Сегодня XML может использоваться в любых приложениях, которым нужна структурированная информация - от сложных геоинформационных систем, с гигантскими объемами передаваемой информации до обычных "однокомпьютерных" программ, использующих этот язык для описания служебной информации. При внимательном взгляде на окружающий нас информационный мир можно выделить множество задач, связанных с созданием и обработкой структурированной информации, для решения которых может использоваться XML:

В первую очередь, эта технология может оказаться полезной для разработчиков сложных информационных систем, с большим количеством приложений, связанных потоками информации самой различной структурой. В этом случае XML - документы выполняют роль универсального формата для обмена информацией между отдельными компонентами большой программы.
XML является базовым стандартом для нового языка описания ресурсов, RDF, позволяющего упростить многие проблемы в Web, связанные с поиском нужной информации, обеспечением контроля за содержимым сетевых ресурсов, создания электронных библиотек и т.д.

Язык XML позволяет описывать данные произвольного типа и используется для представления специализированной информации, например химических, математических, физических формул, медицинских рецептов, нотных записей, и т.д. Это означает, что XML может служить мощным дополнением к HTML для распространения в Web "нестандартной" информации. Возможно, в самом ближайшем будущем XML полностью заменит собой HTML, по крайней мере, первые попытки интеграции этих двух языков уже делаются (спецификация XHTML).
XML-документы могут использоваться в качестве промежуточного формата данных в трехзвенных системах. Обычно схема взаимодействия между серверами приложений и баз данных зависит от конкретной СУБД и диалекта SQL, используемого для доступа к данным. Если же результаты запроса будут представлены в некотором универсальном текстовом формате, то звено СУБД, как таковое, станет "прозрачным" для приложения. Кроме того, сегодня на рассмотрение W3C предложена спецификация нового языка запросов к базам данных XQL, который в будущем может стать альтернативой SQL.
Информация, содержащаяся в XML-документах, может изменяться, передаваться на машину клиента и обновляться по частям. Разрабатываемые спецификации XLink и Xpointer поволят ссылаться на отдельные элементы документа, c учетом их вложенности и значений атрибутов.
Использование стилевых таблиц (XSL) позволяет обеспечить независимое от конкретного устройства вывода отображение XML- документов.
XML может использоваться в обычных приложениях для хранения и обработки структурированных данных в едином формате.

В данной статье приведены общие сведения об организации работы системы 1С:Предприятие с распределенной информационной базой (ИБ). Также описаны внутренние особенности организации механизма работы с распределенными данными для того, чтобы специалисты, осуществляющие конфигурирование и администрирование распределенных систем могли лучшее понимать выполняемые системой действия. Данная информация может также быть использована для оценки дополнительных затрат ресурсов системы, расходуемых на поддержание распределенной информационной базы.

Так как средства системы 1С:Предприятие для работы с распределенными информационными базами поставляются отдельно, сначала кратко остановимся на назначении и основных принципах организации работы системы 1С:Предприятие с территориально удаленными подразделениями.



В тех случаях, когда предприятие представляет собой территориально распределенную структуру, зачастую сохраняется потребность в ведении единой системы учета. То есть необходимо иметь возможность работать в едином пространстве документов, получать отчеты, отражающие состояние дел как в территориально удаленных подразделениях предприятия, так и на предприятии в целом и т.п. При этом не всегда имеется возможность организовать работу всех подразделений с единой информационной базой в режиме он-лайн.

Для решения подобных задач предназначена компонента "Управление распределенными ИБ". С помощью указанной компоненты можно организовать двухуровневую структуру информационных баз (ИБ) системы 1С:Предприятие, состоящую из одной центральной и нескольких периферийных информационных баз, работающих с единой конфигурацией. При этом система будет стремиться поддерживать одинаковое состояние объектов данных во всех узлах распределенной ИБ.

Содержимое информационных баз синхронизируется путем переноса измененных объектов данных между каждой из периферийных и центральной ИБ. Для переноса данных используются так называемые файлы переноса данных. Перенос изменений выполняется только между центральной и периферийными ИБ. Перенос данных непосредственно между периферийными ИБ невозможен. Поэтому изменения данных, произведенные в одном из периферийных узлов распределенной ИБ попадают в другие периферийные узлы только через центральную ИБ.

В простейшем случае (по умолчанию) областью распространения изменений для всех объектов является вся распределенная ИБ. Таким образом, в случае если в течение какого-то времени изменения данных системы не будут производиться, и, в то же время, будут произведены все необходимые действия по обмену изменениями между узлами распределенной ИБ, то все узлы будут содержать абсолютно одинаковые данные.

В некоторых случаях может возникнуть необходимость в том, чтобы объекты того или иного типа никогда не попадали в те или иные узлы распределенной ИБ или никогда не покидали места своего создания. Для обеспечения такой возможности предназначен механизм настройки параметров миграции объектов. С его помощью можно ограничить распространение изменений объектов того или иного вида. Кроме того, в версии 7.7 системы 1С:Предприятие можно создавать периферийные ИБ, которые будут принимать информацию о измененных объектах из центральной ИБ, но не будут передавать изменения, сделанные в них самих.

Механизмы распространения изменений объектов работают полностью автоматически. Разработчик конфигурации лишен возможности вмешиваться в функционирование этих механизмов. Для того, чтобы механизмы распределенной ИБ начали работать, не нужно производить никаких специальных действий по конфигурированию системы.

Однако, для того, чтобы документы, элементы справочников и другие объекты, созданные в разных узлах распределенной ИБ, имели заведомо непересекающиеся пространства номеров, кодов и т. п., может потребоваться внести в конфигурацию некоторые изменения. Также изменения в конфигурации должны вноситься при необходимости обеспечить специальные ограничения работы пользователей на периферийных информационных базах.

Для переноса измененных объектов в распределенной ИБ и для первичного создания периферийной ИБ используется файл переноса данных. Он представляет собой упакованный (сжатый) файл, содержащий объекты информационной базы (все при создании периферийной ИБ или измененные при передаче изменений) в специальном формате. Формат данного файла не предназначен для использования его способами отличными от тех, которые предусмотрены механизмами выгрузки/загрузки и передачи изменений. Файл переноса фактически отражает содержимое объектов информационной базы в формате, не зависящем от формата базы данных. Это позволяет использовать в распределенной информационной системе в различных узлах различные форматы хранения данных, поддерживаемые системой 1С:Предприятие (DBF/CDX и MS SQL Server).



Перенос измененных данных производится "пообъектно". То есть единицей переноса данных является так называемый ведущий объект. С точки зрения работы в распределенной информационной базе в 1С:Предприятии существуют следующие типы ведущих объектов:

константа,

элемент справочника,

документ,

календарь,

счет бухгалтерского учета,

типовая операция.

Вместе с документами переносятся все действия, выполняемые ими в процессе проведения: движения регистров, акты расчета, бухгалтерская операция, проводки. В случае, если при проведении документа производятся изменения периодических реквизитов элемента справочника, то производится перенос всего элемента справочника.

Регистрация изменений объектов производится автоматически при любом изменении объекта, независимо от того каким способом это изменение производилось (интерактивно или из встроенного языка). Кроме того в версии 7.7 системы 1С:Предприятие для таких объектов как элементы справочников и документы появилась возможность управления регистрацией изменений. Для этого у соответствующих объектов метаданных введен признак "Автоматическая регистрация изменений". Если этот признак установлен (значение по умолчанию), то автоматическая регистрация производится, а если признак сброшен, то регистрация не производится и изменения объектов в распределенной ИБ не распространяются. Но и в данном случае, при выполнении записи изменений объектов из встроенного языка можно управлять регистрацией изменений с помощью метода встроенного языка РегистрацияИзменений().

Регистрация изменений ведущих объектов производится в специальной служебной таблице. При этом фиксируются следующие данные об изменении объекта:

Сам ведущий объект;

Идентификатор той ИБ, в которую должно быть передано изменение;

Идентификатор ИБ, в которую должно быть передано изменение, служит для отслеживания переноса данных в каждую из ИБ, с которой данная ИБ обменивается данными. Таким образом, при изменении какого-либо объекта в центральной ИБ в таблицу будет помещено по одной записи для каждой из зарегистрированных периферийных информационных баз. Если же изменение объекта происходит в периферийной ИБ, то в таблицу будет занесена только одна запись, соответствующая центральной ИБ, так как каждая из периферийных ИБ непосредственно взаимодействует только с центральной.

Заметим, что удаление объекта является частным случаем изменения. Оно также помечается в таблице регистрации изменений и передается при выгрузке.

Выгрузка и загрузка изменений

Каждая выгрузка изменений осуществляется в адрес конкретной ИБ. В файл переноса, создаваемый при выгрузке попадают все объекты, записи об изменениях которых содержатся в таблице регистрации изменений для данной ИБ.

Заметим, что выгружаются не изменения объектов, а сами измененные объекты. То есть, если в документе изменилось значение одного реквизита, то будет передаваться весь документ и он будет полностью перезаписан на той ИБ, в которую переносится. Как уже отмечалось, вместе с документом будут перенесены и сделанные им движения регистров, операция и проводки. Если изменяется любой реквизит справочника, то передается полностью весь элемент. При этом история периодических реквизитов передается целиком. Последнее означает, что изменения сделанные в истории периодического реквизита элемента на в двух ИБ не будут сливаться вместе.

В процессе выгрузки в таблице регистрации изменений отмечается выгрузка изменений объектов.

При загрузке файла переноса данных помимо загрузки измененных данных выполняется так называемый прием подтверждений.

В случае, когда пришло подтверждение на получение выгрузки, содержащей последнее изменение объекта, запись об изменении удаляется из таблицы регистрации. То есть записи об изменении объектов данных хранятся в таблице регистрации до тех пор, пока не будет получено подтверждение о доставке измененного объекта по назначению.

Причем выгрузка измененного объекта будет производиться до тех пор, пока не будет получено подтверждение, о доставке изменения. Это значит, что если выполнять перенос все время в одном направлении и не выполнять обратного переноса то объем файла переноса данных будет все время расти, так как каждый раз будут передаваться все объекты, измененные после последнего полученного подтверждения.

При загрузке изменений объектов из периферийной ИБ в центральную, в таблицу регистрации изменений (если, конечно, параметры миграции настроены соответствующим образом) заносятся записи, указывающие, что загруженные из периферийной ИБ изменения объектов должны быть переданы в другие периферийные ИБ.

Изменения конфигурации

Как уже отмечалось, при работе с распределенной ИБ, конфигурация системы может быть изменена только в центральном узле.

Для регистрации изменений конфигурации и передачи ее на периферийные ИБ используется тот же механизм, что и для объектов данных. При записи измененной конфигурации, в таблицу регистрации изменений объектов по числу известных периферийных ИБ заносятся записи, фиксирующие факт изменения конфигурации.

После записи измененной конфигурации в распределенной ИБ складывается такая ситуация, что центральная и периферийные ИБ работают фактически с разными конфигурациями. В таком состоянии созданные на периферийной ИБ файлы переноса данных не могут быть загружены на центральной ИБ по той причине, что в условиях различных конфигураций содержащаяся в файле информация не может быть правильно интерпретирована. Обмен будет восстановлен только после того, как в периферийную ИБ будет загружена измененная конфигурация с центральной ИБ. То есть после изменения конфигурации требуется выполнить перенос из центральной ИБ в каждую из периферийных, а уже затем выполнять перенос из периферийных ИБ в центр.

Перенос измененной конфигурации в периферийные ИБ осуществляется тем же способом, что и перенос измененных объектов данных. В процессе очередной выгрузки из центральной ИБ, в файл переноса данных целиком включается измененная конфигурация, если, конечно, в таблице регистрации изменений содержится запись о том, что измененную конфигурацию следует передать в соответствующую периферийную ИБ. Выгрузка конфигурации также будет производиться до получения извещения о приеме измененной конфигурации.

Заметим, что конфигурация считается измененной при любых изменениях метаданных, форм, модулей, таблиц конфигурации, наборов прав, пользовательских интерфейсов, описаний. В состав конфигурации не входит список пользователей, а также внешние по отношению к файлу конфигурации (1CV7.MD) файлы (внешние отчеты, отдельно записанные таблицы и тексты). И эти внешние файлы не переносятся механизмом управления распределенной ИБ. Поэтому при конфигурировании распределенной системы не рекомендуется использовать в конфигурации находящиеся в отдельных файлах модули, таблицы и отчеты.

Для изменения уже работающей конфигурации можно рекомендовать использовать механизм загрузки измененной конфигурации. Он позволяет специалисту скопировать конфигурацию, выполнить в ней все необходимые изменения, отладить внесенные изменения (этот процесс может занять и несколько дней), а затем загрузить измененную конфигурацию в центральную ИБ, после чего изменения будут распространены на все периферийные ИБ с очередной передачей изменений. Такая последовательность позволит избежать многократной передачи измененной конфигурации в периферийные ИБ в процессе ее модернизации.

При загрузке файла переноса данных на периферийной ИБ, этап загрузки измененной конфигурации (если, конечно, она содержится в файле переноса данных) предшествует этапу загрузки измененных объектов данных. В случае неудачного завершения загрузки конфигурации, загрузка объектов данных производиться не будет и информационная база останется в том же состоянии, что и была до начала загрузки.

Продолжение статьи


[pagebreak]

Загрузка измененной конфигурации может завершиться неудачей, если измененная конфигурация не соответствует существующим данным. Например, было уменьшено число уровней справочника, а новое число уровней оказывается меньшим, чем фактически содержащееся в справочнике или в других подобных случаях. Если такое произошло, то следует привести данные в соответствие с новой конфигурацией или изменить конфигурацию в центральной ИБ и заново произвести выгрузку, чтобы ликвидировать возникшее противоречие.

Коллизии

При работе в реальных распределенных ИБ один и тот же объект может изменяться одновременно в различных узлах распределенной ИБ. И при переносе измененных объектов из одной ИБ в другую может случиться так, что в какую-либо ИБ будет загружаться объект, зарегистрированный в самой этой ИБ как измененный. Такая ситуация носит название коллизии. Приведем описание действий системы в наиболее типовых вариантах коллизий.

Один и тот же объект изменен более чем в одной ИБ.

Общий принцип здесь состоит в том, что "главным" считается изменение, произведенное в центральной ИБ. Отработка ситуации различается в зависимости от того, на какой ИБ - центральной или периферийной коллизия обнаружена. Если коллизия обнаружена на центральной ИБ, то есть при загрузке файла переноса из периферийной ИБ обнаружено, что один из измененных объектов также изменен и в центральной ИБ, то изменения объекта в центральную ИБ не загружаются. При этом гарантируется, что при очередной выгрузке в адрес периферийной ИБ будет передано состояние объекта как оно есть в центральной ИБ. Если же коллизия обнаружена на периферийной ИБ, то изменения объекта, прибывшие из центральной ИБ загружаются.

Объект, измененный в одной ИБ, удален в другой.

В данном случае принцип заключается в том, что изменение всегда "главнее" удаления. В случае, если на центральную ИБ прибывает файл переноса, в котором содержится информация, что некоторый объект удален на периферийной ИБ, то в центральной ИБ объект не удаляется, а в записи таблицы регистрации изменений данный объект помечается как измененный. То есть при очередном обмене объект будет восстановлен в той ИБ, в которой он был удален, причем само содержание объекта будет соответствовать той ИБ, которая "отвергла" удаление.

Аналогичные действия производятся, если коллизия обнаружена на периферийной ИБ.

Объект, удаленный в одной ИБ, не может быть удален в другой по причине наличия ссылок на него.

При загрузке изменений, если загружается информация об удалении объектов, автоматически включается механизм контроля ссылочной целостности и выполняется проверка наличия ссылок в данной ИБ на объекты, которые переданы как удаленные.

В случае обнаружения коллизии такого рода, вне зависимости от того на какой из ИБ она была обнаружена, выполняется следующее: удаление не выполняется, а в таблицу регистрации изменений заносится запись о том, что объект должен быть перенесен в адрес той ИБ, из которой была прислана информация о его удалении.

При очередном обмене объект восстанавливается в той ИБ, в которой он был удален, однако само содержание объекта будет соответствовать той ИБ, которая "отвергла" удаление.

Таким образом, управление распределенной информационной базой имеет определенную стратегию автоматического разрешения любых коллизий с описанными приоритетами. Однако, в реальных условиях рекомендуется средствами конфигурации определить возможные действия пользователей на различных узлах таким образом, чтобы исключить или минимизировать вероятность возникновения коллизий. Основным путем является определения средствами конфигурации "ответственного" узла за каждый ведущий объект в распределенной ИБ и ограничение всем остальным возможности его редактирования и удаления. Определение "ответственных" должно происходить исходя из логики работы предприятия. Очевидно, что многие виды объектов можно разрешить изменять только в центральной ИБ (например, список складов). Для многих объектов можно рекомендовать средствами встроенного языка установить возможность изменения только на той ИБ, на которой они созданы, например для документов.

Параметры миграции

С помощью настройки параметров миграции можно ограничивать области распространения изменений объектов. Настройка параметров миграции происходит по видам "ведущих" объектов. То есть для каждого вида "ведущих" объектов можно определить конкретную настройку параметров миграции. В настройке параметров миграции объектов ведущую роль играет выбор того или иного варианта области распространения изменений объектов данного вида. Существуют три варианта настройки области распространения:

Все информационные базы. Данный вариант настройки используется по умолчанию для всех объектов. В этом случае любые изменения объектов данного типа будут распространяться по всем узлам распределенной ИБ. Этот вариант обеспечивает полную синхронизацию объектов данного вида во всей распределенной ИБ. Очевидно, что этот вариант наиболее прост для конфигурирования.

Место создания. Данный вариант настройки также является довольно простым. В этом случае изменения объекта не передаются в другие ИБ. При такой настройке параметров миграции, объект данного вида никогда не "покидает" места своего создания и не появляется в других ИБ. Однако при выборе данного варианта следует учитывать возможные ссылки на объекты данного вида из объектов других видов, имеющих другие параметры миграции. Например, если установить такой вариант для справочника, и в документах, которые участвуют в обмене, будет содержаться реквизит типа справочник данного вида, то при переносе документа получится неразрешенная ссылка.

Место создания и центр. При таком варианте настройки области распространения объектов существенную роль играет понятие места создания объекта. Местом создания объекта считается ИБ, в которой был создан конкретный объект. Естественно, что различные объекты одного вида могут быть созданы в различных ИБ. Однако место создания объекта может быть определено не для всех видов "ведущих" объектов. Для таких объектов как константы, календари или корректные проводки место создания не определено. Поэтому для этих видов объектов вариант настройки "Место создания и центр" не может быть установлен.

В случае выбора такого варианта области распространения, объекты данного вида помимо места их создания попадают еще и на центральную ИБ. То есть, в случае, если для некоторого вида объектов установлена область распространения "Место создания и центр", то для объектов этого вида, созданных на периферийной ИБ, их изменения будут передаваться между местом их создания и центральной ИБ. Для объектов того же вида, созданных на центральной ИБ, изменения не будут передаваться никуда. С помощью такого варианта области распространения можно добиться такого эффекта, что все объекты того или иного вида будут "собираться" на центральной ИБ, а на любой из периферийных ИБ будут находиться только те объекты, для которых она является местом создания.

В случае выбора области распространения "Место создания и центр", для вида объекта можно задать перечень периферийных узлов распределенной ИБ, которые дополнительно включаются в область распространения всех объектов данного вида. Этот перечень задается как список кодов периферийных ИБ, разделенный запятыми. При задании кодов ИБ допускается использование символов-заменителей '*'. Символ-заменитель должен завершать последовательность символов, образующих код одной или нескольких периферийных ИБ. Таким образом, "A*" представляет собой обозначение всех периферийных ИБ, коды которых начинаются символом 'А'. Последовательность "A*B" является ошибочной, так как символ '*' не завершает последовательность символов, представляющих код периферийной ИБ.

Кроме того, как отмечалось выше, дополнительной возможностью управлять распространением изменений объектов в версии 7.7 системы 1С:Предприятие является особый вид периферийных ИБ, которые получают изменения из центральной ИБ, а сами информацию о сделанных в них изменениях не передают. Для создания периферийной ИБ такого рода, надо при ее инициализации указать признак "Только получатель".

Отдельно стоит рассмотреть случай, когда параметры миграции объектов изменяются в процессе изменения конфигурации уже работающей системы. Изменения параметров миграции для каждого из объектов производится независимо от других. То есть, Конфигуратор не отслеживает ссылки между объектами при настройке параметров миграции. Таким образом, при определенных вариантах настройки параметров миграции у некоторых объектов могут появиться ссылки, указывающие "никуда". Ответственность за сохранение ссылочной целостности в распределенных ИБ возлагается на лицо, занимающееся конфигурированием системы. Общим правилом настройки параметров миграции является определение области миграции для конкретного вида объектов равной более широкой, чем область миграции ссылающихся на него объектов. Например, для справочника область миграции должна быть определена не уже, чем области миграции документов и справочников, в которых есть реквизиты типа "справочник" данного вида. Если, например, измерение регистра имеет тип "справочник" данного вида, то область миграции справочника должна покрывать области миграции всех документов, которые могут записать движения данного регистра.

При изменении параметров миграции того или иного объекта система старается привести имеющиеся данные в соответствие с новыми параметрами. Общим принципом здесь является то, что при изменении параметров миграции объекты никогда ни в каком узле распределенной ИБ не удаляются. Даже в том случае, если в соответствии с вновь установленными параметрами миграции их там быть не должно. Изменения производятся лишь в таблице регистрации изменений. Рассмотрим случаи изменения параметров миграции объектов подробнее.

Наиболее простой случай - это смена любого из вариантов области распространения на вариант "Место создания". В этом случае из таблицы регистрации изменений удаляются все записи по данному виду объектов. То есть все изменения объектов, еще не переданные в другие ИБ, не будут переданы. При этом, все объекты для которых данная ИБ не является местом создания, не будут удалены. Просто их изменения (как и изменения других объектов данного вида) не будут больше передаваться в другие ИБ.

Следующий случай - это смена области распространения "Место создания" на варианты "Все информационные базы" или "Место создания и центр". В этом случае в таблицу регистрации изменений заносятся записи для передачи всех объектов, для которых текущая ИБ является местом создания во все ИБ, в которые должны передаваться изменения в соответствии с вновь заданной настройкой. В случае, если такая смена производится для объектов, для которых место создания не определено (константы, календари, корректные проводки), то записи в таблицу регистрации изменений будут произведены только в центральной ИБ. Этими двумя вариантами и ограничиваются возможные случаи изменения параметров миграции для такого рода объектов. Все остальные случаи возможны только для тех объектов, для которых место создания можно определить.

При изменении области распространения объектов с "Место создания и центр" на "Все информационные базы", какие-либо действия предпринимаются только в центральной ИБ. В этом случае определяется список периферийных ИБ, попавших в список дополнительно включаемых в область распространения, но ранее в него не входивших. После этого производится обход всех объектов данного вида и для каждого из объектов в таблицу регистрации изменений вносятся записи для передачи состояния объекта в каждую из попавших в список периферийных ИБ, за исключением ИБ места создания объекта.

Последний и самый сложный случай - это изменение области распространения объектов с "Все информационные базы" на "Место создания и центр" или изменение списка дополнительных ИБ в варианте "Место создания и центр". Действия, производимые в данном случае различаются в зависимости от того, производятся они в центральной ИБ или в периферийной. В центральной ИБ для каждой из периферийных ИБ, не попавших в новый перечень дополнительно включаемых в область распространения, выполняется удаление из таблицы регистрации изменений записей соответствующих данному виду объектов, но только для тех объектов, для которых эта периферийная ИБ не является местом создания. Затем определяется список периферийных ИБ, попавших в список дополнительно включаемых в область распространения, но ранее в него не входивших. Естественно, что в случае, если предыдущим вариантом настройки области распространения было "Все информационные базы", то этот список окажется пустым. Затем, как и в предыдущем случае, производится обход всех объектов данного вида и для каждого из объектов в таблицу регистрации изменений вносятся записи для передачи объекта в каждую из попавших в список периферийных ИБ, за исключением ИБ места создания объекта.

Проблемы конфигурирования и администрирования

При разработке конфигурации для распределенной ИБ проявляется ряд объективно существующих проблем, которые решаются как средствами конфигурации, так и административными решениями.

Очевидной проблемой, которая уже упоминалась выше, является уникальная и последовательная нумерация документов и элементов справочников. Для организации уникальной нумерации используется механизм префиксов. Для его включения в конфигурацию, прежде всего, следует выработать некоторую дисциплину, зависимости префикса от ИБ, в которой создается объект. В простейшем случае это может быть собственно код ИБ. Однако часто префикс может автоматически определяться на каждой ИБ, но не являться ее кодом, так как он может участвовать в печатных формах документов и должен быть понятным для пользователей системы. Более сложной задачей является обеспечение сквозной нумерации объектов без префиксов в случае, когда такая нумерация регламентируется нормативными документами. Особенно сложным является обеспечение строго последовательной нумерации. Очевидно, что полного решения данной проблемы не может быть в принципе, так как объекты создаваемые динамически в независимых системах не могут иметь строгой сквозной нумерации. Отчасти данная проблема решается с помощью введения диапазонов номеров, выделяемых для каждой ИБ. Следует заметить, что номера документов и коды справочников не являются внутренними идентификаторами и их уникальность для системы не обязательна. Это значит, что поддержку уникальность номеров и кодов можно отключить для тех видов, объектов, для которых она не нужна. Кроме того, средствами конфигурации можно организовать перенумерацию объектов, например в центральной ИБ. Однако следует иметь ввиду, что эти изменения будут передаваться как и любые другие изменения, что может вызвать достаточно большой объем передаваемых между узлами данных.

Более сложной проблемой является ситуация, когда возникает необходимость использования некоторого нового объекта в двух и более узлах одновременно, до осуществления передачи данных. Например, новый товар должен быть введен и на центральной ИБ и на периферийной. Важно понимать, что созданный ведущий объект системы 1С:Предприятие обладает некоторой сущностью - внутренним идентификатором, который уникален во всей распределенной системе. То есть один и тот же объект не может быть введен в двух узлах. Даже при полном соответствии кодов, номеров и всех данных это будут два разных объекта. Такой принцип необходим для четкой работы системы со всех точек зрения.

Заметим, что возможные варианты ввода двух объектов и затем автоматической замены на центральной ИБ всех ссылок на один из объектов, достаточно сложны в реализации и весьма ненадежны.

Поэтому, на наш взгляд, решение проблемы должно лежать в области администрирования системы. Технология работы пользователей должна быть построена таким образом, чтобы ввод объекта производился на одном узле.

В отдельных случаях может использоваться следующее решение. В справочник заранее вносится некоторое количество новых элементов со специальными кодами или в специальную группу. При появлении необходимости ввода нового товара реально не вводится новый элемент, а изменяется один этих элементов. При этом административными силами должно быть обеспечено идентичное изменение одного и того же "зарезервированного" объекта в тех узлах распределенной ИБ, в которой он должен быть использован до обмена данными. При обмене данными сами реквизиты элемента будут системой синхронизированы, а ссылки в других объектах, разумеется будут идентичными, так как использовался один и тот же объект.

В любых случаях следует учитывать, что раздельный ввод и использование объектов потребует от пользователей правильного ввода данных. Так, например, при вводе нового товара в двух узлах с разными ценами могут иметь место серьезные ошибки в оформлении документов.

Еще одна проблема, с которой приходится сталкиваться при конфигурировании распределенной ИБ, это правильное поддержание механизмов учета компонент при неполной миграции объектов. Следует учитывать, что итоги оперативного и бухгалтерского учета не являются самостоятельными объектами. Они не переносятся, а рассчитываются на основании перенесенных движений регистров и проводок. Движения регистров и проводки переносятся соответственно только вместе с документами. Таким образом, для правильного состояния итогов на некоторой ИБ, на нее должны переноситься все документы, осуществляющие движения регистров или записывающие проводки влияющие на эти итоги. С другой стороны, это не означает, что переноситься должны все документы, записывающие движения конкретного регистра и проводки. Например, если на периферийной ИБ вводятся документы, выполняющие движения по одному складу, и итоги регистра учета товарного запаса в данной ИБ нужны только по данному складу, то, разумеется, в данном узле будет достаточно наличия всех документов выполняющих движения регистров по данному складу. Это достигается установкой параметра миграции "Место создания и центр".

Каждый абонент (узел) локальной сети должен иметь свой уникальный адрес (идентификатор или MAC-адрес), для того чтобы ему можно было адресовать пакеты. Существуют две основные системы присвоения адресов абонентам сети (точнее, сетевым адаптерам этих абонентов).

Первая система сводится к тому, что при установке сети каждому абоненту пользователь присваивает индивидуальный адрес по порядку, к примеру, от 0 до 30 или от 0 до 254. Присваивание адресов производится программно или с помощью переключателей на плате адаптера. При этом требуемое количество разрядов адреса определяется из неравенства:

2n > Nmax

где n – количество разрядов адреса, а Nmax – максимально возможное количество абонентов в сети. Например, восемь разрядов адреса достаточно для сети из 255 абонентов. Один адрес (обычно 1111....11) отводится для широковещательной передачи, то есть он используется для пакетов, адресованных всем абонентам одновременно.

Именно такой подход применен в известной сети Arcnet. Достоинства данного подхода – малый объем служебной информации в пакете, а также простота аппаратуры адаптера, распознающей адрес пакета. Недостаток – трудоемкость задания адресов и возможность ошибки (например, двум абонентам сети может быть присвоен один и тот же адрес). Контроль уникальности сетевых адресов всех абонентов возлагается на администратора сети.

Второй подход к адресации был разработан международной организацией IEEE, занимающейся стандартизацией сетей. Именно он используется в большинстве сетей и рекомендован для новых разработок. Идея этого подхода состоит в том, чтобы присваивать уникальный сетевой адрес каждому адаптеру сети еще на этапе его изготовления. Если количество возможных адресов будет достаточно большим, то можно быть уверенным, что в любой сети по всему миру никогда не будет абонентов с одинаковыми адресами. Поэтому был выбран 48-битный формат адреса, что соответствует примерно 280 триллионам различных адресов. Понятно, что столько сетевых адаптеров никогда не будет выпущено.

С тем чтобы распределить возможные диапазоны адресов между многочисленными изготовителями сетевых адаптеров, была предложена следующая структура адреса (рис. 4.7):

* Младшие 24 разряда кода адреса называются OUA (Organizationally Unique Address) – организационно уникальный адрес. Именно их присваивает каждый из зарегистрированных производителей сетевых адаптеров. Всего возможно свыше 16 миллионов комбинаций, то есть каждый изготовитель может выпустить 16 миллионов сетевых адаптеров.
* Следующие 22 разряда кода называются OUI (Organizationally Unique Identifier) – организационно уникальный идентификатор. IEEE присваивает один или несколько OUI каждому производителю сетевых адаптеров. Это позволяет исключить совпадения адресов адаптеров от разных производителей. Всего возможно свыше 4 миллионов разных OUI, это означает, что теоретически может быть зарегистрировано 4 миллиона производителей. Вместе OUA и OUI называются UAA (Universally Administered Address) – универсально управляемый адрес или IEEE-адрес.
* Два старших разряда адреса управляющие, они определяют тип адреса, способ интерпретации остальных 46 разрядов. Старший бит I/G (Individual/Group) указывает на тип адреса. Если он установлен в 0, то индивидуальный, если в 1, то групповой (многопунктовый или функциональный). Пакеты с групповым адресом получат все имеющие этот групповой адрес сетевые адаптеры. Причем групповой адрес определяется 46 младшими разрядами. Второй управляющий бит U/L (Universal/Local) называется флажком универсального/местного управления и определяет, как был присвоен адрес данному сетевому адаптеру. Обычно он установлен в 0. Установка бита U/L в 1 означает, что адрес задан не производителем сетевого адаптера, а организацией, использующей данную сеть. Это случается довольно редко.

Структура 48-битного стандартного MAC-адреса

Рис. 4.7. Структура 48-битного стандартного MAC-адреса

Для широковещательной передачи (то есть передачи всем абонентам сети одновременно) применяется специально выделенный сетевой адрес, все 48 битов которого установлены в единицу. Его принимают все абоненты сети независимо от их индивидуальных и групповых адресов.

Данной системы адресов придерживаются такие популярные сети, как Ethernet, Fast Ethernet, Token-Ring, FDDI, 100VG-AnyLAN. Ее недостатки – высокая сложность аппаратуры сетевых адаптеров, а также большая доля служебной информации в передаваемом пакете (адреса источника и приемника вместе требуют уже 96 битов пакета или 12 байт).

Во многих сетевых адаптерах предусмотрен так называемый циркулярный режим. В этом режиме адаптер принимает все пакеты, приходящие к нему, независимо от значения поля адреса приемника. Такой режим используется, например, для проведения диагностики сети, измерения ее производительности, контроля ошибок передачи. При этом один компьютер принимает и контролирует все пакеты, проходящие по сети, но сам ничего не передает. В данном режиме работают сетевые адаптеры мостов и коммутаторы, которые должны обрабатывать перед ретрансляцией все пакеты, приходящие к ним.

Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.


Информация в локальных сетях, как правило, передается отдельными порциями, кусками, называемыми в различных источниках пакетами (packets), кадрами (frames) или блоками. Причем предельная длина этих пакетов строго ограничена (обычно величиной в несколько килобайт). Ограничена длина пакета и снизу (как правило, несколькими десятками байт). Выбор пакетной передачи связан с несколькими важными соображениями.

Локальная сеть, как уже отмечалось, должна обеспечивать качественную, прозрачную связь всем абонентам (компьютерам) сети. Важнейшим параметром является так называемое время доступа к сети (access time), которое определяется как временной интервал между моментом готовности абонента к передаче (когда ему есть, что передавать) и моментом начала этой передачи. Это время ожидания абонентом начала своей передачи. Естественно, оно не должно быть слишком большим, иначе величина реальной, интегральной скорости передачи информации между приложениями сильно уменьшится даже при высокоскоростной связи.

Ожидание начала передачи связано с тем, что в сети не может происходить несколько передач одновременно (во всяком случае, при топологиях шина и кольцо). Всегда есть только один передатчик и один приемник (реже – несколько приемников). В противном случае информация от разных передатчиков смешивается и искажается. В связи с этим абоненты передают свою информацию по очереди. И каждому абоненту, прежде чем начать передачу, надо дождаться своей очереди. Вот это время ожидания своей очереди и есть время доступа.

Если бы вся требуемая информация передавалась каким-то абонентом сразу, непрерывно, без разделения на пакеты, то это привело бы к монопольному захвату сети этим абонентом на довольно продолжительное время. Все остальные абоненты вынуждены были бы ждать окончания передачи всей информации, что в ряде случаев могло бы потребовать десятков секунд и даже минут (например, при копировании содержимого целого жесткого диска). С тем чтобы уравнять в правах всех абонентов, а также сделать примерно одинаковыми для всех них величину времени доступа к сети и интегральную скорость передачи информации, как раз и применяются пакеты (кадры) ограниченной длины. Важно также и то, что при передаче больших массивов информации вероятность ошибки из-за помех и сбоев довольно высока. Например, при характерной для локальных сетей величине вероятности одиночной ошибки в 10-8пакет длиной 10 Кбит будет искажен с вероятностью 10-4, а массив длиной 10 Мбит – уже с вероятностью 10-1. К тому же выявить ошибку в массиве из нескольких мегабайт намного сложнее, чем в пакете из нескольких килобайт. А при обнаружении ошибки придется повторить передачу всего большого массива. Но и при повторной передаче большого массива снова высока вероятность ошибки, и процесс этот при слишком большом массиве может повторяться до бесконечности.

С другой стороны, сравнительно большие пакеты имеют преимущества перед очень маленькими пакетами, например, перед побайтовой (8 бит) или пословной (16 бит или 32 бита) передачей информации.

Дело в том, что каждый пакет помимо собственно данных, которые требуется передать, должен содержать некоторое количество служебной информации. Прежде всего, это адресная информация, которая определяет, от кого и кому передается данный пакет (как на почтовом конверте – адреса получателя и отправителя). Если порция передаваемых данных будет очень маленькой (например, несколько байт), то доля служебной информации станет непозволительно высокой, что резко снизит интегральную скорость обмена информацией по сети.

Существует некоторая оптимальная длина пакета (или оптимальный диапазон длин пакетов), при которой средняя скорость обмена информацией по сети будет максимальна. Эта длина не является неизменной величиной, она зависит от уровня помех, метода управления обменом, количества абонентов сети, характера передаваемой информации, и от многих других факторов. Имеется диапазон длин, который близок к оптимуму.

Таким образом, процесс информационного обмена в сети представляет собой чередование пакетов, каждый из которых содержит информацию, передаваемую от абонента к абоненту.

Передача пакетов в сети между двумя абонентами

Рис. 4.1. Передача пакетов в сети между двумя абонентами

В частном случае (рис. 4.1) все эти пакеты могут передаваться одним абонентом (когда другие абоненты не хотят передавать). Но обычно в сети чередуются пакеты, посланные разными абонентами (рис. 4.2).

Передача пакетов в сети между несколькими абонентами

Рис. 4.2. Передача пакетов в сети между несколькими абонентами

Структура и размеры пакета в каждой сети жестко определены стандартом на данную сеть и связаны, прежде всего, с аппаратурными особенностями данной сети, выбранной топологией и типом среды передачи информации. Кроме того, эти параметры зависят от используемого протокола (порядка обмена информацией).

Но существуют некоторые общие принципы формирования структуры пакета, которые учитывают характерные особенности обмена информацией по любым локальным сетям.

Чаще всего пакет содержит в себе следующие основные поля или части (рис. 4.3):

Типичная структура пакета

Рис. 4.3. Типичная структура пакета

* Стартовая комбинация битов или преамбула, которая обеспечивает предварительную настройку аппаратуры адаптера или другого сетевого устройства на прием и обработку пакета. Это поле может полностью отсутствовать или же сводиться к единственному стартовому биту.
* Сетевой адрес (идентификатор) принимающего абонента, то есть индивидуальный или групповой номер, присвоенный каждому принимающему абоненту в сети. Этот адрес позволяет приемнику распознать пакет, адресованный ему лично, группе, в которую он входит, или всем абонентам сети одновременно (при широком вещании).
* Сетевой адрес (идентификатор) передающего абонента, то есть индивидуальный номер, присвоенный каждому передающему абоненту. Этот адрес информирует принимающего абонента, откуда пришел данный пакет. Включение в пакет адреса передатчика необходимо в том случае, когда одному приемнику могут попеременно приходить пакеты от разных передатчиков.
* Служебная информация, которая может указывать на тип пакета, его номер, размер, формат, маршрут его доставки, на то, что с ним надо делать приемнику и т.д.
* Данные (поле данных) – это та информация, ради передачи которой используется пакет. В отличие от всех остальных полей пакета поле данных имеет переменную длину, которая, собственно, и определяет полную длину пакета. Существуют специальные управляющие пакеты, которые не имеют поля данных. Их можно рассматривать как сетевые команды. Пакеты, включающие поле данных, называются информационными пакетами. Управляющие пакеты могут выполнять функцию начала и конца сеанса связи, подтверждения приема информационного пакета, запроса информационного пакета и т.д.
* Контрольная сумма пакета – это числовой код, формируемый передатчиком по определенным правилам и содержащий в свернутом виде информацию обо всем пакете. Приемник, повторяя вычисления, сделанные передатчиком, с принятым пакетом, сравнивает их результат с контрольной суммой и делает вывод о правильности или ошибочности передачи пакета. Если пакет ошибочен, то приемник запрашивает его повторную передачу. Обычно используется циклическая контрольная сумма (CRC). Подробнее об этом рассказано в главе 7.
* Стоповая комбинация служит для информирования аппаратуры принимающего абонента об окончании пакета, обеспечивает выход аппаратуры приемника из состояния приема. Это поле может отсутствовать, если используется самосинхронизирующийся код, позволяющий определять момент окончания передачи пакета.

Вложение кадра в пакет

Рис. 4.4. Вложение кадра в пакет

Нередко в структуре пакета выделяют всего три поля:

* Начальное управляющее поле пакета (или заголовок пакета), то есть поле, включающее в себя стартовую комбинацию, сетевые адреса приемника и передатчика, а также служебную информацию.
* Поле данных пакета.
* Конечное управляющее поле пакета (заключение, трейлер), куда входят контрольная сумма и стоповая комбинация, а также, возможно, служебная информация.

Как уже упоминалось, помимо термина "пакет" (packet) в литературе также нередко встречается термин "кадр" (frame). Иногда под этими терминами имеется в виду одно и то же. Но иногда подразумевается, что кадр и пакет различаются. Причем единства в объяснении этих различий не наблюдается.

В некоторых источниках утверждается, что кадр вложен в пакет. В этом случае все перечисленные поля пакета кроме преамбулы и стоповой комбинации относятся к кадру (рис. 4.4). Например, в описаниях сети Ethernet говорится, что в конце преамбулы передается признак начала кадра.

В других, напротив, поддерживается мнение о том, что пакет вложен в кадр. И тогда под пакетом подразумевается только информация, содержащаяся в кадре, который передается по сети и снабжен служебными полями.

Во избежание путаницы, в данной книге термин "пакет" будет использоваться как более понятный и универсальный.

В процессе сеанса обмена информацией по сети между передающим и принимающим абонентами происходит обмен информационными и управляющими пакетами по установленным правилам, называемым протоколом обмена. Это позволяет обеспечить надежную передачу информации при любой интенсивности обмена по сети.

Пример простейшего протокола показан на рис. 4.5.

Пример обмена пакетами при сеансе связи

Рис. 4.5. Пример обмена пакетами при сеансе связи

Сеанс обмена начинается с запроса передатчиком готовности приемника принять данные. Для этого используется управляющий пакет "Запрос". Если приемник не готов, он отказывается от сеанса специальным управляющим пакетом. В случае, когда приемник готов, он посылает в ответ управляющий пакет "Готовность". Затем начинается собственно передача данных. При этом на каждый полученный информационный пакет приемник отвечает управляющим пакетом "Подтверждение". В случае, когда пакет данных передан с ошибками, в ответ на него приемник запрашивает повторную передачу. Заканчивается сеанс управляющим пакетом "Конец", которым передатчик сообщает о разрыве связи. Существует множество стандартных протоколов, которые используют как передачу с подтверждением (с гарантированной доставкой пакета), так и передачу без подтверждения (без гарантии доставки пакета). Подробнее о протоколах обмена будет рассказано в следующей главе.

При реальном обмене по сети применяются многоуровневые протоколы, каждый из уровней которых предполагает свою структуру пакета (адресацию, управляющую информацию, формат данных и т.д.). Ведь протоколы высоких уровней имеют дело с такими понятиями, как файл-сервер или приложение, запрашивающее данные у другого приложения, и вполне могут не иметь представления ни о типе аппаратуры сети, ни о методе управления обменом. Все пакеты более высоких уровней последовательно вкладываются в передаваемый пакет, точнее, в поле данных передаваемого пакета (рис. 4.6). Этот процесс последовательной упаковки данных для передачи называется также инкапсуляцией пакетов.

Многоуровневая система вложения пакетов

Рис. 4.6. Многоуровневая система вложения пакетов

Каждый следующий вкладываемый пакет может содержать собственную служебную информацию, располагающуюся как до данных (заголовок), так и после них (трейлер), причем ее назначение может быть различным. Безусловно, доля вспомогательной информации в пакетах при этом возрастает с каждым следующим уровнем, что снижает эффективную скорость передачи данных. Для увеличения этой скорости предпочтительнее, чтобы протоколы обмена были проще, и уровней этих протоколов было меньше. Иначе никакая скорость передачи битов не поможет, и быстрая сеть может передавать файл дольше, чем медленная сеть, которая пользуется более простым протоколом.

Обратный процесс последовательной распаковки данных приемником называется декапсуляцией пакетов.

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.