Organizácia dát na disku

Každý pevný disk je vždy rozdelený na partície, no môže obsahovať len jednu partíciu. Z pohľadu práce s dátami je vhodné vždy disk rozdeliť minimálne na dve partície – jednu na systémové súbory a jednu na dáta. V praxi bývajú disky rozdelená na mnoho partícií.

Každý operačný systém ponúka nástroje na prácu s partíciami disku, ale zvyčajne poskytujú len základné možnosti, a to vytváranie a odstraňovanie partícií, prípadne zmenu ich veľkosti. Vhodným nástrojom na manipuláciu s partíciami je nástroj gparted, ktorý okrem základných možností poskytuje aj presúvanie, či kopírovanie partícií.

Partície

Rozdelenie disku na partície poskytuje možnosť používať na každej partícii nezávislý súborový systém. Medzi najväčšie výhody patrí:

  • možnosť zvoliť vhodný súborový systém
  • možnosť oddeliť dátovú a systémovú časť
  • zaplnenie jednej partície neovplyvní iné partície

Rozdelenie disku na partície nerieši problém straty dát pri poruche disku, pretože jednotlivé partície sa i tak nachádzajú na tom istom disku. Samostatné partície tiež nezvýšia rýchlosť čítania ani zápisu, pretože sa nachádzajú na jednom disku.

Varovanie

Vytváranie zálohy dát na inú partíciu rovnakého disku je neúčinné v prípade fyzickej poruchy disku!

V súčasnosti sú používané dve schémy rozdelenia disku MBR a GPT.

Master Boot Record

Rozdelenie disku MBR (Master Boot Record) je starší spôsob rozdeľovania disku, ktorý by už nemal byť používaný, pokiaľ na to nie je výslovný dôvod (napr. stará základná doska apod). Rozdelenie disku pomocou MBR je podporované ako BIOSom, tak i UEFI.

MBR je umiestnený na začiatku disku a okrem tabuľky rozdelenia disku môže obsahovať aj zavádzač. Malý priestor vyhradený na tabuľku rozdelenia disku umožňuje disk rozdeliť len na štyri partície, čo je často málo. A tak vznikol koncept logických partícií, ktoré neobsahujú dáta, ale vytvárajú priestor na vytváranie logických partícií, ktorých počet nie je obmedzený na štyri.

Rozdelenie disku MBR teda rozpoznáva tri typy partícií:

primárne
  • obsahujú dáta
  • max. štyri partície
rozšírené
  • obsahujú logické partície
  • nikdy neobsahujú dáta
  • zarátavajú sa medzi max. počet primárnych partícií
logické
  • obsahujú dáta
  • vždy sú súčasťou rozšírenej partície

GUID Partition Table

Rozdelenie disku GPT (GUID Partition Table) je nový spôsob rozdelenia disku na partície, ktorý rieši obmedzenia MBR. Disk rozdelený pomocou GPT môže mať až 127 partícií, pričom GTP pozná len jeden typ partície (ekvivalent primárnej partície MBR).

Rozdelenie disku pomocou GPT nemožno použiť s BIOSom, pretože vyžaduje UEFI.

Vytvorenie partícií

Príklad vytvorenia dvoch partícií na disku GPT:

  1. spustiť gparted a zvoliť disk – vidno prázdny disk:

  2. vytvoriť novú tabuľku rozdelenia disku – gpt:

  3. vytvoriť partície – zvoliť veľkosť (MiB), typ súborového systému a menovku – nevykoná okamžite:

  4. grafické zobrazenie partícií, s výpisom čakajúcich operácií:

  5. po potvrdení budú operácie vykonané – môže to chvíľu trvať:

  6. grafické zobrazenie výsledku:

Diskové polia

Diskové polia (RAIDRedundant Array of Independent Disks) poskytuje spôsob ako zapojiť viacero fyzických diskov tak, že v systéme vystupujú ako jeden logický disk. Existuje dve riešenia diskových polí:

hardvérové
  • samostatné zariadenie alebo radič diskov
  • môže byť zabudovaný v základnej doske (väčšinou je i tak softvérový)
  • zvyčajne poskytuje vyšší výkon ako softvérové riešenie
  • často nekompatibilné medzi výrobcami hardvéru
softvérové
  • zabudované v operačnom systéme alebo samostatný softvér
  • zvyčajne poskytuje slabší výkon ako hardvérové riešenie
  • využíva bežné rozhranie diskov
  • nezávislé na výrobcovi hardvéru

Varovanie

Diskové polia nie sú určené na zálohovanie dát (hoci to môže vytváranie kópií naznačovať), ale primárne slúžia na vytvorenie väčších logických diskov z viacerých menších, prípadne na zníženie pravdepodobnosti straty dát pri fyzickej poruche disku.

Existuje viacero architektúr diskových polí. Niektoré sa stali de facto normou, iné sú používané len málo.

RAID0

  • vyžaduje minimálne dva disky

  • rozdeľuje dáta (stripping) rovnomerne medzi všetky disky

  • zvyšuje kapacitu disku

    počet diskov x najmenší disk

  • zvyšuje rýchlosť zápisu i čítania

    môže zapisovať i čítať naraz z viacerých diskov (neefektívne pri malých súboroch)

  • znižuje bezpečnosť dát

    pri poruche i jedného disku dôjde k úplnej strate dát

RAID1

  • vyžaduje minimálne dva disky

  • zrkadlí (mirroring) dáta na všetky disky

  • nezvyšuje kapacitu disku

    kapacitu udáva najmenší disk

  • nezvyšuje rýchlosť čítania/zápisu

    zapisuje síce paralelne, ale všade rovnaké dáta

  • zvyšuje bezpečnosť dát

    stačí jeden funkčný disk, aby boli dáta prístupné

RAID5

  • vyžaduje minimálne tri disky

  • spolu s dátami zapisuje aj kontrolný súčet – vždy na iný disk

  • dáta striedavo zapisuje medzi všetky disky, okrem toho s kontrolným súčtom)

  • zvyšuje kapacitu disku

    (počet diskov - 1) x najmenší disk

  • zvyšuje rýchlosť zápisu i čítania

    môže zapisovať i čítať naraz z viacerých diskov (neefektívne pri malých súboroch)

  • zvyšuje bezpečnosť dát

    pri poruche najviac jedného disku sú dáta stále prístupné, i keď so zníženým výkonom

RAID01

  • vyžaduje minimálne štyri disky

  • je to kombinácia diskových polí RAID0, ktoré sú potom zapojené do RAID1

  • zvyšuje kapacitu disku

    (počet diskov / 2) x najmenší disk

  • zvyšuje rýchlosť zápisu i čítania

    môže zapisovať i čítať naraz z viacerých diskov (neefektívne pri malých súboroch)

  • zvyšuje bezpečnosť dát

    bez problémov môže nastať porucha jedného disku a pri vhodnej kombinácii aj porucha dvoch diskov

RAID10

  • vyžaduje minimálne štyri disky

  • je to kombinácia diskových polí RAID1, ktoré sú potom zapojené do RAID0

  • zvyšuje kapacitu disku

    (počet diskov / 2) x najmenší disk

  • zvyšuje rýchlosť zápisu i čítania

    môže zapisovať i čítať naraz z viacerých diskov (neefektívne pri malých súboroch)

  • zvyšuje bezpečnosť dát

    bez problémov môže nastať porucha jedného disku a pri vhodnej kombinácii aj porucha dvoch diskov

Súborové systémy

Každá partícia, ktorá má obsahovať dáta musí mať vytvorený súborový systém. Súborový systém možno vytvoriť až po vytvorení partície, pričom existuje niekoľko desiatok súborových systémov, ktoré sa líšia svojimi vlastnosťami i účelom použitia. Niektoré sú vhodnejšie na dáta s veľkými (obrovskými) súbormi, iné sú zase optimalizované na veľký (obrovský) počet malých súborov, ďalšie sú optimalizované na použitie na pamätiach typu Flash, či poskytujú šifrovanie uložených dát.

FAT

Súborový systém používaný mnohými „malými“ zariadeniami (napr. prehrávače DVD, televízory, smerovače), ktorý má svoje korene v predchodcovi Windows – MS DOS.

Jedná sa o súborový systém, ktorý poskytuje len základné možnosti, a tak je jednoduchý a rýchly. Medzi jeho najväčšie nevýhody patrí:

  • nie je odolný voči výpadkom napájania
  • výrazne trpí fragmentáciou
  • nepozná používateľské práva

Existuje viacero implementácií:

  • FAT12 pre diskety
  • FAT16, ktorý nepodporoval dlhé mená súborov
  • FAT32 s podporou dlhých mien

NTFS

Predvolený súborový systém súčasných Windows, ktorý poskytuje určité vylepšenia oproti FAT:

  • žurnálovanie (zvýšenú odolnosť voči výpadkom napájania)
  • podporu používateľských práv
  • šifrovanie (staré a dnes nepoužiteľne slabé)
  • komprimáciu

Rovnako ako FAT trpí fragmentáciou súborov.

Ext2

Základný súborový systém Linuxu, možno ho považovať za (nekompatibilnú) obdobu FAT:

  • rýchly
  • nie je odolný voči výpadkom napájania
  • podporuje práva používateľov
  • nie je náchylný na fragmentáciu dát

Ext3 a 4

Súborové systémy Ext3 a Ext4 sú novšími verziami súborového systému Ext2. Hlavným vylepšením je najmä podpora žurnálovania, ktorá vylepšuje odolnosť voči výpadkom napájania.

ReiserFS

Linuxový súborový systém ReiserFS poskytuje žurnálovanie i podporu práv používateľov a okrem toho je optimalizovaný na prácu s obrovským počtom malých súborov.

XFS

Linuxový súborový systém XFS poskytuje žurnálovanie i podporu práv používateľov a okrem toho je optimalizovaný na prácu s obrovskými súbormi.

BTRFS

Súborový systém BTRFS poskytuje, okrem žurnálovania a podpory používateľských práv, zabudovanú podporu diskových polí a zálohovania i archivácie.

LUKS

LUKS nie je súborovým systémom ako takým, ale poskytuje šifrovanú medzivrstvu k iným súborovým systémom, ktorá zabezpečuje bezpečnú uloženie dát so zaistením ochrany ich súkromnosti.