Cluster (pevný disk)

Technology

12 hours ago

Author

souborového systému)

Cluster (též alokační blok, alokační jednotka) je v počítači logická jednotka, do které se ukládají soubory a adresáře v souborovém systému. Sloučením několika bloků do větší alokační jednotky se snižuje režie komunikace počítače s úložným zařízením, snižuje se fragmentace a zvyšuje se tak rychlost a efektivita přenosu dat. +more Úložným zařízením může být jakékoliv blokové zařízení (pevný disk, CD, DVD, flash paměť, pásková jednotka a podobně).

Popis

Úložná zařízení pracují už od doby páskových jednotek s bloky dat. Blok je historicky souvislý úsek dat o velikosti alespoň 512 bajtů, se kterým zařízení pracuje jako s nejmenším možným celkem (avšak například CD a DVD používá 2048 bajtů, flash paměti 32 až 128 KiB). +more Aby bylo možné bloky snadno adresovat, jsou lineárně očíslovány (viz LBA). Před LBA se používala trojice Cylindr-Hlava-Sektor. Použití bloků umožňuje výrazně snížit režii při adresaci a evidenci uložených dat (je potřeba menší množství metadat).

Spolu s růstem velikosti úložného prostoru však začala být velikost bloku malá, protože neúměrně zvyšovala režii pro ukládání metadat, zvyšovala fragmentaci dat a zpomalovala tak rychlost přenosu dat. Proto bylo přistoupeno ke slučování bloků do větších logických celků na úrovni systému souborů, které se označuje alokační blok (cluster, alokační jednotka). +more Jeden alokační blok je vždy 2^n násobkem bloků na úložném médiu (1, 2, 4, …, 32, 64, 128, …). Operační systém pak při komunikaci se zařízením pracuje s menšími bloky, než prezentuje při práci se souborovým systémem.

Efektivita

Pro práci s pevnými disky (tj. disky s rotační plotnou) bylo během doby vymyšleno mnoho vylepšení, které zvyšovaly výkon při čtení a zápisu dat. +more Některá vylepšení jsou už zastaralá nebo naopak nevhodná pro současná zařízení (např. při práci se SSD disky nebo s USB flash disky).

Bloky dat

Při čtení jediného bajtu (nebo bitu) je proto vždy přečten celý blok dat a stejně tak i při zápisu. Při změně je nutné nejprve celý blok načíst do paměti, informaci změnit a celý blok následně zapsat. +more Na první pohled se tak dramaticky zvýší režie. Přečtená data se však ukládají do cache (obvykle část operační paměti počítače) a pro následující čtení blízkých dat tak není nutné číst data ze zařízení, ale jsou použita data z cache. Při zápisu se naopak změněná data uloží jen do cache a k vlastnímu zaznamenání dat na úložné zařízení dojde až později (tj. více změn najednou).

Velikost alokační jednotky

V současné době se obvykle nepoužívají alokační jednotky souborových systémů menší, než 4 kiB, což je stejně jako obvyklá velikost stránky paměti. Větší alokační jednotky (8, 16, 32, 64 i více kiB) snižují režii a fragmentaci u větších souborů, ale komplikují práci systému při alokaci paměti pro data, spolupráci s buffery a cache. +more Při ukládání malých souborů může při příliš velké alokačním jednotce dojít naopak ke zvýšení režie z důvodu vnitřní fragmentace.

Prokládání

Bloky dat (sektory), které patří jednomu alokačnímu bloku, nemusí být přesně vedle sebe. Starší disky používaly prokládání sektorů , při kterém (při sekvenčním čtení a zápisu) byly sektory přeházené (např. +more ob jeden sektor), což poskytovalo elektronice disku čas na zpracování přečteného sektoru (když se zpracování nestihlo v mezeře mezi sektory, nemuselo se na čtení následující sektoru v pořadí čekat celou další otáčku plotny). Prokládání sektorů proto není možné zaměňovat s fragmentací.