Курсовая работа: Дефрагментатор файловой системы

Курсовая работа: Дефрагментатор файловой системы

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ

1.1 Файловая система типа FAT32

1.2 Файловая система типа NTFS

1.3 Популярные утилиты-дефрагментаторы

1.3.1 Программа Windows Disk Defragmente

1.3.2. Дефрагментатор Diskeeper 2009

1.3.3. Утилита UltraDefrag

1.3.4. Программа Auslogics Disk Defrag

1.3.5. Программа O&O Defrag

РАЗДЕЛ 2. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМОВ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ

2.1 Алгоритмы

2.1.1 Простая дефрагментация

2.1.2 Дефрагментация свободного места или полная дефрагментация

2.1.3 Дефрагментация часто используемых данных

2.1.4 По дате последнего изменения

2.1.5 Сортировка по имени

2.2 Выбранный алгоритм

2.3 Среда разработки

2.3.1 С++ Bilder

2.3.2 Microsoft Visual Studio

2.3.3 Выбранная среда

РАЗДЕЛ 3. РУКОВОДСТВО ПРОГРАММИСТА

3.1 Стандартные функции

3.1.1 Управляющий код FSCTL_GET_VOLUME_BITMAP

3.1.2 Управляющий код FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS

3.1.3 Структура RETRIEVAL_POINTERS_BUFFER

3.1.4 Управляющий код FSCTL_MOVE_FILE

3.1.5 Функция CreateFile

3.1.5 Функция CheckTokenMembership

3.2 Функции, выполняющие дефрагментацию

3.2.1 Функция «file_map»

3.2.2 Функция «volume_map»

3.2.3 Функция «simply_defrag»

РАЗДЕЛ 4. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ

4.1. Интерфейс программы

4.2 Кнопка «Drive info»

4.3 Кнопка «GO»

4.4 Кнопка «File info»

ВЫВОДЫ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Используя операционные системы семейства Windows пользователи становятся привязанными к конкретным файловым системам. Наиболее часто используются, как файловые системы для жестких дисков, типы NTFS и FAT32. Эти системы имеют множество отличий, но их сходство заключается во фрагментации файлов, так как в программах для работы с ними обычно не предусмотрено никаких средств для предотвращения фрагментации.

Длинные данные зарисуются на диск в нескольких кластерах. Если места для записи определенного файла достаточно, то все кластеры размещаются последовательно. Однако если пространство частично заполнено, большому файлу может не найтись цельной свободной области для его размещения. В таком случае данные будут записаны в свободные кластера, при условии, что их суммарный объем удовлетворяет данный файл. В этом случае файл записывается в виде нескольких фрагментов. Более того: во многих файловых системах (пример FAT32) начало файла записывается в начало кластера, следовательно, если сам файл или его часть по объёму меньше размера кластера, то оставшееся место в кластере остается неиспользованным. Поэтому фрагментированность диска обратно пропорциональна эффективности использования его пространства.

«Фрагментация дискового пространства. Эффект, возникающий в процессе активной работы с файлами (создание, удаление, перемещение, изменение размеров) и выражающийся в отсутствии на жёстком диске достаточного количества последовательных свободных блоков. На фрагментированном диске свободные блоки разбросаны по всей поверхности диска, и при дальнейшей работе с диском, это приводит к фрагментации данных.» [1]

Так мы можем сказать, что фрагментация данных является негативным эффектом. Дробление файлов затрудняет работу с ними и увеличивает нагрузку на аппаратную часть компьютера. На сильно фрагментированных областях жесткому диску потребуется затратить гораздо больше времени для записи или считывания файла, чем на мало фрагментируемых областях. Это объясняется тем, что большое количество кластеров занятых конкретным файлом располагаются не последовательно, а, можно сказать, хаотично разбросаны по всему объему винчестера. И именно этот факт заставляет считывающую головку затрачивать лишнее время на поиск очередной части файла.

Таким образом, можно сделать вывод, что минимальная фрагментация не только увеличит быстродействие системы, но и увеличит срок службы некоторых устройств.

Чтобы избежать фрагментации дискового пространства необходимо проводить процесс дефрагментации.

«Дефрагментация — процесс обновления и оптимизации логической структуры раздела диска с целью обеспечить хранение файлов в непрерывной последовательности кластеров. После дефрагментации ускоряется чтение и запись файлов, а следовательно и работа программ. Другое определение дефрагментации: перераспределение файлов на диске, при котором они располагаются в непрерывных областях» [2].

РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ

1.1 Файловая система типа FAT32

FAT32 (от англ. File Allocation Table — «таблица размещения
файлов») — это файловая система, разработанная компанией Майкрософт, разновидность FAT. Файловая система поддерживает кластеры с минимальным размером 4 КБ, а также жесткие диски EIDE, объем которых превышает 2 ГБ. Данную систему поддерживают все операционные системы семейства Windows начиная с Windows 95.

Файловая система FAT32 содержит следующие возможности, отсутствовавшие в предыдущих версиях файловой системы FAT.

·  FAT32 поддерживает диски размером до 2 терабайт.

·  FAT32 более эффективно использует пространство на диске. За счет поддержки кластеров меньшего размера (4 КБ на дисках до 8 ГБ) файловая система FAT32 использует пространство на больших дисках на 10–15% эффективнее, чем файловые системы FAT и FAT16.

·  FAT32 более надежна. FAT32 поддерживает изменение места расположения корневой папки и использование резервной копии таблицы размещения файлов (вместо основного экземпляра). Также загрузочная запись на дисках, с файловой системой FAT32, использует резервную копию наиболее важных данных. Таким образом, диски с FAT32 более надежны, чем диски с файловой системой FAT16.

·  FAT32 более гибка. Корневая папка на диске FAT32 представляет собой стандартную последовательность кластеров и может размещаться в любом месте диска. Отсутствуют ограничения на количество элементов в корневой папке, существовавшие в предыдущих версиях. Кроме того, FAT32 позволяет отключать дублирование основного экземпляра таблицы размещения файлов и использовать второй экземпляр. Эти функции позволяют динамически изменять размер разделов FAT32.

Были расширены атрибуты файлов. Теперь возможно теперь хранить время и дату создания, даты модификации и последнего доступа к файлу или каталогу.

Но данная файловая система не поддерживает журналирование. Эта технология позволяет записывать все операции производимых с файлами. Журналирование помогает установить тип ошибки, произошедшей при сбое во время работы ОС. Также используется при восстановлении файловой системы. Как следствие отсутствия сведений о изменениях данных после сбоя необходимо проводить полную проверку ФС на наличие логических ошибок.

1.2 Файловая система типа NTFS

NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для ОС Windows NT. NTFS заменила применяемую ранее FAT.

Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры — единичные блоки данных. NTFS поддерживает различные размеры блоков — минимальные 512 байт до предельно допустимых 64 Кбайт, стандартом, в операционных системах Windows NT, считается кластер размером 4 Кбайт, при таком объеме будет доступна функция сжатия дынных. Файловая система NTFS условно разделена на две части. Первая часть диска будет занята MFT (Master File Table — общая таблица файлов), для ее хранения отводится 12% пространства всего раздела. Это пространство необходимо для хранения метафайла MFT. Запись каких-либо пользовательских данных в эту область невозможна. Область для MFT всегда держится пустой — это делается для того, чтобы служебный файл не фрагментировался при увеличении своего объема. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов.

Далее перечислены возможности, предоставляемые файловой системой NTFS.

·  Усовершенствованные возможности масштабирования при использовании дисков больших объемов. Максимальный объем раздела или тома для системы NTFS значительно превышает максимальный объем раздела или тома для файловой системы FAT, и, в отличие от системы FAT, при увеличении объемов не происходит снижения производительности.

·  Active Directory (и домены, являющиеся частью Active Directory). С помощью Active Directory можно легко просматривать сетевые ресурсы и управлять ими. С помощью доменов, сохраняя простоту администрирования, можно настроить параметры безопасности. Контроллеры домена и Active Directory требуют наличия NTFS.

·  Возможности сжатия, включая возможность сжатия или распаковки диска, папки или определенного файла. (Файл не может быть сжат и зашифрован одновременно.)

·  Шифрование файлов, значительно повышающее безопасность. (Файл не может быть сжат и зашифрован одновременно.)

·  Разрешения, которые могут быть установлены для отдельных файлов, а не только для папок.

·  Внешнее хранилище, обеспечивающее расширение места на диске с помощью организации более совершенного доступа к съемным носителям, таким как магнитные ленты.

·  Регистрация событий по обращению к дискам, помогающая быстро восстановить данные в случае перебоя электропитания или других системных сбоев.

·  Разреженные файлы — файлы больших размеров, создаваемые в приложениях определенным образом, что для их хранения требуется малые объемы дискового постранства. В связи с этим NTFS выделяет дисковое пространство только для тех частей файла, в которые производится запись данных.

·  Дисковые квоты, с помощью которых можно управлять объемом дискового пространства, выделяемого конкретным пользователям.

Вернемся к проблеме фрагментации. Изначально утверждалось, что новая файловая система не нуждается в дефрагментации. Но, как выяснилось, она страдает той же проблемой, хотя и обладает некоторыми технологиями способствующих увеличению производительности даже на сильно фрагментируемых дисках.

При заполнении диска на 88% мы, можно сказать, лишаемся возможности проводить дефрагментацию, так как запись данных в MFT зону нам запрещена, а для перемещения файлов нет свободного места. С MFT возникают еще ряд проблем. При переполнении свободного места (более 88% от общего объема) MFT область сокращается, что в дальнейшей работе приводит к ее фрагментации, а это уже является проблемой так, как из-за особенностей ФС дефрагментировать ее не удастся.

1.3 Популярные утилиты-дефрагментаторы

Фрагментированные файлы никак не нарушают работу вычислительной системы, но значительно влияют на ее быстродействие. По этой причине разрабатываются новые алгоритмы дефрагментации файлов и создаются различные программы, выполняющие этот процесс.

На данный момент пользователю доступны десятки различных платных и бесплатных программных продуктов. Каждый из них достоин внимания, но можно выделить наиболее качественные и популярные программы. Однако «лучшего» определить не возможно, и пользователю остается сделать выбор: каким дефрагментатором пользоваться.

1.3.1 Программа Windows Disk Defragmenter

Данный дефрагментатор является стандартным средством Windows.

Имеет простой интерфейс, графическое отображение состояния диска (Рис. 1.1.).

Рис. 1.1. Интерфейс Windows Disk Defragmenter.

Он позволяет работать с файловыми системами FAT, FAT32 и NTFS. Дефрагментации подвергается большинство требуемых файлов. Данный продукт имеет множество недостатков, основными, из которых, можно считать: малую производительность, минимальный спектр настроек, наличие 15% свободного дискового пространства для начала процесс дефрагментации. Также программа не объединяет свободное пространство, что в скором времени приведет к более частой фрагментации. Не организована функция автоматической дефрагментации. Из-за плохой работы данную программу не следует использовать для основного средства дефрагментации.

1.3.2 Дефрагментатор Diskeeper 2009

Diskeeper являться популярным пакетом для дефрагментации жесткого диска. Поддерживает файловые системы NTFS, FAT16 и FAT32. Программа способна работать с томами более 1 Тб, большими файлами, сильно фрагментированными файлами, системными файлами, MFT. Для работы дефрагментатора, по заверениям разработчиков, достаточно 1% свободного дискового пространства, но на практике большие файлы попросту пропускаються. К сожалению программа имеет низкую скорость работы, в сравнении с другими решениями.

Программа имеет множество настроек, но в тоже время остается простой для использования (Рис. 1.2.). Все функции легко понимаемы, что позволяет быстро начать работу, не затрачивая лишнего времени на поиск необходимой операции.

Рис. 1.2. Интерфейс Diskeeper 2009.

После проведения Анализа диска пользователю представляют детальнейший отчет о файлах, их расположении, состоянии.

Diskeeper может работать в автоматическом режиме и в ручном. В первом случае, благодаря специальной технологии, программа самостоятельно принимает решение относительно процесса дефрагментации и применяемого метода. Также возможно создать расписание дефрагментации. В ручном режиме процесс дефрагментации инициируется пользователем, выбор метода и приоритета также указывает пользователь. Для ручного режима доступно два варианта работы «Quick» и «Recommended». При использовании первого метода обеспечивается высокая скорость работы при малой эффективности. Это объясняется тем, что при работе не производится объединение свободных областей. Режим «Recommended» более длительны, использует больше системных ресурсов. В этом случае производится дефрагментация файлов и частичное объединение свободного пространства диска. Для этого режима возможно использовать автоматическое определения приоритета дефрагментации

1.3.3 Утилита UltraDefrag.

Маленький бесплатный дефрагментатор. К основным достоинствам можно отнести открытый программный код, высокую скорость работы, малое потребление системных ресурсов, простой интерфейс.

Программа может работать как консольное приложение, так и с графическим интерфейсом. Благодаря консольному режиму организована дефрагментация по расписанию, дефрагментация определенных файлов и папок. Графический режим наглядно отображает карту диска, кластеры изображены блочной системой раскрашенными разными цветами, соответствующим типам файлов и степени фрагментации (Рис. 1.3.).

Рис. 1.3. Интерфейс Ultradefrag.

Однако UltraDefrag использует слабый алгоритм дефрагментации. Программа не способна сортировать файлы по частоте доступа или же по имени, не дефрагментирует свободное пространство. Несмотря на эти недостатки, после завершения процесса дефрагментации ощущается значительный прирост производительности. Программа генерирует отчеты в формате HTML. Имеет 32-х битные и 64-х битные версии.

1.3.4 Программа Auslogics Disk Defrag

Auslogics Disk Defrag бесплатное решение дефрагментации жестких дисков. Имеет приятный понятный интерфейс (Рис. 1.4).

Рис. 1.4. Интерфейс Auslogics Disk Defrag.

Высокая скорость работы и наличие самых необходимых опций делают эту программу очень удобным инструментом для работы с жестким диском. Несмотря на относительно малые объемы, является очень хорошим средством дефрагментации. Однако зачастую программа пропускает большие файлы, это происходит в случае отсутствия подходящего неразделенного объема свободного места на диске. Программа не способна проводить дефрагментацию свободного пространства. Также не проводится дефрагментация заблокированных системой файлов.

Программа имеет украинскую и русскую локализации, последнюю версию можно бесплатно скачать на официальном сайте.

В программе можно указать исключения – папки, которые не следует дефрагментировать. Перед началом процесса дефрагментации программа может удалить временные файлы, что позволит выполнить работу быстрее, очистить место на диске и ускорить работу системы. В настройках можно выбрать дефрагментацию всего диска, папки или отдельного файла. Программа может работать по расписанию и поддерживает автодефрагментацию.

Сразу после выполнения дефрагментации пользователю представляется краткий отчет, в котором выделены важнейшие сведенья. Также можно просмотреть полный отчет.

1.3.5 Программа O&O Defrag

Мощный программный пакет для дефрагментации диска. O&O Defrag выделяется благодаря уникальным технологиям. ActivityGuard следит за работой компьютера и незаметно проводит дефрагментацию, самостоятельно изменяю свою активность в зависимости от основных задач, выполняемых на данный момент. Технология OneButtonDefrag позволяет проводить дефрагментацию в соответствии с заданными установками, при определенном уровне фрагментации.

Дефрагментация может проводиться во время простоя системы, по расписанию, в ручном режиме. Для начала работы необходимо более 5% свободного пространства на диске. Программа позволяет дефрагментировать отдельный диск или все, отдельный файл, конкретную папку. Однако иногда возникают проблемы с дефрагментацией отдельных файлов. Если программе не удается найти достаточного свободного объема, она отмечает процент выполненной работы и переходит в недоступный режим (программа не отвечает), в таких ситуациях приходиться завершать процесс. После такого использовать программу удастся только после запуска соответствующей службы.

Пользоваться программой достаточно просто. Все возможности программы сгруппированы в четыре вкладки: Дефрагментация, Отчеты, Вид, Справка. Интерфейс удобный и интуитивно понятен (Рис. 1.5.).

Рис. 1.5. Интерфейс O&O Defrag.

После окончания анализа и выполнения дефрагментации можно просмотреть удобный детальный отчет.

Организовано несколько различных алгоритмов дефрагментации. Это самые распространенные алгоритмы: Скрытая (быстрая) дефрагментация (Stealth), Дефрагментация свободного места (Space), Имя (Complete/Name), Изменен(Complete/Modified), Доступ (Complete/Access). Более детально работу этих методов будет рассмотрено в следующем разделе.

РАЗДЕЛ 2. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМОВ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ

2.1    Алгоритмы

Процесс дефрагментации файла можно разделить на два основных этапа: анализ файла, поиск кластеров этого файла, их расположение, поиск области диска для перемещения фрагментированных данных; непосредственно сама дефрагментация–перемещение кластеров файла в отведенное место, удовлетворяющее его объему.

2.1.1 Простая дефрагментация

Данный способ используется наиболее часто и является наиболее простым в реализации, быстрым среди остальных алгоритмов. Проводится сканирование диска в поисках всех кластеров одного файла. После составления карты файла его фрагменты перемещаются в свободное место, в которое может поместиться файл целиком. Таким образом, все файлы, которые не представляют собой непрерывные цепочки кластеров.

На первом этапе задается файл, который необходимо дефрагментировать. Далее проводится поиск всех кластеров занимаемым файлом. Если кластеры не образуют нераздельную цепочку – это означает, что файл фрагментирован. На следующем этапе проводится поиск подходящего места для перемещения файла. После успешного выполнения предыдущего шага выполняется перемещение кластеров файла в новое место на диске. Если же место для файла не найдено (особо актуально для больших по объему файлов), то он пропускается и остается фрагментированным.

На рисунках 2.1. и 2.2. представлен, в графическом виде, принцип работы алгоритма. На рисунке 2.3. изображены условные обозначения.

Рис. 2.1. Область диска до дефрагментации.

Рис. 2.2. Использован «простой» метод.

операционный файловый дефрагментация программа

Рис. 2.3. «Легенда».

Преимущества: быстрая и эффективная работа. Небольшое потребление системных ресурсов. Максимальный размер файла, который может быть дефрагментиранным, определяется свободным неразделенным участком дискового пространства.

Недостатки: не способен дефрагментировать свободное пространство, что приводит к сильной фрагментации не занятых кластеров. Если общее свободное место позволяет дефрагментировать файл, но неразделенного свободного объема нет (фрагментировано свободное место). Не выполняется никакой сортировки данных.

2.1.2 Дефрагментация свободного места или полная дефрагментация

Метод полной дефрагментации или дефрагментации свободного места использовался одним из первых. Данный способ дефрагментирует все файлы и помещает их в начала раздела, что позволяет освободить максимально возможную свободную область диска. После проведения дефрагментации все файлы будут расположены в соседних областях, образуя, таким образом, непрерывную цепочку.

В настоящее время такой способ дефрагментации используется крайне редко, как основной метод, так как он занимает длительное время и требует относительно много свободного дискового пространства.

На первом этапе проводится поиск фрагментированных файлов с последующей дефрагментацией, но, в отличие от пред идущего метода, перемещение фалов осуществляется не в любое подходящее место на диске, а в конец раздела, таким образом, образуется область данных без свободных кластеров. После того как все необходимые файлы были дефрагментированны выполняется перемещение этих данных в свободные кластера в начале тома. Если свободного места между двумя блоками данных не достаточно для помещения очередного файла, то последующий блок переносится в конец раздела, тем самым высвобождает пространство для размещения файла. Таким образом, проводится реорганизация файловой структуры, благодаря которой в начале дискового раздела создается область данных, а в конце – все доступное свободное дисковое пространство.

На рисунках 2.4. и 2.5. представлен, в графическом виде, принцип работы алгоритма. На рисунке 2.6. изображены условные обозначения.

Рис. 2.4. Область диска до дефрагментации.

Рис. 2.5. Дефрагментация свободного места.

Рис. 2.6. «Легенда».

Преимущества: метод эффективен для сильно фрагментированных дисков. Дефрагментация свободного места предотвращает дальнейшую фрагментацию данных. При проведении дефрагментации пропущенными фрагментированными остается намного меньше файлов, нежели при «простой дефрагментации».

Недостатки: процесс занимает длительное время. Требуется много свободного места на диске. Из-за частого перемещения данных увеличивается нагрузка на компьютер, особенно, но жесткий диск. Данный метод не является оптимальным для проведения плановой дефрагментации, или дефрагментации в фоновом режиме.

2.1.3 Дефрагментация часто используемых данных

Такой метод размешает файлы на жестком диске согласно с частотой их использования. Такой метод занимает длительный промежуток времени и требует больших ресурсов. Зачастую данный метод применяется на серверных машинах.

Для минимальной фрагментации и поддержания высокой производительности следует использовать данный метод регулярно.

Проводится обычный процесс дефрагментации файлов. Особенностью данного метода является реорганизация файловой структуры. После завершения дефрагментации файлы сортируются по времени последнего доступа. Файл с наименьшей частотой использования помешается в начало раздела. Часто испытываемые файлы размешаются в конце раздела. В таком случае редко используемые файлы будут дефрагментированны и не возникнет необходимости их перемещать. Данный метод можно отнести к «полной» дефрагментации, так как при сортировке и перемещении данных на жестком диске образуются большие объемы смежных свободных областей.

Страницы: 1, 2