Просмотр исходного текста страницы HPFS

'''HPFS''' — '''H'''igh '''P'''erfomance '''F'''ile '''S'''ystem, [[файловая система]] разработанная специалистами [[Microsoft]] и [[IBM]] на основе опыта IBM по созданию файловых систем [[MVS]], [[VM/CMS]] и виртуального метода доступа. Со стороны Microsoft проектом руководил опытный [[системный программист]] Gordon Letwin.

Впервые поддержка HPFS появилась в [[операционная система|операционной системе]] [[OS/2]] версии 1.2. С тех пор штатная поддержка HPFS присутствует во всех версиях [[OS/2]]. В [[Windows NT]] поддержка HPFS существовала до версии 3.51 включительно (хотя есть успешные прецеденты использования старого драйвера HPFS в Windows NT 4.0 и даже Windows 2000). Впоследствии Microsoft отказалась от HPFS в пользу своей новой файловой системы [[NTFS]], при разработке которой был учтён опыт создания HPFS.

В OS/2 существует серверный вариант драйвера для HPFS, называемый [[HPFS386]], который обладает некоторыми дополнительными возможностями.

== Структура HPFS ==

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 2<sup>32</sup> * 512 = 2 терабайта).

В начале диска расположены несколько управляющих блоков:
# [[Загрузочный сектор]] DOS-овского вида.
# '''SuperBlock''' содержит информацию о геометрии диска, указатели на битмапы свободного пространства, указатель на корневой каталог, размер дисковой полосы, номер полосы с каталогами, указатель на список сбойных блоков и т.&nbsp;п. SuperBlock также содержит дату последнего запуска [[CHKDSK]]. Обычно изменяют SuperBlock только программы CHKDSK и FORMAT.
# '''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.
# Область начальной загрузки.
# Область секторов используемых (временно) для выполнения операций требующих дополнительную дисковую память. Эта область например, иногда задействуется при переименовании файла на заполненном диске.
# Другие области.

Для определения свободен сектор или занят HPFS использует [[битовая карта|битовые карты]] (bitmap), в которых каждый бит соответствует одному сектору. Если бит содержит 1 то это означает что сектор занят, иначе он свободен. Если бы на весь диск была только одна битовая карта, то для ее подкачки приходилось бы перемещать головки чтения/записи в среднем через половину диска. Чтобы избежать этого, HPFS разбивает диск на «полосы» (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 всегда располагается в HPFS 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.&nbsp;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. В именах файлов недопустимы символы: 0h-31h, 7Fh, «/», «|», «\», «*», «?», '"', «<", ">». Последовательности конечных пробелов игнорируются, если на конце файла стоит точка, то она тоже игнорируется (для программной совместимости). Внутри имени файла точка — такой же символ как и остальные. С русскими буквами проблем нет. При создании файла HPFS запоминает написание его имени, хотя и не различает регистров в дальнейших операциях, кроме тех, что возвращают информацию о файле.

Примеры имен:
# «FILE.ASM»
# «Злобный Файл. ASM.OBJ.EXE»
# «Ещё более злобный файл . TXT»

С точки зрения размещения файлы, каталоги и их расширенные атрибуты (если они не помещаются в FNode) рассматриваются HPFS как наборы '''экстентов'''. Экстент — это кусок файла лежащий 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 16MB, то и размер максимального экстента равен 16MB. Если файл состоит из восьми или менее экстентов, то его описание целиком хранится в FNode.

Если файл состоит более чем из восьми экстентов, то его описание может занимать несколько секторов расположенных поближе к файлу, при этом эти сектора содержат не список, а прошитое сбалансированное дерево экстентов (B±Tree). Дерево построено так, что его разбалансировка никогда не превышает 1/3 по объёму, и оно не отличается от оптимального более чем на один уровень. Корень дерева находится в FNode, причём может содержать до 12 элементов. Каждый дополнительный сектор представляющий собой ветку дерева содержит до 60 элементов, а лист — 40 элементов. Таким образом, если файл состоит из экстентов по одному сектору (этого никогда не будет!) и имеет размер 2GB, для его описания потребуется дерево следующей структуры: 12*60*60*60*40=53MB листьев и 1.7MB веток. Для случайном доступа к любой части файла при этом потребуется (в худшем случае) 5 операций чтения управляющих структур.

Реальные файлы состоят из 1-3 экстентов.

Максимальный размер файла в HPFS сейчас 2GB, однако он обусловлен только размером поля под размер файла и файловый указатель (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.

При создании/расширении файлов HPFS пытается минимизировать количество экстентов, используя для этого статистику, битмапы свободных секторов и другую информацию. Например, HPFS старается условно резервировать хотя бы 4 килобайта места в конце файлов, которые растут. Другой прием: расположение конкурентно растущих файлов или файлов открытых разными цепочками или процессами в разных полосах диска.

Каталоги в HPFS как и в [[FAT]] образуют древовидную структуру. Но при этом внутри каталога HPFS строит сбалансированное дерево (B*-Tree) на основе имён файлов для быстрого поиска файла по имени внутри каталога. Так, 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 байтов (8.3), то 2-килобайтовый блок вмещает 41 описатель файлов. Блоки прошиты списком (как и описатели экстентов) для облегчения последовательного обхода.

HPFS не имеет [[FAT]]-овских проблем «утекания» дискового пространства при удалении большого количества файлов в каталоге.

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.

Расширенные атрибуты и их разновидность [[ACL]] HPFS хранит в FNode. Если они не влезают в FNode HPFS хранит их почти как файл построив для этого B±Tree. Имена расширенных атрибутов до HPFS386 не выстраивались в B-Tree.

== HPFS386 ==
'''HPFS386''' — это [[драйвер]] для [[файловая система|файловой системы]] [[HPFS]], который предназначен для [[сервер (аппаратное обеспечение)|серверных]] систем с большой нагрузкой на дисковые операции. Драйвер HPFS386 поставляется с [[LAN Server]] для [[OS/2]].

Основные отличия HPFS386 от штатного HPFS драйвера в [[OS/2]]:
* 32-битный [[машинный код|код]]
* отсутствие ограничений на размер [[кэш|кэша]] (кэш ограничен лишь размером [[оперативная память|оперативной памяти]])
* поддержка [[ACL]] (Access Control Lists)

== Использованная и рекомендуемая литература ==
* [http://ru2.halfos.ru/guru/faq/source/os2str.016 Горявский Ю. А. ''Кое-что об HPFS''.]
* О B*/B±деревьях:
** {{книга
|автор = [[Дональд Кнут]]
|заглавие = Искусство программирования, том 4, выпуск 4. Генерация всех деревьев. История комбинаторной генерации
|оригинал = The Art of Computer Programming, Volume 4, Fascicle 4: Generating All Trees -- History of Combinatorial Generation
|ссылка = 
|издание = 
|место =  М.
|издательство = [[Вильямс (издательство)|«Вильямс»]]
|год = 2007
|страницы = 160
|isbn =  0-321-33570-8
}}.

[[Категория:Файловые системы]]
[[Категория:OS/2]]
[[Категория:Аббревиатуры]]
[[es:HPFS]]