Данное пособие предназначено для начального освоения практического курса параллельных вычислений. Предполагается, что приводимой информации достаточно для начала серьезной работы на параллельных компьютерах (в первую очередь, кластерных системах). При этом основной упор делается на освоение практических навыков работы на вычислительном кластере НИВЦ МГУ. Курс включает в себя вводные сведения об операционной системе UNIX, архитектуре суперкомпьютеров и вычислительных кластеров, обнаружении и использовании параллелизма программ, технологиях параллельного программирования и многие практические сведения, необходимые для начала работы. Он рассчитан ориентировочно на 10 занятий, из которых несколько последних отводятся на отладку и оптимизацию модельной задачи. Методическое пособие содержит весь необходимый материал для начала работы на вычислительных кластерах и создания реальных эффективных параллельных программ.

Этот учебник собран мной при создании своей домашней страницы из различных источников в сети и на бумаге. Взявшись за создание собственного WEBсайта, я к сожалению не имел под рукой столь простого изложения материала как тот, что сейчас читаете вы. Я даже не имел представления о том, какую литературу мне нужно искать. Тогда я принялся за черновик, в котором для себя записывал в понятной мне форме то, что находил важным на страницах сети. В качестве основы для данного пособия мною был использован углубленный материал Учебника HTML Елены Коротеевой. С тех пор мой черновик претерпел около сотни исправлений и дополнений. В моем произведении вы найдете необходимый минимум для написания WEB-страниц при помощи Internet Explorera (4.0 & >) и блокнота от Windows. Используя две эти программы (для графики вам также нобходим Photoshop), можно делать WEB-сайты любой суперсложности, хотя в этом случае без серьезной книги по HTML 4.0 вам все же не обойтись. Я расскажу только про самые простые и важные команды языка. Текст учебника постоянно изменяется и если вы обнаружите какие-нибудь очепятки, можете сообщять мне. (работу тегов я вроде как проверяю предварительно) Надеюсь, что мои скромные труды помогут Вам сделать первые шаги в освоении огромного сетевого пространства.

Мне приходится часто менять клиентов, потому что работаю удаленно. Сделал одному – иди к другому. А еще я продаю свои программы через Интернет. При имеющейся специфике работы, заметил одну странность: примерно в двадцати пяти процентов случаев, предприятие, оплатившее работу программиста и принявшее его работу, не пользуется ею.

Начну с примеров

Фирма, продающая компьютеры, купили внушительный комплект программного обеспечения, все своевременно оплатили, купили необходимое торговое оборудование... Мы, соответственно, все им установили и приготовились запускать. Остановились на этапе, когда сотрудники фирмы, ответственные за ввод в эксплуатацию нового программного комплекса, должны внести в информацию по имеющимся в отделах остаткам. Для справки – это примерно пара сотен наименований. Но на этом все работы по проекту остановились, потому что остатки не были внесены к намеченному сроку, ни через неделю после срока, ни через месяц. Не внесены они и до сих пор, хотя прошло уже пол года. Официально мы договорились, что клиент нам позвонит, когда сотрудники освободятся и найдут время внести остатки. Сами понимаете, на небольших фирмах менеджеры – по совместительству еще и продавцы, еще и грузчики, и кассиры…

Еще пример

Достаточно крупный комбинат решил автоматизировать учет обедов собственным сотрудникам в счет зарплаты. Систему подготовили, протестировали, поставили. Обучили их специалиста. Все как обычно. Недавно узнал, что конечный пользователь нашу систему не использует. Оказывается, по весьма банальной причине: на приобретение нового компьютера руководство не выделяет средств, а на имеющемся оказалось недостаточно мощности. В свое время мы указывали им на необходимость более мощного компьютера, но в силу не совсем понятных мне внутренних интриг, этот вопрос был замят на уровне IT-отдела. В результате, автоматизация стала не эффективной, и от использования новой программы решено было отказаться.

Третий пример

Производственная фирма заказала автоматизацию учета. От фирмы был назначен специалист – постановщик ТЗ и в будущем - внедренец. Работу сделали, сдали, провели обучение внедренца (на углубленное внедрение и обучение нами всех сотрудников не выделили бюджет). Я перезвонил клиенту через пол года, чтобы узнать, не было ли замечено каких-либо багов в работе системы. С удивлением услышал, что учет по-прежнему ведется в Excel-е, потому что на глубокое, самостоятельное освоение новой системы у сотрудников нет времени, а специалист, которого мы обучали, уволился…

Хотелось бы обобщить имеющийся, скромный опыт по таким случаям, и порассуждать на тему, когда автоматизация учета становится не эффективной по вине заказчика.

Уже из приведенных примеров можно сделать одно важное заключение: во всех трех случаях явно, что администрация не была заинтересована в результате. В первом – директор не захотел останавливать продажи даже не день, чтобы довести начатое до конца, во втором и третьем был урезан бюджет, и решили сэкономить там, где этого делать было нельзя.

1. Незаинтересованность руководства в результатах

Для меня всегда было загадкой, зачем руководство той или иной фирмы вообще тратится на автоматизацию, если отчетов в excel-е достаточно, и нет желания доводить начатое до конца? Чего дирекция хочет добиться? Дань моде? Надоел ноющий главбух? Решили, что что-то пора менять, но что менять – не выяснили? Стоит напомнить, что грамотно поставленная автоматизация учета в торгово-производственных фирмах способна увеличить прибыль и уменьшить затраты. Хорошая автоматизация окупается достаточно быстро, и уже скоро начинает приносить прибыль и экономию. Но если руководство не оценило перспектив автоматизации или, что еще хуже, считает, что новый стол из красного дерева топ-менеджеру важнее нового сервера сисадмину, то вряд ли на такой фирме автоматизация будет успешной.

2. Ограниченный бюджет

Как правило, из первого следует второе. Когда руководство не совсем отдает себе отчет в том, чего они ждут от автоматизации, тогда возникают идеи, наподобие: «а давайте пригласим студента, и он все сделает, как надо», или «давайте посадим главбуха на сервер»... Я, конечно, не против подработки студентов и не сомневаюсь в потенциале российского студенчества, но хочу лишь сказать о том, что для внедрения серьезной системы учета простого умения программировать очень мало. Хороший внедренец должен уметь просчитать возможные последствия выбора той или иной стратегии автоматизации. Это достаточно кропотливая работа, требующая, прежде всего, большого практического опыта, понимание не только специфики учета предприятия, но и его неочевидных нюансов. В конце концов, такая работа требует настойчивости, потому что часто решения внедренцев могут встретить сопротивление со стороны заказчика, и нужно уметь отстоять свои предложения, основываясь, опять же, на собственном опыте, защищая интересы сопротивляющегося клиента. Вряд ли какой-либо студент, понимающий, что занимается временным, не свойственным ему делом, способен на такое. Поэтому, считаю, что экономия на уровне исполнителя – это почти гарантия неудавшейся автоматизации.

Это же относится и к неоправданной экономии на оборудовании. Как правило, сбой системы происходит в самом слабом ее звене и в самый неподходящий момент… Помню, как у одного моего клиента, смотрящего «сквозь пальцы» на предложение обновить сервер, этот сервер вдруг однажды сгорел, когда бухгалтерия делала годовой отчет. Печально было то, что архивирование данных не велось должным образом, опять же, не смотря на рекомендации: директор считал покупку пишущего cd-room (в то время) – не особенно необходимыми затратами. Систему, конечно, восстановили. Но я помню, как бухгалтерии пришлось две недели работать чуть ли не по ночам, чтобы восстановить потерянные за год данные по первичным документам. Кстати, после этого случая руководство все-таки купило в то время жутко дорогой сервер с райд-массивом…

3. Тендер на откатах

Где-то встречал в сети примерную статистику, какой процент тендеров на IT услуги в России выигрывается за счет откатов ответственному лицу. Статистика – не утешительна. Печально, что на откаты попадают в основном крупные заказчики, где сумма договора внушительна, и руководство напрямую не занимается подбором исполнителя, а поручает это собственному специалисту, который не всегда бывает доволен уровнем своей заработной платы. Практика показывает, что при таком раскладе, все работы бывают выполнены в срок, все документы подписаны, но сотрудники фирмы остаются недовольны результатами и не могут использовать внедренную систему в планируемом объеме по разным причинам. Соответственно, руководство не имеет требуемой аналитической базы и начинает выяснять, в чем причина. Такие разбирательства затягиваются надолго, часто сопровождаются кадровыми движениями и, в конечном итоге, поисками того, кто бы систему довел до ума…

4. К вопросу о лидерах отрасли

Хотел бы привести еще один пример, достаточно типичный. Фирма готова тратить деньги на автоматизацию, но не сориентировалась на рынке IT-услуг и обратилась к кому-то очень известному. В результате затраты превысили все разумные пределы, а итог оказался не совсем ожидаемым, хотя, возможно, приемлемым с натяжкой.

К сожалению, это только при покупке автомобиля можно руководствоваться рекламными буклетами, и, если позволяют средства, выбирать самое последнее из модельного ряда. В сфере IT-услуг, как показывает практика, все далеко не так, особенно в сфере автоматизации на базе продуктов фирмы «1С» фирмами-франчайзи. Если исполнитель – не на уровне масштабов компании «Intel Corporation», то его раскрученность совсем может не соответствовать качеству предлагаемых им услуг, а объемы клиентской сети, требующей постоянного сопровождения, могут не позволить заниматься новым клиентом на должном уровне. На фоне этого, стоило бы вспомнить о небольших фирмах, менее раскрученных, а потому не выигравших тендер, которые были бы просто счастливы получить крупного заказчика IT-услуг, даже с меньшей суммой договора, и были готовы отдать все силы на то, чтобы клиент остался доволен. Амбиции небольших коллективов, уровень их специалистов и заинтересованность в результатах работы часто оказываются выше, чем у раскрученных, больших компаний. Небольшие фирмы не могут допустить в работе того, что позволят себе монополии, потому что любая неудача может грозить такой фирме банкротством.

Я назвал лишь четыре, пожалуй, основных фактора, когда автоматизация не достигает результатов, и присходит это, отчасти, по вине заказчика. Наверняка, имеются и другие причины, но корень проблем, на мой взгляд, следует искать, прежде всего, в неправильной позиции руководства компании, которая выражается или в непонимании, зачем нужна автоматизация, или в неправильно выбранной стратегии решения этого вопроса. Там, где решения принимаются трезво и взвешенно, где оценивается уровень специалиста, а не его раскрученность на рынке, где руководство четко понимает, чего оно ждет от автоматизации в итоге – там все будет нормально, чего всем и желаю…

Как только появляется желание перейти с Windows на другие платформы или на веб-приложения, возникает проблема: там же нет «Фотошопа»! Этот популярный графический пакет благодаря пиратам есть сейчас на большинстве компьютеров в СНГ. И найти альтернативу этой программе сложно. Но как мы используем такую мощную программу? В основном это изменить размеры, подкорректировать яркость, иногда убрать лишние детали, да отправить на е-мейл подружке.
Разве нужен для этого полноценный Photoshop? Конечно же, нет, если только вы не дизайнер-профессионал высокого класса. Поэтому найти аналог будет намного проще. Но искать аналог среди настольных программ скучно и неинтересно. Мы живем в век Web 2.0 и поэтому искать аналоги будем среди веб-приложений. Развитие графических возможностей Flash позволяет получить весьма интересные результаты. Описываемые редакторы не станут полной заменой «Фотошопа», но для небольших фотокоррекций они пригодятся.

72photos


Это скорее не редактор а фотогалерея с возможностью слегка подредактировать сохраненные снимки. Функции рисования здесь нет. Можно наложить эффекты на снимок, подправить цветопередачу, яркость и обрезать лишнее. Также есть размытие/резкость и несколько стандартных фильтров. Все достаточно среднее, ничего выдающегося, но как интересное применение возможностей Flash подойдет. Из полезных особенностей стоит отметить возможность работы с картинками, сохраненными на других фотохостингах, впрочем, из очень небольшого списка.

FotoFlexer


Редактор, обладающий рядом неоспоримых достоинств, но есть и некоторые недостатки.
Это абсолютный лидер по реализованным функциям. Он поддерживает большое количество фотохостингов, с которых можно загрузить фотографии для редактирования, возможна загрузка просто по URL, что позволяет редактировать любую картинку, также есть загрузка картинок с компьютера пользователя. Чтобы сохранять файл, куда вам надо, придется регистрироваться. И просто на компьютер файл не отдадут. Придется выдирать с какой-то файлопомойки. Или регистрироваться. Мелочь, но неприятно.
Огромное количество эффектов и инструментов. Можно рисовать, накладывать эффекты, трансформировать картинку. Есть готовые для добавления графические примитивы, позволяющие создавать фотографии со вставкой лиц друзей. Здесь же можно и рамочки прикрутить и постер оформить. В общем, раздолье для бытового фотографа. Правда подписать фотографии не получится, русский текст программа не понимает.
Есть инструменты и для более серьезной публики. Сложные трансформации, инструменты выделения и перекрашивания, аналогичные привычным инструментам, даже кое-какая поддержка слоев.
Аналогов по функциональности среди онлайн-сервисов на сегодня нет.

Phoenix


Редактор с продуманным интерфейсом. Без регистрации работать отказывается. Зато потом способен открывать файлы не только со своего сервера и компьютера пользователя, но и со сторонних сервисов и по URL. Неплохой набор фильтров и эффектов. Есть полноценное рисование с возможностью русских надписей. Поддерживаются слои. Правда иногда серверная часть дает сбои при сохранении. Да и само приложение могло бы работать побыстрее. В остальном же отличный редактор.

Photoshop Express


Эта программа считается аналогом настольного Photoshop от создателей Photoshop. Но на самом деле она больше напоминает вышеупомянутый редактор 72photos, только более качественно исполненный. Это фотохостинг, можно просматривать галереи других пользователей, комментировать их. При этом интеграции со сторонними сервисами нет, работать можно только с фотографиями, загруженными с компьютера пользователя. Возможности редактора скромны, изменение размеров, повороты, немного эффектов. Рисования нет.
И все-таки, имеющиеся функции реализованы качественно, работает все очень быстро. Сказывается, что авторы разрабатывали не только Photoshop, но и собственно Flash. Получившимся продуктом приятно пользоваться. И, вероятней всего, следует ожидать дальнейшего развития.

PicMagick


Самый элементарный и примитивный из рассматриваемых редакторов. Позволяет только загрузить картинку с компьютера, наложить стандартный набор эффектов и получить обратно свою фотографию. Возможностей сохранения на сервере, рисования и интеграции с другими сервисами нет. Минимализм в чистом виде. Даже регистрации нет. Редактор сразу готов к работе. При этом особой скоростью работы не отличается. Единственная особенность, выделяющая из ряда прочих редакторов — фильтр коррекции кожи. Впрочем, достоинство сомнительное, того же можно добиться и другими инструментами.

Picnik


Этим редактором пользуются на популярном фотохостинге Flickr в качестве стандартного. Пользоваться этим редактором могут все желающие. Даже без регистрации. Закачать картинки можно с компьютера, из популярного фотохостинга или блога, с любого URL. Редактор понимает не только стандартные web-типы графики, но и большое количество других распространенных форматов. По этому параметру Picnik — абсолютный лидер.
Хорош он и в реализации. Долгий старт приложения компенсируется большим количеством эффектов и инструментов. Несколько уступая FotoFlexer, он опережает остальных конкурентов. Вот только рисования в чистом виде нет. Можно только накладывать готовые графические примитивы. И ввести русский текст нельзя, получаются сплошные вопросительные знаки.
Сохранять полученный результат можно тоже как у себя на компьютере, так и на популярных хостингах. А можно и сразу на е-мейл. Причем в разнообразных форматах.

Pixer.us


Правда это в общем-то и не совсем Flash-редактор. Он написан на Javascript, что уже само по себе интересно. Да и на полноценный редактор сервис не тянет. Вы можете загрузить фотографию со своего компьютера, применить к ней ряд эффектов и сохранить обратно. И все. Работает все достаточно быстренько, но без изысков. Рисования нет. Но как демонстрация возможностей безфлешевых технологий, редактор интересен. К примеру, если сравнивать его с Picmagick, то поединок будет как минимум равным.

Pixlr


Это редактор в чистом виде, без хостинга. Зато есть API, что возможно позволит встраивать редактор в сторонние приложения. Редактор один из семейства клонов фотошопа. Есть русская локализация, чего нет у многих других редакторов. Соответственно, русские надписи делать тоже можно.
Отличная оптимизация работы. Все открывается быстро. Отличный функционал. Есть даже столь любимый Magic Wand. Слои и фильтры тоже на месте, хотя набор инструментов мог бы быть побольше. Впрочем, все основные примочки на месте. Да и интерфейс опять-таки навевает воспоминания о фотошопе. Приятный в работе, продуманный редактор.

Splashup


Очередной гибрид фотохостинга и неплохого редактора. Есть слои, эффекты, полноценное рисование. Русский язык не работает, а вот все остальное на достойном уровне. Можно загрузить свою картинку с компьютера, из интернета (поддержка фотохостингов и прямых URL), отредактировать и сохранить в различных местах.
Очень удобный, приятный интерфейс, отличная скорость работы. Достойный представитель онлайн-редакторов, пытающихся копировать Photoshop.

SUMO Paint


Солидный редактор, близок к настольному приложению как по внешнему виду, так и по функциональному. Правда, оторван от большого интернета. Ни загрузки по URL, ни интеграции с другими сервисами нет. Только аккаунт на собственном сервере и загрузка с компьютера (которая работает не очень уверенно).
Зато функционал впечатляет. Тут нет приевшихся рамочек и цветочков, только серьезные инструменты. Полноценная поддержка слоев, разнообразные эффекты и фильтры. Чем-то напоминает старые версии Photoshop. Очень достойная разработка. И даже поддержка русских шрифтов в наличии. Если поправят проблемы с загрузкой фотографий, будет замечательно.

Конечно неодин из онлайн-редакторов не составит конкуренцию Photoshop. Если в базовых инструментах как-то еще можно соперничать, то когда речь заходит о сложных фильтрах, Photoshop в не конкуренции. А представить себе в онлайн варианте пакетную обработку или плагины и вовсе невозможно. И, конечно, профессионалы не откажутся от привычного инструмента. Зато для обычных пользователей возможности онлайн-редакторов уже сегодня могут вполне пригодиться.
И будущее у этого направления весьма светлое.

В этой статье я попытаюсь дать оценку быстродействию файловых систем, используемых в операционных системах WindowsNT/2000. Статья не содержит графиков и результатов тестирований, так как эти результаты слишком сильно зависят от случая, методик тестирования и конкретных систем, и не имеют почти никакой связи с реальным положением дел. В этом материале я вместо этого постараюсь описать общие тенденции и соображения, связанные с производительностью файловых систем. Прочитав данный материал, вы получите информацию для размышлений и сможете сами сделать выводы, понять, какая система будет быстрее в ваших условиях, и почему. Возможно, некоторые факты помогут вам также оптимизировать быстродействие своей машины с точки зрения файловых систем, подскажут какие-то решения, которые приведут к повышению скорости работы всего компьютера.

В данном обзоре упоминаются три системы - FAT (далее FAT16), FAT32 и NTFS, так как основной вопрос, стоящий перед пользователями Windows2000 - это выбор между этими вариантами. Я приношу извинение пользователям других файловых систем, но проблема выбора между двумя, внешне совершенно равнозначными, вариантами со всей остротой стоит сейчас только в среде Windows2000. Я надеюсь, всё же, что изложенные соображения покажутся вам любопытными, и вы сможете сделать какие-то выводы и о тех системах, с которыми вам приходится работать.

Данная статья состоит из множества разделов, каждый из которых посвящен какому-то одному вопросу быстродействия. Многие из этих разделов в определенных местах тесно переплетаются между собой. Тем не менее, чтобы не превращать статью в кашу, в соответствующем разделе я буду писать только о том, что имеет отношение к обсуждаемый в данный момент теме, и ни о чем более. Если вы не нашли каких-то важных фактов в тексте - не спешите удивляться: скорее всего, вы встретите их позже. Прошу вас также не делать никаких поспешных выводов о недостатках и преимуществах той или иной системы, так как противоречий и подводных камней в этих рассуждениях очень и очень много. В конце я попытаюсь собрать воедино всё, что можно сказать о быстродействии систем в реальных условиях.

Теория

Самое фундаментальное свойство любой файловой системы, влияющее на быстродействие всех дисковых операций - структура организации и хранения информации, т.е. то, как, собственно, устроена сама файловая система. Первый раздел - попытка анализа именно этого аспекта работы, т.е. физической работы со структурами и данными файловой системы. Теоретические рассуждения, в принципе, могут быть пропущены - те, кто интересуется лишь чисто практическими аспектами быстродействия файловых систем, могут обратиться сразу ко второй части статьи.

Для начала хотелось бы заметить, что любая файловая система так или иначе хранит файлы. Доступ к данным файлов - основная и неотъемлемая часть работы с файловой системой, и поэтому прежде всего нужно сказать пару слов об этом. Любая файловая система хранит данные файлов в неких объемах - секторах, которые используются аппаратурой и драйвером как самая маленькая единица полезной информации диска. Размер сектора в подавляющем числе современных систем составляет 512 байт, и все файловые системы просто читают эту информацию и передают её без какой либо обработки приложениям. Есть ли тут какие-то исключения? Практически нет. Если файл хранится в сжатом или закодированном виде - как это возможно, к примеру, в системе NTFS - то, конечно, на восстановление или расшифровку информации тратится время и ресурсы процессора. В остальных случаях чтение и запись самих данных файла осуществляется с одинаковой скоростью, какую файловую систему вы не использовали бы.

Обратим внимание на основные процессы, осуществляемые системой для доступа к файлам:

Поиск данных файла

Выяснение того, в каких областях диска хранится тот или иной фрагмент файла - процесс, который имеет принципиально разное воплощение в различных файловых системах. Имейте в виду, что это лишь поиск информации о местоположении файла - доступ к самим данным, фрагментированы они или нет, здесь уже не рассматривается, так как этот процесс совершенно одинаков для всех систем. Речь идет о тех "лишних" действиях, которые приходится выполнять системе перед доступом к реальным данным файлов.

На что влияет этот параметр: на скорость навигации по файлу (доступ к произвольному фрагменту файла). Любая работа с большими файлами данных и документов, если их размер - несколько мегабайт и более. Этот параметр показывает, насколько сильно сама файловая система страдает от фрагментации файлов.

NTFS способна обеспечить быстрый поиск фрагментов, поскольку вся информация хранится в нескольких очень компактных записях (типичный размер - несколько килобайт). Если файл очень сильно фрагментирован (содержит большое число фрагментов) - NTFS придется использовать много записей, что часто заставит хранить их в разных местах. Лишние движения головок при поиске этих данных, в таком случае, приведут к сильному замедлению процесса поиска данных о местоположении файла.

FAT32, из-за большой области самой таблицы размещения будет испытывать огромные трудности, если фрагменты файла разбросаны по всему диску. Дело в том, что FAT (File Allocation Table, таблица размещения файлов) представляет собой мини-образ диска, куда включен каждый его кластер. Для доступа к фрагменту файла в системе FAT16 и FAT32 приходится обращаться к соответствующей частичке FAT. Если файл, к примеру, расположен в трех фрагментах - в начале диска, в середине, и в конце - то в системе FAT нам придется обратиться к фрагменту FAT также в его начале, в середине и в конце. В системе FAT16, где максимальный размер области FAT составляет 128 Кбайт, это не составит проблемы - вся область FAT просто хранится в памяти, или же считывается с диска целиком за один проход и буферизируется. FAT32 же, напротив, имеет типичный размер области FAT порядка сотен килобайт, а на больших дисках - даже несколько мегабайт. Если файл расположен в разных частях диска - это вынуждает систему совершать движения головок винчестера столько раз, сколько групп фрагментов в разных областях имеет файл, а это очень и очень сильно замедляет процесс поиска фрагментов файла.

Вывод: Абсолютный лидер - FAT16, он никогда не заставит систему делать лишние дисковые операции для данной цели. Затем идет NTFS - эта система также не требует чтения лишней информации, по крайней мере, до того момента, пока файл имеет разумное число фрагментов. FAT32 испытывает огромные трудности, вплоть до чтения лишних сотен килобайт из области FAT, если файл разбросан разным областям диска. Работа с внушительными по размеру файлами на FAT32 в любом случае сопряжена с огромными трудностями - понять, в каком месте на диске расположен тот или иной фрагмент файла, можно лишь изучив всю последовательность кластеров файла с самого начала, обрабатывая за один раз один кластер (через каждые 4 Кбайт файла в типичной системе). Стоит отметить, что если файл фрагментирован, но лежит компактной кучей фрагментов - FAT32 всё же не испытывает больших трудностей, так как физический доступ к области FAT будет также компактен и буферизован.

Поиск свободного места

Данная операция производится в том случае, если файл нужно создать с нуля или скопировать на диск. Поиск места под физические данные файла зависит от того, как хранится информация о занятых участках диска.

На что влияет этот параметр: на скорость создания файлов, особенно больших. Сохранение или создание в реальном времени больших мультимедийных файлов (.wav, к примеру), копирование больших объемов информации, т.д. Этот параметр показывает, насколько быстро система сможет найти место для записи на диск новых данных, и какие операции ей придется для этого проделать.

Для определения того, свободен ли данный кластер или нет, системы на основе FAT должны просмотреть одну запись FAT, соответствующую этому кластеру. Размер одной записи FAT16 составляет 16 бит, одной записи FAT32 - 32 бита. Для поиска свободного места на диске может потребоваться просмотреть почти всего FAT - это 128 Кбайт (максимум) для FAT16 и до нескольких мегабайт (!) - в FAT32. Для того, чтобы не превращать поиск свободного места в катастрофу (для FAT32), операционной системе приходится идти на различные ухищрения.

NTFS имеет битовую карту свободного места, одному кластеру соответствует 1 бит. Для поиска свободного места на диске приходится оценивать объемы в десятки раз меньшие, чем в системах FAT и FAT32.

Вывод: NTFS имеет наиболее эффективную систему нахождения свободного места. Стоит отметить, что действовать "в лоб" на FAT16 или FAT32 очень медленно, поэтому для нахождения свободного места в этих системах применяются различные методы оптимизации, в результате чего и там достигается приемлемая скорость. (Одно можно сказать наверняка - поиск свободного места при работе в DOS на FAT32 - катастрофический по скорости процесс, поскольку никакая оптимизация невозможна без поддержки хоть сколь серьезной операционной системы).

Работа с каталогами и файлами

Каждая файловая система выполняет элементарные операции с файлами - доступ, удаление, создание, перемещение и т.д. Скорость работы этих операций зависит от принципов организации хранения данных об отдельных файлах и от устройства структур каталогов.

На что влияет этот параметр: на скорость осуществления любых операций с файлом, в том числе - на скорость любой операции доступа к файлу, особенно - в каталогах с большим числом файлов (тысячи).

FAT16 и FAT32 имеют очень компактные каталоги, размер каждой записи которых предельно мал. Более того, из-за сложившейся исторически системы хранения длинных имен файлов (более 11 символов), в каталогах систем FAT используется не очень эффективная и на первый взгляд неудачная, но зато очень экономная структура хранения этих самих длинных имен файлов. Работа с каталогами FAT производится достаточно быстро, так как в подавляющем числе случаев каталог (файл данных каталога) не фрагментирован и находится на диске в одном месте.
Единственная проблема, которая может существенно понизить скорость работы каталогов FAT - большое количество файлов в одном каталоге (порядка тысячи или более). Система хранения данных - линейный массив - не позволяет организовать эффективный поиск файлов в таком каталоге, и для нахождения данного файла приходится перебирать большой объем данных (в среднем - половину файла каталога).

NTFS использует гораздо более эффективный способ адресации - бинарное дерево, о принципе работы которого можно прочесть в другой статье (Файловая система NTFS). Эта организация позволяет эффективно работать с каталогами любого размера - каталогам NTFS не страшно увеличение количества файлов в одном каталоге и до десятков тысяч.
Стоит заметить, однако, что сам каталог NTFS представляет собой гораздо менее компактную структуру, нежели каталог FAT - это связано с гораздо большим (в несколько раз) размером одной записи каталога. Данное обстоятельство приводит к тому, что каталоги на томе NTFS в подавляющем числе случаев сильно фрагментированы. Размер типичного каталога на FAT-е укладывается в один кластер, тогда как сотня файлов (и даже меньше) в каталоге на NTFS уже приводит к размеру файла каталога, превышающему типичный размер одного кластера. Это, в свою очередь, почти гарантирует фрагментацию файла каталога, что, к сожалению, довольно часто сводит на нет все преимущества гораздо более эффективной организации самих данных.

Вывод: структура каталогов на NTFS теоретически гораздо эффективнее, но при размере каталога в несколько сотен файлов это практически не имеет значения. Фрагментация каталогов NTFS, однако, уверенно наступает уже при таком размере каталога. Для малых и средних каталогов NTFS, как это не печально, имеет на практике меньшее быстродействие.

Преимущества каталогов NTFS становятся реальными и неоспоримыми только в том случае, если в одно каталоге присутствуют тысячи файлов - в этом случае быстродействие компенсирует фрагментированность самого каталога и трудности с физическим обращением к данным (в первый раз - далее каталог кэшируется). Напряженная работа с каталогами, содержащими порядка тысячи и более файлов, проходит на NTFS буквально в несколько раз быстрее, а иногда выигрыш в скорости по сравнению с FAT и FAT32 достигает десятков раз.

Практика

К сожалению, как это часто бывает во всевозможных компьютерных вопросах, практика не очень хорошо согласуется с теорией. NTFS, имеющая, казалось бы, очевидные преимущества в структуре, показывает не настолько уж фантастические результаты, как можно было бы ожидать. Какие еще соображения влияют на быстродействие файловой системы? Каждый из рассматриваемых далее вопросов вносит свой вклад в итоговое быстродействие. Помните, однако, что реальное быстродействие - результат действия сразу всех факторов, поэтому и в этой части статьи не стоит делать поспешных выводов.

Объем оперативной памяти (кэширование)

Очень многие данные современных файловых систем кэшируются или буферизируются в памяти компьютера, что позволяет избежать лишних операций физического чтения данных с диска. Для нормальной (высокопроизводительной) работы системы в кэше приходится хранить следующие типы информации:

Данные о физическом местоположении всех открытых файлов. Это, прежде всего, позволит обращаться к системным файлам и библиотекам, доступ к которым идет буквально постоянно, без чтения служебной (не относящейся к самим файлам) информации с диска. Это же относится к тем файлам, которые исполняются в данный момент - т.е. к выполняемым модулям (.exe и .dll) активных процессов в системе. В эту категорию попадают также файлы системы, с которыми производится работа (прежде всего реестр и виртуальная память, различные .ini файлы, а также файлы документов и приложений).

Наиболее часто используемые каталоги. К таковым можно отнести рабочий стол, меню "пуск", системные каталоги, каталоги кэша интернета, и т.п.

Данные о свободном месте диска - т.е. та информация, которая позволит найти место для сохранения на диск новых данных.

В случае, если этот базовый объем информации не будет доступен прямо в оперативной памяти, системе придется совершать множество ненужных операций еще до того, как она начнет работу с реальными данными. Что входит в эти объемы в разных файловых системах? Или, вопрос в более практической плоскости - каким объемом свободной оперативной памяти надо располагать, чтобы эффективно работать с той или иной файловой системой?

FAT16 имеет очень мало данных, отвечающих за организацию файловой системы. Из служебных областей можно выделить только саму область FAT, которая не может превышать 128 Кбайт (!) - эта область отвечает и за поиск фрагментов файлов, и за поиск свободного места на томе. Каталоги системы FAT также очень компактны. Общий объем памяти, необходимый для предельно эффективной работы с FAT-ом, может колебаться от сотни килобайт и до мегабайта-другого - при условии огромного числа и размера каталогов, с которыми ведется работа.

FAT32 отличается от FAT16 лишь тем, что сама область FAT может иметь более внушительные размеры. На томах порядка 5 - 10 Гбайт область FAT может занимать объем в несколько Мбайт, и это уже очень внушительный объем, надежно кэшировать который не представляется возможным. Тем не менее, область FAT, а вернее те фрагменты, которые отвечают за местоположение рабочих файлов, в подавляющем большинстве систем находятся в памяти машины - на это расходуется порядка нескольких Мбайт оперативной памяти.

NTFS, к сожалению, имеет гораздо большие требования к памяти, необходимой для работы системы. Прежде всего, кэширование сильно затрудняет большие размеры каталогов. Размер одних только каталогов, с которыми активно ведет работу система, может запросто доходить до нескольких Мбайт и даже десятков Мбайт! Добавьте к этому необходимость кэшировать карту свободного места тома (сотни Кбайт) и записи MFT для файлов, с которыми осуществляется работа (в типичной системе - по 1 Кбайт на каждый файл). К счастью, NTFS имеет удачную систему хранения данных, которая не приводит к увеличению каких-либо фиксированных областей при увеличении объема диска. Количество данных, с которым оперирует система на основе NTFS, практически не зависит от объема тома, и основной вклад в объемы данных, которые необходимо кэшировать, вносят каталоги. Тем не менее, уже этого вполне достаточно для того, чтобы только минимальный объем данных, необходимых для кэширования базовых областей NTFS, доходил до 5 - 8 Мбайт.

[pagebreak]

К сожалению, можно с уверенностью сказать: NTFS теряет огромное количество своего теоретического быстродействия из-за недостаточного кэширования. На системах, имеющих менее 64 Мбайт памяти, NTFS просто не может оказаться быстрее FAT16 или FAT32. Единственное исключение из этого правила - диски FAT32, имеющие объем десятки Гбайт (я бы лично серьезно опасался дисков FAT32 объемом свыше, скажем, 30 Гбайт). В остальных же случаях - системы с менее чем 64 мегабайтами памяти просто обязаны работать с FAT32 быстрее.

Типичный в настоящее время объем памяти в 64 Мбайта, к сожалению, также не дает возможности организовать эффективную работу с NTFS. На малых и средних дисках (до 10 Гбайт) в типичных системах FAT32 будет работать, пожалуй, немного быстрее. Единственное, что можно сказать по поводу быстродействия систем с таким объемом оперативной памяти - системы, работающие с FAT32, будут гораздо сильнее страдать от фрагментации, чем системы на NTFS. Но если хотя бы изредка дефрагментировать диски, то FAT32, с точки зрения быстродействия, является предпочтительным вариантом. Многие люди, тем не менее, выбирают в таких системах NTFS - просто из-за того, что это даст некоторые довольно важные преимущества, тогда как типичная потеря быстродействия не очень велика.

Системы с более чем 64 Мбайтами, а особенно - со 128 Мбайт и более памяти, смогут уверенно кэшировать абсолютно всё, что необходимо для работы систем, и вот на таких компьютерах NTFS, скорее всего, покажет более высокое быстродействие из-за более продуманной организации данных. В наше время этим показателям соответствует практически любой компьютер.

Быстродействие накопителя

Влияют ли физические параметры жесткого диска на быстродействие файловой системы? Да, хоть и не сильно, но влияют. Можно выделить следующие параметры физической дисковой системы, которые по-разному влияют на разные типы файловых систем:

Время случайного доступа (random seek time). К сожалению, для доступа к системным областям на типичном диске более сложной файловой системы (NTFS) приходится совершать, в среднем, больше движений головками диска, чем в более простых системах (FAT16 и FAT32). Гораздо большая фрагментация каталогов, возможность фрагментации системных областей - всё это делает диски NTFS гораздо более чувствительными к скорости считывания произвольных (случайных) областей диска. По этой причине использовать NTFS на медленных (старых) дисках не рекомендуется, так как высокое (худшее) время поиска дорожки дает еще один плюс в пользу систем FAT.

Наличие Bus Mastering. Bus Mastering - специальный режим работы драйвера и контроллера, при использовании которого обмен с диском производится без участия процессора. Стоит отметить, что система запаздывающего кэширования NTFS сможет действовать гораздо более эффективно при наличии Bus Mastering, т.к. NTFS производит отложенную запись гораздо большего числа данных. Системы без Bus Mastering в настоящее время встречаются достаточно редко (обычно это накопители или контроллеры, работающие в режиме PIO3 или PIO4), и если вы работаете с таким диском - то, скорее всего, NTFS потеряет еще пару очков быстродействия, особенно при операциях модификации каталогов (например, активная работа в интернете - работа с кэшем интернета).

Кэширование как чтения, так и записи на уровне жестких дисков (объем буфера HDD - от 128 Кбайт до 1-2 Мбайт в современных дорогих дисках) - фактор, который будет более полезен системам на основе FAT. NTFS из соображений надежности хранения информации осуществляет модификацию системных областей с флагом "не кэшировать запись", поэтому быстродействие системы NTFS слабо зависит от возможности кэширования самого HDD. Системы FAT, напротив, получат некоторый плюс от кэширования записи на физическом уровне. Стоит отметить, что, вообще говоря, всерьез принимать в расчет размер буфера HDD при оценке быстродействия тех или иных файловых систем не стоит.

Подводя краткий итог влиянию быстродействия диска и контроллера на быстродействия системы в целом, можно сказать так: NTFS страдает от медленных дисков гораздо сильнее, чем FAT.

Размер кластера

Хотелось бы сказать пару слов о размере кластера - тот параметр, который в файловых системах FAT32 и NTFS можно задавать при форматировании практически произвольно. Прежде всего, надо сказать, что больший размер кластера - это практически всегда большее быстродействие. Размер кластера на томе NTFS, однако, имеет меньшее влияние на быстродействие, чем размер кластера для системы FAT32.

Типичный размер кластера для NTFS - 4 Кбайта. Стоит отметить, что при большем размере кластера отключается встроенная в файловую систему возможность сжатия индивидуальных файлов, а также перестает работать стандартный API дефрагментации - т.е. подавляющее число дефрагментаторов, в том числе встроенный в Windows 2000, будут неспособны дефрагментировать этот диск. SpeedDisk, впрочем, сможет - он работает без использования данного API. Оптимальным с точки зрения быстродействия, по крайней мере, для средних и больших файлов, считается (самой Microsoft) размер 16 Кбайт. Увеличивать размер далее неразумно из-за слишком больших расходов на неэффективность хранения данных и из-за мизерного дальнейшего увеличения быстродействия. Если вы хотите повысить быстродействие NTFS ценой потери возможности сжатия - задумайтесь о форматировании диска с размером кластера, большим чем 4 Кбайта. Но имейте в виду, что это даст довольно скромный прирост быстродействия, который часто не стоит даже уменьшения эффективности размещения файлов на диске.

Быстродействие системы FAT32, напротив, можно довольно существенно повысить, увеличив размер кластера. Если в NTFS размер кластера почти не влияет на размер и характер данных системных областей, то в системе FAT увеличивая кластер в два раза, мы сокращаем область FAT в те же два раза. Вспомните, что в типичной системе FAT32 эта очень важная для быстродействия область занимает несколько Мбайт. Сокращение области FAT в несколько раз даст заметное увеличение быстродействия, так как объем системных данных файловой системы сильно сократиться - уменьшается и время, затрачиваемое на чтение данных о расположении файлов, и объем оперативной памяти, необходимый для буферизирования этой информации. Типичный объем кластера для систем FAT32 составляет тоже 4 Кбайт, и увеличение его до 8 или даже до 16 Кбайт - особенно для больших (десяток и более гигабайт) дисков - достаточно разумный шаг.

Другие соображения

NTFS является достаточно сложной системой, поэтому, в отличие от FAT16 и FAT32, имеются и другие факторы, которые могут привести к существенному замедлению работы NTFS:

Диск NTFS был получен преобразованием раздела FAT16 или FAT32 (команда convert). Данная процедура в большинстве случаев представляет собой тяжелый случай для быстродействия, так как структура служебных областей NTFS, скорее всего, получится очень фрагментированной. Если есть возможность - избегайте преобразования других систем в NTFS, так как это приведет к созданию очень неудачного диска, которому не поможет даже типичный (неспециализированный) дефрагментатор, типа Diskeeper-а или встроенного в Windows 2000.

Активная работа с диском, заполненным более чем на 80% - 90%, представляет собой катастрофический для быстродействия NTFS случай, так как фрагментация файлов и, самое главное, служебных областей, будет расти фантастически быстро. Если ваш диск используется в таком режиме - FAT32 будет более удачным выбором при любых других условиях.

Выводы

В данной заключительной части "одной строчкой" собраны ключевые особенности быстродействия этих трех файловых систем.

FAT - плюсы:

Для эффективной работы требуется немного оперативной памяти.

Быстрая работа с малыми и средними каталогами.

Диск совершает в среднем меньшее количество движений головок (в сравнении с NTFS).

Эффективная работа на медленных дисках.

FAT - минусы:

Катастрофическая потеря быстродействия с увеличением фрагментации, особенно для больших дисков (только FAT32).

Сложности с произвольным доступом к большим (скажем, 10% и более от размера диска) файлам.

Очень медленная работа с каталогами, содержащими большое количество файлов.

NTFS - плюсы:

Фрагментация файлов не имеет практически никаких последствий для самой файловой системы - работа фрагментированной системы ухудшается только с точки зрения доступа к самим данным файлов.

Сложность структуры каталогов и число файлов в одном каталоге также не чинит особых препятствий быстродействию.

Быстрый доступ к произвольному фрагменту файла (например, редактирование больших .wav файлов).

Очень быстрый доступ к маленьким файлам (несколько сотен байт) - весь файл находится в том же месте, где и системные данные (запись MFT).

NTFS - минусы:

Существенные требования к памяти системы (64 Мбайт - абсолютный минимум, лучше - больше).

Медленные диски и контроллеры без Bus Mastering сильно снижают быстродействие NTFS.

Работа с каталогами средних размеров затруднена тем, что они почти всегда фрагментированы.

Диск, долго работающий в заполненном на 80% - 90% состоянии, будет показывать крайне низкое быстродействие.

Хотелось бы еще раз подчеркнуть, что на практике основной фактор, от которого зависит быстродействие файловой системы - это, как ни странно, объем памяти машины. Системы с памятью 64-96 Мбайт - некий рубеж, на котором быстродействие NTFS и FAT32 примерно эквивалентно. Обратите внимание также на сложность организации данных на вашей машине. Если вы не используете ничего, кроме простейших приложений и самой операционной системы - может случиться так, что FAT32 сможет показать более высокое быстродействие и на машинах с большим количеством памяти.

NTFS - система, которая закладывалась на будущее, и это будущее для большинства реальных применений сегодняшнего дня еще, к сожалению, видимо не наступило. На данный момент NTFS обеспечивает стабильное и равнодушное к целому ряду факторов, но, пожалуй, всё же невысокое - на типичной "игровой" домашней системе - быстродействие. Основное преимущество NTFS с точки зрения быстродействия заключается в том, что этой системе безразличны такие параметры, как сложность каталогов (число файлов в одном каталоге), размер диска, фрагментация и т.д. В системах FAT же, напротив, каждый из этих факторов приведет к существенному снижению скорости работы.

Только в сложных высокопроизводительных системах - например, на графических станциях или просто на серьезных офисных компьютерах с тысячами документов, или, тем более, на файл-серверах - преимущества структуры NTFS смогут дать реальный выигрыш быстродействия, который порой заметен невооруженным глазом. Пользователям, не имеющим большие диски, забитые информацией, и не пользующимся сложными программами, не стоит ждать от NTFS чудес скорости - с точки зрения быстродействия на простых домашних системах гораздо лучше покажет себя FAT32.