Кластер (ячейка размещения).

Кластер (ячейка размещения).

Термин кластер иногда заменяется термином ячейка размещения (allocation unit). Новое обозначение — синоним старого, так как кластер является наименьшей ячейкой на диске, которой может оперировать система при чтении или записи файла на диск. Кластер соответствует одному или (чаще всего) нескольким секторам. Это позволяет, например, уменьшить размер FAT и ускорить работу операционной системы, так как ей приходится оперировать меньшим числом распределяемых ячеек. В то же время с увеличением размера кластера на диске растет и размер неиспользуемого дискового пространства, так как его распределение происходит с дискретностью в один кластер.

Поскольку операционная система может оперировать только целыми кластерами, это приводит к потере довольно большого дискового пространства. Файлы редко бывают таких размеров, чтобы занимать целое количество кластеров, поэтому последний кластер, относящийся к файлу, редко оказывается заполненным до предела. Дополнительное пространство между фактическим окончанием файла и концом кластера называется резервом. Чем больше размер кластера в разделе, тем больше объем “бесполезного” резервного пространства.

Использование кластеров больших размеров ощутимо сказывается на работе системы.

Например, на диске емкостью 2 Гбайт, содержащем 5 000 файлов, со средней потерей дискового пространства в полкластера на один файл суммарные потери дискового пространства составят около 78 Мбайт: 5000×(0,5×32). Когда файлы размером менее 32 Кбайт хранятся на диске, ячейки размещения которого имеют размер 32 Кбайт, потеря емкости может составить до 40% от общего объема жесткого диска. Поскольку раздел FAT 32 имеет больше кластеров, чем раздел FAT 16, размер кластера уменьшается. Использование меньшего кластера снижает потери дискового пространства. Например, раздел размером 2 Гбайт с 5 000 файлов в FAT 32 использует кластер размером 4 Кбайт (табл. 1), вместо 32 Кбайт в FAT 16. Такое уменьшение размера кластера снижает потери дискового пространства с 78 до 10 Мбайт.

Таблица 1. Размеры кластеров FAT 32.

Размер каждого кластера FAT 32 достигает 64 секторов (32 КиБ), поэтому диски или разделы FAT 32 теоретически могут содержать до 17 184 062 816 секторов (32 сектора для загрузочной записи + 2 097 152 сектора на каждую таблицу размещения файлов FAT × 2 FAT + 268 435 445 кластеров × 64 сектора на каждый кластер), что составляет 8,8 Тбайт, или 8 ТиБ.

Эта величина является теоретической, потому что 32-разрядная нумерация секторов, используемая в таблицах разделов, расположенных в главной загрузочной записи (MBR), имеет ограничения по емкости диска, объем которого не должен превышать 4 294 967 295 (232 – 1) секторов, что составляет 2,2 Тбайт.

В отличие от FAT, NTFS поддерживает разделы большего объема (до 16 TiB), большие файлы и количество файлов, хранящихся в разделе. Кроме того, в NTFS используются также кластеры меньшего размера, чем в FAT 32, что позволяет более эффективно использовать дисковое пространство. Например, в разделе NTFS объемом 30 GiB используются кластеры размером 4 KiB, тогда как в разделе такого же объема, отформатированном в FAT 32, используются кластеры размером 16 KiB. Использование кластеров меньшего размера позволяет снизить потери дискового пространства. Размеры кластеров NTFS приведены в табл. 2.

Таблица 2. Размеры кластеров NTFS

Файловая система NTFS была предназначена для управления кластерами с помощью 64-разрядных чисел, представляющих собой астрономические величины. Использование даже 32-разрядных чисел позволяет обеспечить адресацию до 4 294 967 295 кластеров, каждый из которых обычно занимает 4 KiB.

Следовательно, раздел NTFS может содержать в общей сложности до 34 359 738 392 секторов (32 сектора, зарезервированные для базового загрузочного сектора раздела и его резервной копии, плюс 4 294 967 295 кластеров × 8 секторов), что составляет 17,59 Тбайт, или 16 TiB. Следует заметить, что полученное значение является теоретическим, так как 32-разрядная нумерация секторов, используемая в таблицах разделов, размещенных в главной загрузочной записи (MBR), имеет ограничения по емкости диска. Поэтому максимальная емкость диска не может превышать 4 294 967 295 (232 – 1) секторов, что составляет 2,2 Тбайт, или 2 TiB. Таким образом, несмотря на то что NTFS теоретически может обрабатывать разделы объемом до 17,59 Тбайт, из-за ограничений, налагаемых форматом таблицы разделов MBR, эта величина уменьшается до 2,2 Тбайт (формат таблицы разделов GPT снимает все эти ограничения).

Динамические диски, впервые появившиеся еще в Windows 2000, обеспечивают возможность создания динамических разделов, которые могут быть простыми (использующими только один диск), составными (в которых используется несколько накопителей) или чередующимися (для повышения производительности одновременно используется несколько накопителей). В целях отслеживания информации о динамических разделах, содержащихся на диске, и динамических дисках, имеющихся в компьютере, в динамических дисках используется скрытая база данных, которая содержится в последнем мегабайте диска. Все динамические диски, имеющиеся в компьютере, содержат точную копию базы данных, что позволяет использовать базу данных одного динамического диска для восстановления поврежденной базы данных другого диска. Применяя несколько составных или чередующихся накопителей с динамическим форматом, можно преодолеть ограничение в 2,2 Тбайт, свойственное разделам, содержащим только одну главную загрузочную запись (MBR).

В разделе FAT кластер является адресуемой порцией файла. Из последовательности кластеров состоит файл. В NTFS адресуемой порцией файла является экстент (непрерывная последовательность кластеров), размер которого задается номером начального кластера экстента и количеством кластеров в экстенте.