Книга: Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003

6.2 Тома и диспетчеры томов

6.2 Тома и диспетчеры томов

Как уже отмечалось, том – это логический компонент, включающий в себя дисковые разделы. Эти разделы могут быть реализованы на динамических или базовых дисках. Тома в семействе Windows Server внедряются с помощью драйвера устройства, который называется диспетчер томов. Диспетчеры томов и их место в стеке подсистемы хранения данных рассматриваются в главе 1. В этом разделе основное внимание уделяется возможностям томов в операционных системах, появившихся после Windows 2000; в частности, рассматриваются три диспетчера томов.

Диспетчер FtDisk, предоставляемый в Windows 2000 и Windows Server 2003. В Windows NT 4.0 драйвер FtDisk загружался только по требованию, поскольку работал исключительно с расширенными функциями томов^ нацример обеспечением устойчивости к ошибкам. B. Windows 2000 FtDisk драйвер загружается по умолчанию, поскольку обрабатывает все тома базовых дисков.

Диспетчер LDM (Logical Disk Manager), который предоставляется в Windows 2000 и Windows Server 2003.

Диспетчер LVM (VERITAS Logical Volume Manager), предлагаемый компанией VERITAS в качестве платной системы; LVM расширяет базовые возможности LDM.

*

Эти диспетчеры томов обеспечивают перечисленные ниже возможности.

Виртуализация подсистемы хранения данных; при этом файловая система абстрагйруется от физического диска, на котором она размещена. Кроме того, диспетчер томов может объединять несколько разделов нескольких дисков в один большой том.

Защита данных путем обеспечения их избыточности (с помощью одной из технологий массива RAID, рассматриваемых в главе 9) или посредством их сохранения вместе с контрольной суммой.

Повышение производительности с помощью хранения данных в формате, поддерживающем эффективное извлечение информации.

В табл. 6.1 приведены возможности каждого диспетчера томов в Windows 2000 и Windows Server 2003.

Таблица 6.1. Возможности диспетчеров томов

Диспетчеры LDM и LVM рассматриваются в контексте схожих параметров, однако каждый из них реализован на базе четырех разных драйверов, обладающих различными возможностями. Таким образом достигается уменьшение размера программного кода и упрощается обработка стандартных процедур. Эти драйверы описаны далее.

1. Драйвер DMConfig может читать и обновлять базу данных LDM. При изменении конфигурации он отражает изменения в копии базы данных, которая находится в оперативной памяти. Соответствующий драйвер LVM называется VxConfig.

Драйвер DMIO (dmio. sys) является аналогом диспетчера FtDisk и реализует возможности диспетчера томов для стандартных операций чтения и записи данных, размещенных на дисковых разделах. Кроме того, DMIO создает объекты устройств томов. Этот драйвер имеет меньший размер, поскольку не содержит кода для чтения и записи базы данных LDM или обработки LDM в дисковом формате. Соответствующий драйвер LVM называется VxIO.

Драйвер DMBoot (dmboot. sys) поддерживает только считывание базы данных LDM. Он загружается только после того, как драйвер DMLoad (dmload. sys) обнаружит более одного динамического диска. Оба драйвера используются только в процессе загрузки. Соответствующие драйверы LVM называются VxBoot и VxLoad.

При преобразовании базового диска в динамический все старые компоненты преобразуются в новые (табл. 6.2).

Таблица 6.2. Терминология томов в Windows NT 4.0 и Windows 2000

* Массивам RAID посвящена глава 9.

В Windows 2000 методы управления томами были существенно изменены. Например, Windows 2000 не только аннулирует ограничение в 26 томов, но и позволяет динамически добавлять/удалять тома, не перезагружая систему. Для реализации таких изменений в управлении томами были введены два новых компонента – диспетчер разделов и диспетчер монтирования. Новые возможности по управлению томами, а также эти два диспетчера описаны в разделах 6.2.1–6.2.4.

Диспетчер разделов – это драйвер в Windows 2000 и Windows Server 2003. Он представляет собой драйвер фильтрации верхнего уровня (драйверы фильтрации рассматриваются в главе 1), который регистрируется в подсистеме Windows NT Plug and Play и запрашивает уведомление о создании новых объектов устройств в драйвере класса диска.

Диспетчер разделов взаимодействует с диспетчерами томов посредством закрытого интерфейса и передает диспетчерам томов уведомления о создании устройств. Как только диспетчер томов обнаруживает, что доступны все разделы, формирующие том, он создает объект устройства, представляющий том. Кроме того, диспетчер разделов уведомляет подсистему РпР об удалении объекта устройства или раздела (например, когда выполняется удаление раздела). Диспетчер разделов сообщает диспетчерам томов о динамическом создании и удалении разделов. Более подробно он рассматривается в разделах 6.2.3 и 6.2.4.

Диспетчер монтирования – это драйвер, который появился в Windows 2000 и доступен в Windows Server 2003 и Windows ХР. Диспетчер монтирования Windows NT (mountggr. sys) предоставляет возможности для управления хранилищем данных на базе томов. К этим возможностям относятся:

монтирование томов;

размонтирование томов;

отслеживание точек монтирования томов и букв дисков в файле базы данных, который называется: $MountMgrRemoteDatabase и находится в корневом каталоге каждого тома NTFS;

создание и удаление пространств имен (и их ассоциаций), которые делают тома доступными для приложений пользовательского режима.

Неудивительно, что диспетчер монтирования зависит от подсистемы Plug and Play, так как требует уведомлений о событиях, которые соответствуют активизации и отключению тома. При монтировании тома диспетчер монтирования «консультируется» с соответствующим диспетчером тома через закрытый интерфейс. Если том расположен на базовом диске, применяется диспетчер томов FtDisk, который обращается к системному реестру для предоставления соответствующей буквы диска. Если том находится на динамическом диске, используется диспетчер томов LDM, который обращается к данным точки монтирования, содержащимся в базе данных LDM динамического дис. ка.

Диспетчер монтирования поддерживает базу данных (уникальных) идентификаторов томов, которые встречались диспетчеру ранее, а также путь или букву диска, назначаемую смонтированному ранее тому. Как только диспетчер монтирования получает уведомление о появлении тома и диспетчер томов не в состоянии предложить точку монтирования, диспетчер монтирования обращается к базе данных и пытается воспользоваться той же буквой диска или путем монтирования, которые использовались при последнем монтировании тома. Если для этого тома в базе данных не содержится информации или точка монтирования уже занята, диспетчер монтирования назначает диску новую точку монтирования. При отключении устройства диспетчер монтирования также отвечает за размонтирование тома. Но запись о точке монтирования из базы данных не удаляется.

Диспетчер монтирования отвечает, за назначение букв дисков томам на базовых дисках (но только тех, которые появились после запуска системы). Диспетчер монтирования назначает буквы диска начиная с буквы С: в соответствии с приоритетами. Устойчивые к ошибкам (устаревшие) наборы томов[12] Windows NT 4.0 имеют наивысший приоритет, после чего следует основной раздел на фиксированном диске и сменные диски (Jazz, USB). После сменных дисков буквы назначаются накопителям на компакт-дисках. Как только все эти устройства получают буквы дисков начиная с А:, буквы назначаются томам на гибких дисках. Накопители на компакт-дисках получают буквы начиная с D:.

Диспетчер монтирования сохраняет назначенные буквы дисков в системном реестре, обеспечивая их неизменность, т.е. при изменении конфигурации системы каждому тому будет назначена буква, которая назначалась ранее. Диспетчер монтирования не поддерживает принудительную защиту буквы диска, если соответствующий раздел отключается. Таким образом, если разделу назначается буква диска, и он отключается, эта же буква диска может быть назначена другому разделу, который активизируется первым[13].

Операциями диспетчера монтирования можно управлять из командной строки с помощью утилиты mountvol. exe. В Windows Server 2003 возможности диспетчера монтирования были обновлены, поэтому приложения могут отказаться от монтирования томов, которые ранее никогда не монтировались в этой системе. Это слабая попытка обеспечить функции таблицы монтирования UNIX. Смысл нововведения – избежать возможного повреждения тома, если он становится доступен Windows по ошибке.

Разобравшись с функциями томов, рассмотрим, как тома обрабатываются в стеке ввода-вывода устройств хранения данных. В этом разделе представлена информация о стеке ввода-вывода для томов базовых дисков, а в разделе 6.2.4 – для томов динамических дисков.

В главе 1 описано дерево устройств для простого тома базового диска, где том состоит из одного раздела. Обратите внимание, что диспетчер томов FtDisk поддерживает устаревшие тома, созданные из нескольких разделов. Программный код для поддержки томов с несколькими разделами так и остался в диспетчере томов FtDisk, но, начиная с. Windows 2000, возможность создания тома с несколькими разделами на основе базовых дисков более недоступна.

Обратите внимание на рис. 6.3. Начиная с нижнего правого угла схемы, отображается взаимодействие подсистемы РпР и драйверов шины PCI для создания объектов физического и функционального устройств для шины PCI. После этого драйвер шины PCI перечисляет устройства, подключенные к шине PCI, и создает объект физического устройства для адаптера шины SCSI. Драйвер SCSIPort создает объект функционального устройства для адаптера SCSI. Затем драйвер SCSIPort создает объект физического устройства для одного диска, подключенного к системе, а драйвер класса диска создает объект функционального устройства для этого диска.

Диспетчер разделов следит за проходящими пакетами IRP и обеспечивает правильный путь ввода-вывода для завершения обработки пакетов. Как только диспетчер разделов отмечает завершение обработки запроса IRP_MN_ QUERY_DEVICE_RELATIONSHIPS, он незаметно удаляет все данные об обнаруженных устройствах (дисках). В данном случае речь идет об объектах устройств для двух разделов – 0 и 1, которые создаются драйвером класса диска disk. sys. Таким образом, объекты устройств для разделов 0 и 1 никогда не обнаруживаются подсистемой РпР. Именно поэтому объекты для разделов 0 и 1 обозначены цветом, отличным от цвета остальных объектов устройств (см. рис. 6.3).

Диспетчер разделов передает подробную информацию об обнаруженных объектах устройств зарегистрированным диспетчерам томов. Как только диспетчер тома завершает процедуру инициализации, он регистрируется в подсистеме ввода-вывода. Диспетчер разделов вызывает каждый диспетчер томов по очереди, передавая им информацию об объектах устройств дисков, перехваченных в запросе IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONSHIPS. Диспетчеры томов проверяют объекты дисковых устройств, перехваченные диспетчером разделов и принимают или отвергают свои права владения этими объектами. Диспетчер FtDisk принимает права владения всеми томами, от которых отказываются остальные диспетчеры томов.

Рис. 6.3. Дерево объектов устройств для устаревшего составного тома на базовом диске

В примере, показанном на рис. 6.3, драйвер FtDisk становится владельцем устройств объектов. После этого диспетчер FtDisk проверяет конфигурацию тома и определяет, что том состоит из двух разделов, которые диспетчер принимает во владение. На этом этапе диспетчер FtDisk создает объект устройства для представления тома (который на рис. 6.3 называетсяТом V01). Затем для тома может быть смонтирована файловая система.

Стоит упомянуть, что в данном случае используется два отдельных стека устройств. Один стек представляет собой логический элемент – том; второй стек содержит физические устройства системы, например шипу PCI, адаптер шины SCSI и дисковый привод. Диспетчер томов выступает в роли моста между этими двумя стеками.

На рис. 6.3 драйвер FtDisk отправляет все распознанные запросы IRP непосредственно драйверу класса диска. Конечно, драйвер FtDisk перед отправкой пакета проводит преобразование смещений относительно тома в смещения относительно диска. Кроме того, запросы управления вводом-выводом, которые не воспринимаются драйвером FtDisk, отправляются разделу О или 1, в зависимости от назначения запроса.

Рассмотрим подробнее дерево устройств для томов динамических дисков, которое отличается рядом параметров от дерева устройств для томов на базовых дисках. На рис. 6.4 показано дерево устройств для томов на динамических дисках.

Чтобы не усложнять пример, представим, что рассматриваемый том исключительно программный и находится на динамическом диске. Динамический диск не содержит системного или загрузочного раздела операционной системы, т.е. в записи MBR динамического диска указано, что диск имеет один раздел, занимающий весь свободный объем. Конечно, последний мегабайт жесткого диска содержит базу данных диспетчера томов LDM.

Рис. 6.4. Дерево устройств для тома на динамическом диске

На рис. 6.4 представлены два отдельных дерева объектов, которые читателю уже знакомы: дерево физических объектов (справа), дерево логических объектов (слева) и диспетчер логических дисков (LDM), соединяющий оба дерева. Начиная с нижнего правого угла, на рис. 6.4 представлена пары объект физического устройства-объект функционального устройства для шины PCI. Выше можно заметить пару «объект физического устройства-объект функционального устройства» для шины SCSI. В этом примере к системе подключены два динамических диска. На следующем уровне показана пара «объект физического устройства-объект функционального устройства» для двух физических дисков, установленных в системе. Диспетчер разделов расположен над объектами функциональных устройств, созданными драйвером класса диска.

Диспетчер разделов регистрирует процедуру завершения для всех обрабатываемых им пакетов IRP. В процедуре завершения особое внимание уделяется пакетам IRP_MN_QUERY_DEVICE_RELATIONSHIPS и ожидаются сообщения о создании объектов устройств дисков. Драйвер класса диска, работая как драйвер шины, создает объекты устройств для описания одного раздела, который представляет Динамический диск. Диспетчер разделов передает эту информацию об объектах устройств дисков зарегистрированным диспетчерам томов. В этом примере показан единственный диспетчер томов – LDM, который загружается как логический драйвер с корневым перечислением. В данном контексте диспетчер LDM примет на себя ответственность за объекты устройств дисков. Предположим, что нужный том сформирован из двух дисков. Диспетчер томов LDM проверяет конфигурацию тома и, как только владение всеми объектами разделов будет подтверждено, создает объект устройства, представляющий том, который в этом примере называется Том V01.

Диспетчер томов LDM перенаправляет ввод-вывод от объекта тома к одному из дисков, который содержит необходимые данные. Обратите внимание, что два объекта разделов – раздел 0 для диска 1 и раздел 0 для диска 2 – никогда не передаются подсистеме РпР, поэтому они не связаны с другими объектами.

Оглавление книги