Устойчивость ФС с FAT

Упоминавшаяся выше «врожденная» устойчивость к сбоям файловой системы FAT объясняется тем, что в этой ФС удаление блока из списка свободных и выделение его файлу производится одним действием – модификацией элемента FAT. Поэтому если во время этой процедуры произойдет сбой или диск будет вынут из дисковода, то ничего страшного не случится: просто получится файл, которому выделено на один блок больше, чем его длина, записанная в каталоге. При стирании этого файла все его блоки будут помечены как свободные, поэтому вреда практически нет.

Нужно отметить, что при активном использовании отложенной записи FAT и родственные ФС теряют это преимущество. Отложенная запись FAT является единственным способом добиться хоть сколько-нибудь приемлемой производительности от ФС с 32-битовым FAT. Поэтому после аварийной перезагрузки эти системы вынуждены запускать программу аварийного восстановления дисковых томов.

Устойчивость более сложных систем

Если же система хранит в одном месте список или карту свободных блоков, а в другом месте списки блоков, выделенных каждому файлу, как это делают HPFS или ФС систем семейства Unix, то при прерывании операции выделения места в неподходящий момент, могут либо теряться блоки (если мы сначала удаляем блок из списка свободных), либо получатся блоки, которые одновременно считаются и свободными, и занятыми (если мы сначала выделяем блок файлу).

Первая ситуация достаточно неприятна, вторая же просто недопустима: первый же файл, созданный после перевызова системы, будет «перекрещиваться» с испорченным. Поэтому все ОС, использующие файловые системы такого типа (системы семейства Unix, OS/2, Windows NT и т.д.), после аварийной перезагрузки первым делом проверяют свои ФС соответствующей программой восстановления.

Устойчивость ФС к сбоям диска

Простые ФС

Кроме общесистемных сбоев, ФС должна обеспечивать средства восстановления при физических сбоях диска. Наиболее распространенным видом таких сбоев являются нечитаемые – «плохие» (bad) – блоки, появление которых обычно связано с физическими дефектами магнитного носителя.

Жесткие магнитные диски помещены в герметичный корпус и – в норме – не соприкасаются с головками дисковода, поэтому срок службы таких дисков много больше. Появление одиночных плохих блоков на жестком диске скорее всего свидетельствует о заводском дефекте поверхности или же о том, что магнитный слой от старости начал деградировать.

Весьма опасной причиной порчи жестких дисков является соприкосновение головок чтения/записи с поверхностью вращающегося диска (head crash), например, из-за чрезмерно сильных сотрясений диска во время работы. В частности, из-за этого не следует переставлять работающие компьютеры, особенно во время активных операций с диском. Обычно такое соприкосновение приводит к повреждению целой дорожки или нескольких дорожек диска, а зачастую и самой головки. Для несъемных жестких дисков это не редко означает потерю целой рабочей поверхности: считывание данных с нее требует замены блока головок, что весьма дорого.

Обычно ошибки данных обнаруживаются при чтении. Дисковые контроллеры используют при записи кодировку с исправлением ошибок, чаще всего коды Хэмминга, которые позволяют обнаруживать и исправлять ошибки. Тем не менее, если при чтении была выявлена ошибка, большинство ОС отмечают такой блок как плохой, даже если удалось восстановить его на основании избыточного кода.

В файловой системе FAT плохой блок или кластер, содержащий такой блок, отмечается кодом 0xFFFB (с 16-разрядной FAT). Эта файловая система не способна компенсировать плохие блоки в самой FAT или в корневом каталоге диска. Такие диски просто считаются непригодными для использования.

Сложные ФС

В «сложных» файловых системах обычно используется более сложный, но зато и более удобный способ обхода плохих блоков, называемый горячей заменой (hotfixing). При создании файловой системы отводится небольшой пул блоков, предназначенных для горячей замены. В файловой системе хранится список всех обнаруженных плохих блоков, и каждому такому блоку поставлен в соответствие блок из пула горячей замены. При этом плохие блоки, на которые оказались отображены системные структуры данных, например участок таблицы инодов, также подвергается горячей замене. Таблица горячей замены может быть как статической, так и динамической. На первый взгляд, динамическая таблица горячей замены предпочтительна, однако не нужно забывать о двух немало важных факторах:

• Файловая система вынуждена использовать для справки таблицу горячей замены при всех обращениях к диску, поэтому увеличение таблицы приводит к замедлению работы.
• Множественные плохие блоки на жестком диске свидетельствуют либо о том, что диск дефективный, либо о том, что магнитный слой начал разрушаться от старости (иными словами, что этот диск пора выбрасывать), либо о каких-то других не менее серьезных проблемах, вроде разгерметизации корпуса и проникновения в него пыли.

С учетом обоих факторов кажется целесообразным установить предел количества плохих блоков, после достижения которого диск нуждается в замене. Следует отметить также, что этот предел не может превышать нескольких процентов общей емкости диска. В свете этого небольшая статическая таблица блоков горячей замены представляется вовсе не такой уж плохой идеей.

Современные контроллеры жестких дисков часто предоставляют свои средства горячей замены блоков, происходящие незаметно для центрального процессора.