Серверные технологии хранения данных в среде Windows® 2000 Windows® Server 2003
Шрифт:
Весь процесс файлового ввода-вывода данных можно рассматривать как страничный ввод-вывод, что связано с особенностями взаимодействия диспетчера кэша и диспетчера виртуальной памяти. При запросе операции файлового ввода-вывода файловая система сначала обращается к диспетчеру кэша для получения необходимых данных. Если диспетчер кэша обнаруживает, что необходимые данные недоступны, запрос отправляется драйверу файловой системы для считывания данных. В результате получается замкнутый круг, так как файловая система запрашивает страницы у диспетчера кэша, а диспетчер кэша, в свою очередь,
Подсистема ввода-вывода отвечает за обработку запросов ввода-вывода и проектировалась для выполнения перечисленных далее задач.
Обеспечение работы сверхпроизводительных операций ответного ввода- вывода для одно- и многопроцессорных компьютеров.
Предоставление асинхронного ввода-вывода. Синхронный ввод-вывод осуществляется, по сути, в виде асинхронного запроса ввода-вывода, пс!>сле которого следует блокирующее ожидание завершения операции ввода-вывода.
Поддержка нескольких файловых систем, в частности CDFS, NTFS и UDFS.
Предоставление модульной архитектуры, поддерживающей добавление новых файловых систем и устройств.
Предоставление устройствам (и их драйверам) возможности подключения и отключения «на лету», без Перезагрузки (эта функция реализована в Windows 2000 и более новых версиях Windows NT).
Предоставление расширенных возможностей, например кэширования и записи содержимого файлов в память (запись содержимого файла в указанной области памяти в адресном пространстве процесса). Для получения доступа или модификации содержимого файла приложение выполняет чтение и запись определенной области адресного пространства.
Защита ресурсов, которые совместно используются несколькими процессами.
Подсистема ввода-вывода имеет модульную структуру (как и все остальные компоненты Windows NT) и состоит из следующих компонентов:
программный интерфейс приложений ввода-вывода (I/O API);
диспетчер ввода-вывода;
драйверы файловых систем;
другие драйверы (например, драйверы клавиатуры и драйверы дисков).
Далее эти модули рассматриваются более подробно.
По сути, этот компонент включает функции диспетчера ввода-вывода, предназначенные для более высоких уровней Windows NT, а также компоненты режима ядра, выполняющие операции, связанные с диспетчером печати. Все имена функций программного интерфейса приложений ввода-вывода имеют вид IoXXXX, где ХХХХ – строка, после которой указывается список параметров. (Подробная информация приводится в программном инструментарии для разработки драйверов.) В качестве примера функций API можно привести:
интерфейс IoCreateDevice,
интерфейс IoCallDriver, предназначенный для отправки драйверу пакета запроса ввода-вывода (пакеты запроса ввода-вывода рассматриваются в разделе 1.4.3).
Это элемент выполняемого модуля Windows NT; свойственные ему функции перечислены ниже.
Создание пакетов. запроса ввода-вывода (IRP) и направление их соответствующему драйверу, а также перенаправление пакетов запроса ввода-вывода между драйверами.
Удаление и освобождение пакетов запроса ввода-вывода после завершения операции ввода-вывода.
Взаимодействие с диспетчером кэша и другими компонентами NT Executive.
Взаимодействие с диспетчером виртуальной памяти для предоставления файловым системам функций ввода-вывода с записью данных в память.
Мониторинг загруженных файловых систем и их вызов по требованию.
Предоставление поддержки синхронного и асинхронного ввода-вывода. Асинхронный ввод-вывод особенно важен для приложений хранения данных. Например, приложение резервного копирования может использовать асинхронный ввод-вывод для размещения в очереди нескольких запросов, что позволяет полностью загрузить устройство записи на ленту.
Управление буферами для операций ввода-вывода.
Операционная система предоставляет функции файловых систем с помощью драйверов режима ядра. Система Windows NT поставляется вместе с такими файловыми системами:
NTFS (файловая система NT);
UDFS (универсальная дисковая файловая система);
CDFS (файловая система компакт-дисков);
FAT (таблица размещения файлов).
Драйверы сетевых файловых систем рассматриваются в главе 3. Драйверы файловых систем реализуются средствами инструментария разработки драйверов Windows NT (Windows NT DDK) и дополнительного программного продукта, который предлагается компанией Microsoft – Windows NT Installable File System Kit. Этот инструментарий содержит документацию для различных программных интерфейсов приложений, которые понадобятся при создании драйверов файловой системы, а также пример кода, предназначенного для реализации файловых систем FAT и UDFS.
Драйверы файловой системы аналогичны другим драйверам, поскольку взаимодействуют с диспетчером ввода-вывода и IRP. Драйверы файловой системы являются логическими, так как не взаимодействуют непосредственно с аппаратным обеспечением; например, файловая система не делает различия между дисками с интерфейсом SCSI и с интерфейсом АТА (иногда называемым IDE). Тем не менее драйверы файловой системы отличаются от других драйверов. Некоторые из этих отличий приведены ниже.
Драйверы файловой системы всегда вызываются в контексте потока, запрашивающего операцию ввода-вывода.