Εργασία στην Αρχιτεκτονική Υπολογιστών - Σκληρός δίσκος, ανασυγκρότηση των Windows - ανασυγκρότηση σε Linux

Τι είναι ο σκληρός δίσκος;

       Ο σκληρός δίσκος είναι ένα μαγνητικό αποθηκευτικό μέσο - συσκευή που χρησιμοποιείται στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές, στις ψηφιακές βιντεοκάμερες, στα φορητά MP3 players κλπ. Ένας σκληρός δίσκος αποθηκεύει μεγάλες ποσότητες δεδομένων και η χωρητικότητα των σκληρών δίσκων που κυκλοφορούν στο εμπόριο ξεκινά από τα 160 GB και φτάνει έως τα 3 ΤΒ. Για μεγαλύτερες χωρητικότητες που αγγίζουν τα 8 TB (terabyte) χρησιμοποιούνται κυκλώματα πολλαπλών σκληρών δίσκων, με τη μορφή συρταρωτής διάταξης. Η ταχύτητα προσπέλασης των δεδομένων είναι ταχύτερη από το DVD/R/RW αλλά πολύ πιο αργή από τη μνήμη του υπολογιστή. Οι σκληροί δίσκοι χρησιμοποιούνται στους υπολογιστές για την αποθήκευση δεδομένων, κυρίως προγραμμάτων και αρχείων που είναι απαραίτητο να διατηρηθούν, σε αντίθεση με την μνήμη RAM όπου τα δεδομένα διαγράφονται με την διακοπή τροφοδοσίας ηλεκτρικού ρεύματος. Επίσης όλοι οι σκληροί δίσκοι πλέον, έχουν ενσωματωμένη κρυφή μνήμη (cache RAM) για προσωρινή αποθήκευση που η χωρητικότητα της ξεκινά από τα 8MB(ελάχιστοι πλέον) και φτάνει τα 64MB.

Σταδιακά οι σκληροί δίσκοι δίνουν τη θέση τους σε δίσκους στερεάς κατάστασης (SSD, Solid State Drives), οι οποίοι εξελίσσονται με ραγδαίο ρυθμό κυρίως λόγω της χαμηλής τους κατανάλωσης σε ρεύμα (που οφείλεται στην παντελή έλλειψη ηλεκτροκινητήρα) και το φθηνό σχετικά κόστος παραγωγής. Από τον Οκτώβριο του 2010 λόγω της τεχνολογίας SSD είναι δυνατή η λειτουργία των NetBooks για χρονικό διάστημα περίπου 10 ωρών συνεχόμενα.

Περιγραφή λειτουργίας του σκληρού δίσκου

         Ενας σκληρός δίσκος αποτελείται από μία συλλογή από πλάκες (2 με 20), καθεμιά από τις οποίες έχει δύο εγγράψιμες επιφάνειες. Η στοίβα των πλακών περιστρέφεται με 3600 ως 5400 στροφές ανά λεπτό (RPM) (οι νεώτεροι δίσκοι γυρίζουν σε άνω των 7200 στροφών) και έχει διάμετρο που κυμαίνεται από κάτι παραπάνω από μία ίντσα έως κάτι παραπάνω από 10 ίντσες. Κάθε επιφάνεια του δίσκου διαιρείται σε ομόκεντρους κύκλους που ονομάζονται άτρακτοι (tracks). Τυπικά, υπάρχουν 500 με 2000 άτρακτοι ανά επιφάνεια. Κάθε άτρακτος διαιρείται με τη σειρά της σε τομείς (sectors) που περιέχουν τις πληροφορίες· κάθε άτρακτος μπορεί να έχει 32 με 128 τομείς και ο τομέας είναι η μικρότερη μονάδα που μπορεί να διαβαστεί ή να γραφτεί. Για να διαβάσουμε και να γράψουμε πληροφορίες, οι κεφαλές ανάγνωσης/εγγραφής πρέπει να μετακινηθούν, ώστε να βρεθούν πάνω από τη σωστή θέση. Οι βραχίονες του δίσκου (disk arms) για κάθε επιφάνεια είναι συνδεδεμένοι μεταξύ τους και μετακινούνται μαζί, έτσι ώστε κάθε βραχίονας να είναι πάνω από την ίδια άτρακτο σε κάθε επιφάνεια. Ο όρος κύλινδρος (cylinder) χρησιμοποιείται για να αναφερόμαστε σε όλες τις ατράκτους κάτω από τους βραχίονες σε ένα δεδομένο σημείο σε όλες τις επιφάνειες.

Τι είναι σύστημα αρχείων;

     Σύστημα αρχείων ενός λειτουργικού συστήματος, ορίζεται ως ένα σύνολο διαδικασιών και δομών δεδομένων, που διαχειρίζονται το σύνολο των αρχείων κάποιας υπολογιστικής διάταξης. Οι πιο σημαντικές από τις λειτουργίες που μπορεί να επιτελέσει ένα σύστημα αρχείων, είναι κάποιες βασικές πράξεις τόσο με αρχεία – δημιουργία, διαγραφή, ανάγνωση, μεταβολή δικαιωμάτων πρόσβασης κ.λπ. – όσο και με καταλόγους αρχείων – δημιουργία, διαγραφή, μετάβαση, προεπισκόπηση περιεχομένων, κ.λπ. Μερικά συστήματα αρχείων: FAT, FAT16, FAT32, NTSC (υποστήριξη WINDOWS), ext, ext2, ext3, reiserFS (υποστήριξη LINUX).

FAT: Το FAT είναι το καθιερωμένο σύστημα αρχείων του λειτουργικού συστήματος DOS της Microsoft, το οποίο έχει επεκταθεί και ενσωματωθεί και σε νεότερες εκδόσεις λειτουργικών συστημάτων (σειρά Windows) της εταιρείας - File Allocation Table (πίνακας κατανομής αρχείων). Το FAT είναι το βασικό σύστημα αρχείων του MS-DOS, των Windows 3.11 και των Windows 95 στην πρώτη εκδοσή τους. Ήταν το αρχικό σύστημα αρχείων FAT που σχεδιάστηκε για την Microsoft και είχε διευθυνσιοδότηση 8 bit. Το FAT των 12 bit, χρησιμοποιήθηκε από την Microsoft στο MS-DOS από την IBM στο PC DOS και υποστήριζε εύκαμπτους δίσκους. Στο FAT των 16 bit, ένα "διαμέρισμα" (partition) δεν μπορεί να ξεπερνά τα 2 Gbytes και ο συνολικός αριθμός καταλόγων που επιτρέπονται είναι αρκετά περιορισμένος για τις σημερινές απαιτήσεις. Το FAT16 είναι επιρρεπές στον κατακερματισμό των αρχείων, γεγονός που κάνει την προσπέλαση και ανάγνωση των αρχείων αρκετά αργή. Από την δεύτερη έκδοση των Windows 95 το FAT16 αντικαταστάθηκε με το FAT32 των 32 bit. Αν και το FAT32 υπερείχε σε ασφάλεια και δυνατότητες, το FAT16 ήταν ταχύτερο στους αργούς (για τα σημερινά δεδομένα) επεξεργαστές της εποχής των Windows 95. Πρόβλημα επίσης ήταν η μετατροπή ενός σκληρού δίσκου FAT16 σε FAT32 καθώς έπρεπε να γίνει μορφοποίηση. Το πρόβλημα λύθηκε με την κυκλοφορία των Windows 98 τα οποία συμπεριέλαβαν εργαλείο μετατροπής χωρίς να χρειάζεται μορφοποίηση κρατώντας όλα τα δεδομένα του σκληρού δίσκου ανέπαφα.

ΤΡΟΠΟΣ ΛΕΙΤΟΥΡΓΙΑΣ:

     Κατά την μορφοποίηση του σκληρού δίσκου δημιουργούνται το Master Boot Record (MBR), το πρωτεύον διαμέρισμα (primary partition) και τα επεκταμένα διαμερίσματα (extended partitions). Στην περίπτωση του FAT16 επιτρέπονται μόνο ένα πρωτεύον διαμέρισμα και ένα δευτερεύον.

NTSC: Το NTFS είναι το προτιμώμενο σύστημα αρχείων για αυτήν την έκδοση των Windows. Πλεονεκτεί σε πολλά σημεία ως προς το παλαιότερο σύστημα αρχείων FAT32, όπως: δυνατότητα αυτόματης αποκατάστασης της σωστής λειτουργίας μετά από ορισμένα σφάλματα που παρουσιάζονται στους δίσκους, δυνατότητα που δεν υπάρχει στο FAT32, τη βελτιωμένη υποστήριξη για σκληρούς δίσκους μεγαλύτερης χωρητικότητας και τη βελτιωμένη ασφάλεια, χάρη στη δυνατότητα χρήσης δικαιωμάτων και κρυπτογράφησης, ώστε η πρόσβαση σε κάποια αρχεία να επιτρέπεται μόνο σε συγκεκριμένους χρήστες που έχετε εγκρίνει.

EXT (extended file system) : Ένα σύστημα αρχείων που δημιουργήθηκε ειδικά για το Linux.

ΕΧΤ2: Δεύτερη έκδοση του ext. Προσέφερε για καιρό υψηλές αποδόσεις, ασφαλεια δεδομένων και χαμηλη κατανάλωση επεξεργαστικής ισχύος. Μειονεκτήματα ήταν ο μεγάλος χρόνος επιδιόρθωσης σε περίπτωση βλάβης, καθώς και αυξημένο χρόνο εκκίνησης συστήματος.

ReizerFS: Ήταν το πρώτο σύστημα με λειτουργία journaling που ενσωματώθηκε σε πυρήνα Linux. Σε μικρά αρχεία είναι γρηγορότερο σύστημα αρχείων, γι αυτό χρησιμοποιείται σε εφαρμογές όπου η απόδοση με μικρά αρχεία είναι σημαντική (π.χ. HTML). Κύριο μειονέκτημα, είναι η δυσκολία αποκατάστασης σε περίπτωση σφάλματος.

EXT3:  Τρίτη έκδοση του ext με ενσωματωμένη τη λειτουργία journaling. Το ext3, είναι το βασικό σύστημα των περισσότερων διανομών Linux που κυκλοφορούν σήμερα. Πλεονέκτημα είναι η συμβατότητα με το ext2 και δυνατότητα μετατροπής ενός υπάρχοντος συστήματος αρχείων με ext2 σε ext3 και αντίστροφα. Παρέχει υψηλή ασφάλεια και εξελιγμένους αλγορίθμους ανάγνωσης και εγγραφής δεδομένων που ξεπερνούν σε απόδοση ακόμη και πιο εξειδικευμένα συστήματα αρχείων.

Τι είναι η ανασυγκρότηση δίσκου;

      Ο όρος "ανασυγκρότηση δίσκου" περιγράφει τη διαδικασία ενοποίησης των κατακερματισμένων αρχείων που υπάρχουν στο σκληρό δίσκο του υπολογιστή σας. Ο κατακερματισμός είναι ένα φαινόμενο που συμβαίνει φυσιολογικά σε ένα δίσκο με την πάροδο του χρόνου, καθώς αποθηκεύετε, αλλάζετε ή διαγράφετε αρχεία. Όταν αποθηκεύσετε τις αλλαγές που κάνετε σε ένα υπάρχον αρχείο, αυτές συνήθως "τοποθετούνται" σε κάποιο σημείο του δίσκου διαφορετικό από αυτό στο οποίο βρίσκεται το πρωτότυπο αρχείο. Καθώς συνεχίζετε να κάνετε αλλαγές, αυτές αποθηκεύονται σε ακόμα περισσότερα διαφορετικά σημεία. Με τον καιρό, τόσο το αρχείο όσο και ο ίδιος ο σκληρός δίσκος κατακερματίζονται, με αποτέλεσμα η λειτουργία του υπολογιστή να επιβραδύνεται, καθώς για να ανοίξει ένα αρχείο πρέπει να κάνει αναζήτηση σε πολλά διαφορετικά σημεία. Χάνουμε δηλαδή σε ταχύτητα ακόμα και σε φυσική φθορά του δίσκου (έχουμε μηχανικά μέρη – μαγνητική κεφαλή ανάγνωσης και εγγραφής, όπου σε κάθε αναζήτηση και οι δύο κεφαλές, λειτουργούν συνέχεια αλλά και άσκοπα και ο μηχανισμός φθείρεται). Η Ανασυγκρότηση Δίσκων είναι ένα εργαλείο που κάνει αναδιάταξη των δεδομένων που υπάρχουν στο σκληρό δίσκο και ενώνει ξανά τα κατακερματισμένα αρχεία, ώστε να λειτουργεί πιο αποδοτικά ο υπολογιστής σας.

Χρειάζεται ανασυγκρότηση στο λειτουργικό LINUX;

            Η απάντηση είναι όχι. Ένα ενδιαφέρον σημείο στο λειτουργικό LINUX, είναι πως δεν υπάρχει η registry όπως σε όλες τις εκδόσεις των Windows, επομένως έχουμε μικρότερο ποσοστό κατακερματισμένων αρχείων. Ένα δεύτερο και εξίσου σημαντικό σημείο είναι το σύστημα αρχείων των LINUX. Μεγάλη αδυναμία των Windows, είναι το πεπαλαιωμένο filesystem που χρησιμοποιείται από τα Windows (NTFS) το οποίο εκτός από τεράστιες ελλείψεις (όπως ότι δεν είναι journalling filesystem) έχει και μεγάλο πρόβλημα με τον κατακερματισμό των αρχείων με άμεση συνέπεια να χρειάζεται defragment σχετικά συχνά ενώ αυτή του η αδυναμία επηρεάζει σοβαρά την απόδοση του συστήματος. Όσον αφορά τα συστήματα αρχείων του Linux (ext3, xfs κλπ), αυτά είναι πολύ ανώτερα από αυτά των Windows καθώς υποστηρίζουν πλήρως προχωρημένες λειτουργίες (journalling) και δεν είναι ανάγκη να ανασυγκροτούνται. Το journalling είναι μια τεχνική που χρησιμοποιήθηκε αρχικά σε επαγγελματικά συστήματα αρχείων σε περιβάλλοντα UNIX. Υπάρχει μεγάλη βιβλιογραφία γύρω από το journalling και την ασφάλεια των δεδομένων, αλλά η γενική φιλοσοφία ενός τέτοιου συστήματος είναι απλή. Πρακτικά, σε ένα τέτοιο σύστημα αρχείων όλες οι αλλαγές αποθηκεύονται πρώτα σε ένα δεσμευμένο χώρο του συστήματος αρχείων, το αρχείο journal, και όχι απευθείας στα κανονικά αρχεία. Όταν το αρχείο αυτό φτάσει ένα συγκεκριμένο μέγεθος ή όταν περάσει ένα προκαθορισμένο χρονικό διάστημα (συνήθως μερικά δευτερόλεπτα), οι αλλαγές που βρίσκονται στο αρχείο journal αποθηκεύονται πλέον στους κανονικούς παραλήπτες. Αυτή η μέθοδος ευθύνεται για την αυξημένη ασφάλεια δεδομένων που προσφέρουν αυτά τα συστήματα καθώς και για τους μειωμένους χρόνους εκκίνησης. 

ΒΙΒΛΙΟΓΡΑΦΙΑ

Ηλεκτρονική Βιβλιογραφία:

ΒΙΚΙΠΑΙΔΕΙΑ - Η ελεύθερη εγκυκλοπαίδεια  (αναζήτηση: «σκληρός δίσκος», «σύστημα αρχείων»)

http://el.wikipedia.org

Microsoft Windows  (αναζήτηση: «ανασυγκρότηση»)

http://windows.microsoft.com/el-GR/windows/home

Blog: Pc Health and Solutions  (αναζήτηση: «ανασυγκρότηση»)

http://pchands.blogspot.gr/

Blog: forumakias.gr  (αναζήτηση: «γιατί Linux;»)

http://www.forumakias.gr/forum/

klug.gr  …γιατί ο ανοιχτός κώδικας μετράει!  (αναζήτηση: «γιατί Linux;»)

http://www.klug.gr/

Blog: Τα πάντα για το PC  (αναζήτηση: «ανασυγκρότηση»)

http://ipologistis.blogspot.gr/

Έντυπη Βιβλιογραφία:
Τίτλος: «Το λειτουργικό σύστημα LINUX» - Αθανάσιος Ι. Μαργαρης – Εκδόσεις Παπασωτηρίου
Τίτλος: “WINDOWS  VISTA – Administrator’s Pocket Consultant” - William R. Stanek