Устойчивость ФС к сбоям питания и пр

Свойство устойчивости к сбоям питания (power-fault tolerance) является одной из важных характеристик файловой системы. Строго говоря, имеется в виду устойчивость не только к сбоям питания, но и к любой ситуации, при которой работа с ФС прекращается без выполнения операции размонтирования.

На самом деле, неожиданное прекращение работы с ФС может произойти не только при сбое питания, но и в следующих ситуациях:

• извлечении носителя из дисковода;
• нажатии кнопки RESET нетерпеливым пользователем;
• фатальном аппаратном сбое;
• аппаратном сбое, который сам по себе не был фатальным, но система не смогла правильно восстановиться, что привело к ее разрушению;
• разрушении системы из-за чисто программных проблем.

В узком смысле слова «устойчивость» означает лишь то, что ФС после аварийной перезагрузки не обязательно нуждается в восстановлении. Такие ФС обеспечивают целостность собственных структур данных в случае сбоя, но, вообще говоря, не гарантируют целостности пользовательских данных в файлах. Поддержание целостности структур ФС обычно гораздо важнее, чем целостность неподписанных в момент сбоя пользовательских данных. Дело в том, что если при сбое оказывается испорчен создававшийся файл, это достаточно неприятно; если же окажется испорчена файловая система, в худшем случае это может привести к потере всех данных на диске, т.е. к катастрофе. Поэтому обычно обеспечению целостности структур ФС при сбоях уделяется гораздо больше внимания. Относительно пользовательских данных при серьезном обсуждении проблемы устойчивости к сбоям говорят не о гарантии их целостности, а об уменьшении вероятности их порчи.

Устойчивость ФС с FAT

Упоминавшаяся выше «врожденная» устойчивость к сбоям файловой системы FAT объясняется тем, что в этой ФС удаление блока из списка свободных и выделение его файлу производится одним действием – модификацией элемента FAT. Поэтому если во время этой процедуры произойдет сбой или диск будет вынут из дисковода, то ничего страшного не случится: просто получится файл, которому выделено на один блок больше, чем его длина, записанная в каталоге. При стирании этого файла все его блоки будут помечены как свободные, поэтому вреда практически нет.

Нужно отметить, что при активном использовании отложенной записи FAT и родственные ФС теряют это преимущество. Отложенная запись FAT является единственным способом добиться хоть сколько-нибудь приемлемой производительности от ФС с 32-битовым FAT. Поэтому после аварийной перезагрузки эти системы вынуждены запускать программу аварийного восстановления дисковых томов.

Устойчивость более сложных систем

Если же система хранит в одном месте список или карту свободных блоков, а в другом месте списки блоков, выделенных каждому файлу, как это делают HPFS или ФС систем семейства Unix, то при прерывании операции выделения места в неподходящий момент, могут либо теряться блоки (если мы сначала удаляем блок из списка свободных), либо получатся блоки, которые одновременно считаются и свободными, и занятыми (если мы сначала выделяем блок файлу).

Первая ситуация достаточно неприятна, вторая же просто недопустима: первый же файл, созданный после перевызова системы, будет «перекрещиваться» с испорченным. Поэтому все ОС, использующие файловые системы такого типа (системы семейства Unix, OS/2, Windows NT и т.д.), после аварийной перезагрузки первым делом проверяют свои ФС соответствующей программой восстановления.