Внутреннее устройство Linux

Дорожка является частью цилиндра, к которой имеет доступ одна головка, поэтому на рис. 4.3 цилиндр является также и дорожкой.

Ядро и различные программы для работы с разделами могут сообщить вам о том, что из себя представляет диск как совокупность цилиндров (и секторов, которые являются частями цилиндров). Однако для современных жестких дисков сообщаемые значения являются фиктивными! Традиционная схема адресации, которая использует параметры CHS, не вписывается в современное аппаратное обеспечение жестких дисков. Она также не принимает в расчет тот факт, что в одних цилиндрах можно разместить больше данных, чем в других. Дисковые аппаратные средства поддерживают блочную адресацию LBA (Logical Block Addressing), чтобы просто обращаться к какому-либо месту диска по номеру блока. Однако следы системы CHS еще присутствуют. Например, таблица разделов MBR содержит информацию CHS, а также ее LBA-эквивалент, и некоторые загрузчики системы по-прежнему довольно глупы, чтобы доверять значениям CHS (но не беспокойтесь — в большинстве загрузчиков Linux используются значения LBA).

Тем не менее понятие о цилиндрах оказалось важным для работы с разделами, поскольку цилиндры являются идеальными границами для разделов. Чтение потока данных с цилиндра происходит очень быстро, так как головка может непрерывно считывать данные по мере вращения диска. Раздел, который организован как набор смежных цилиндров, также позволяет получить быстрый доступ к данным, поскольку головке не приходится перемещаться слишком далеко между цилиндрами.

Некоторые программы для работы с разделами выражают недовольство, если вы не размечаете разделы точно по границам цилиндров. Игнорируйте это. Вы мало чем сможете помочь, поскольку значения CHS для современных дисков попросту недостоверны. Схема LBA гарантирует вам то, что разделы окажутся именно там, где вы предполагали.

4.1.4. Твердотельные накопители (диски SSD)

Устройства хранения без движущихся частей, такие как твердотельные накопители (SSD), совершенно отличны от вращающихся дисков, если говорить о характеристиках доступа к данным. Для них произвольный доступ не является проблемой, так как отсутствует перемещающаяся вдоль пластины головка. Однако некоторые факторы отражаются на производительности.

Одним из наиболее значимых факторов, влияющих на производительность дисков SSD, является выравнивание разделов. Когда вы считываете данные с диска SSD, чтение происходит фрагментарно — как правило, порциями по 4096 байт за один прием, — причем такое чтение должно начинаться с числа, кратного этому размеру. Поэтому, если раздел и данные в нем не располагаются в пределах 4096-байтной зоны, вам может понадобиться выполнить две небольшие операции чтения вместо одной, например чтения содержимого каталога.

Многие утилиты для работы с разделами (например, parted и gparted) содержат средства для размещения вновь созданных разделов с правильными отступами от начала диска, и вам никогда не придется беспокоиться о неверном выравнивании разделов. Однако, если вам любопытно узнать, где начинаются ваши разделы, чтобы убедиться в том, что они начинаются от границ, можно легко это выяснить, заглянув в каталог /sys/block. Вот пример раздела для устройства /dev/sdf2:

$ cat /sys/block/sdf/sdf2/start

1953126

Этот раздел начинается на расстоянии 1 953 126 байт от начала диска. Поскольку это число не делится нацело на 4096, работа с таким разделом не достигала бы оптимальной производительности, если бы он был расположен на диске SSD.

4.2. Файловые системы

Последним звеном между ядром и пространством пользователя для дисков обычно является файловая система. С ней вы привыкли взаимодействовать, когда запускали такие команды, как ls и cd. Как отмечалось ранее, файловая система является разновидностью базы данных; она поддерживает структуру, призванную трансформировать простое блочное устройство в замысловатую иерархию файлов и подкаталогов, которую пользователи способны понять.

В свое время файловые системы, располагавшиеся на дисках и других физических устройствах, использовались исключительно для хранения данных. Однако древовидная структура каталогов, а также интерфейс ввода-вывода довольно гибки, поэтому теперь файловые системы выполняют множество задач, например роль системных интерфейсов, которые вы можете увидеть в каталогах /sys и /proc. Файловые системы традиционно реализованы внутри ядра, однако инновационный протокол 9P из операционной системы Plan 9 (http://plan9.bell-labs.com/sys/doc/9.html) способствовал разработке файловых систем в пространстве пользователя. Функция FUSE (File System in User Space, файловая система в пространстве пользователя) позволяет применять такие файловые системы в Linux.