity of California, Berkeley „A Case for Redundant Arrays of Inexpensive Disks“

- Seit 1992 erfolgt eine Standardisierung durch dasRAB (RAID Advisory Board). (ca. 50 Hersteller)

RAID Level:

- Der RAID Level gibt die Art der Festplattenarrays an

- RAID Levels sind standardisiert

allgemein25

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

RAID Level 0 - Striping

  • Daten werden in 4–128 kBgroße Blöcke zerlegt und aufzwei oder mehrere Festplattenverteilt.
  • Vorteile:
  • Sehr hohe Transferrate
  • Kapazität aller Festplatten voll nutzbar
  • Nachteile:
  • gesteigertes Datenverlustrisiko
raid level 1 mirroring duplexing

RAID Level 1 – Mirroring/Duplexing

  • Daten werden auf zwei odermehreren Platten identischgespeichert
  • Vorteile:
  • Sehr hohe Datensicherheit
  • Sehr gute Lesetransferrate
  • Nachteile:
  • - Nur die Kapazität der kleinsten Festplatten ist nutzbar
raid level 10 striping mirroring

RAID Level 10 – Striping & Mirroring

  • Daten werden auf zwei odermehreren Platten verteilt undidentisch gespiegelt.
  • Vorteile:
  • Sehr hohe Datensicherheit- Sehr gute Transferrate
  • Nachteile:
  • - Nur die Kapazität des kleineren Stripesets ist nutzbar
raid level 2

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 230

RAID Level 2

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

raid level 3

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

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

RAID Level 3 & 4

Redundanz:

Beispiel: 5 Festplatten à 60 GB

Brutto: 300 GB

Netto: 240 GB

raid level 5

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 535

RAID Level 5

Redundanz:

Beispiel: 5 Festplatten à 60 GB

Brutto: 300 GB

Netto: 240 GB

raid level 30 50 51 jbod

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.
abschlie end raid matrix

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.
slide38

ENDE

Vielen Dank für Eure Aufmerksamkeit!

quellenangaben

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.htmlhttp://www.linuxfibel.de/filesys.htmhttp://www.operating-system.org/betriebssystem/_german/w-dateisys.htmhttp://www.tfh-berlin.de/~s17048/bs/ntfs/ntfs_mft.htm

http://www.ntfs.com…

ALLE Grafiken wurden selbst erstellt