Файловая система HPFS

HPFS (аббр. От англ.High Perfomance File System) — файловая система, разработанная специалистами Microsoft и IBM.

Впервые поддержка HPFS появилась в операционной системе OS/2 версии 1.2. С тех пор штатная поддержка HPFS присутствует во всех версиях OS/2. В Windows NTподдержка HPFS существовала до версии 3.51 включительно. Впоследствии Microsoft отказалась от HPFS в пользу собственной файловой системы NTFS, при разработке которой был учтён опыт создания HPFS.

Структура

Диск в HPFS делится на сектора фиксированного размера (512 байт в текущей реализации, при этом номер сектора или их количество кодируются во внутренних структурах как 4-байтовое беззнаковое целое, что позволяет адресовать диски размером до 232 * 512 = 2 терабайта).

В начале диска расположены несколько управляющих блоков:

1. Загрузочный сектор DOS-овского вида.

2. SuperBlock содержит информацию о геометрии диска, указатели на битовые карты (т.н. битмапы, от англ. bitmaps) свободного пространства, указатель на корневой каталог, размер дисковой полосы, номер полосы с каталогами, указатель на список сбойных блоков и т.п. SuperBlock также содержит дату последнего запускаCHKDSK. Обычно изменяют SuperBlock только программы CHKDSK и FORMAT (англ.).

3. SpareBlock содержит указатели на пул HOTFIX-areas, пул Fault-Tolerance областей (только HPFS386 использует Fault-Tolerance), пул блоков для операций на почти переполненном диске и другие указатели, флаги и дескрипторы.

4. Область начальной загрузки.

5. Область секторов используемых (временно) для выполнения операций требующих дополнительную дисковую память. Эта область например, иногда задействуется при переименовании файла на заполненном диске.

6. Другие области.

Для определения того, свободен сектор или занят, HPFS использует битовые карты, в которых каждый бит соответствует одному сектору. Если бит содержит 1, это означает, что сектор занят, иначе он свободен. Если бы на весь диск была только одна битовая карта, то для её подкачки приходилось бы перемещать головки чтения/записи в среднем через половину диска. Чтобы избежать этого, HPFS разбивает диск на «полосы» (или группы, от англ. bands) длиной по 8 мегабайт и хранит битмапы свободных секторов в начале или конце каждой полосы. При этом битмапы соседних полос располагаются рядом:

±------------ 16MB -----------+ *** — Use/Free sector bitmap.

| |

±-|-------------±----------±--|--±-------------±--------------+

|*** Полоса 0 | Полоса 1 ***|*** Полоса 2 | Полоса 3 ***|

±---------------±-------------±----------------±--------------+

0MB 8MB 16MB 24MB 32MB

Расстояние между двумя битмапами равно 16MB. Размер полосы (8MB) может быть изменён в следующих версиях HPFS, так как на него нет прямых завязок. HPFS определяет размер полосы при чтении управляющих блоков с диска во время выполнения операции FSHelperAttach.

Размер битмапа равен 2K (8MB/512/8 = 2K).

Полоса, находящаяся в центре диска, используется для хранения каталогов. Эта полоса называется Directory Band. Однако, если она будет полностью заполнена, HPFS начнёт располагать каталоги файлов в других полосах.

Файлы и каталоги в HPFS базируются на фундаментальном объекте, называемом FNode. Каждая FNode занимает один сектор и в HPFS всегда располагается поблизости от своего файла или каталога (обычно непосредственно перед файлом или каталогом). FNode содержит длину и первые 15 символов имени файла, статистику по доступу к файлу, внутреннюю информацию, расширенные атрибуты и ACL (или только часть, если они очень большие), ассоциативную информацию о расположении и подчинении файла и т. д.

Имена файлов и каталогов при полной подстановке (от корня) не должны превышать 260 символов, при этом каждая компонента пути не должна быть длиннее 255 символов.

Последовательности конечных пробелов игнорируются, если на конце файла стоит точка, то она тоже игнорируется.

С точки зрения размещения, файлы, каталоги и их расширенные атрибуты (если они не помещаются в FNode) рассматриваются HPFS как наборы экстентов. Экстент — это часть файла, лежащая в последовательных секторах. Каждый экстент описывается двумя числами: номером первого сектора и длиной (в секторах). Два последовательных экстента всегда объединяются HPFS в один. Минимальный размер экстента — один сектор. Так как расстояние между соседними битмапами свободных секторов равно 16 МБ, то и размер максимального экстента равен 16 МБ.

Реальные файлы состоят из 1-3 экстентов.

Максимальный размер файла в HPFS сейчас 2 ГБ, однако он обусловлен только размером поля под размер файла и файловым указателем (4 байта) в самой OS/2 и её API. Это не предел HPFS. Следует помнить, что в HPFS отсутствует понятие кластера, файл может занимать 1, 2, 3, 4 или любое другое количество секторов.

Каталоги в HPFS, как и в FAT, образуют древовидную структуру. Но при этом внутри каталога HPFS строит сбалансированное B*-дерево на основе имён файлов дляй экстент опи быстрого поиска файла по имени внутри каталога. Например, если каталог содержит 4096 файлов, FAT будет читать в среднем 64 сектора для поиска файла внутри каталога, а HPFS считает 2-4 сектора и найдёт файл.

Размер блока, в терминах которых выделяются каталоги, равен 2KB в текущей версии HPFS. Размер записи, описывающей файл, зависит от размера имени файла. Если имя занимает 13 байт, то 2-килобайтовый блок вмещает 41 описатель файлов. Блоки прошиты списком (как и описатели экстентов) для облегчения последовательного обхода.

При переименовании файла может возникнуть перебалансировка дерева. Эта операция может потребовать выделения дополнительных блоков на заполненном диске. В этом случае блоки берутся из специального пула, указатель на который лежит в SpareBlock.