Сохранение и резервирование информации

Задача резервирования

При эксплуатации компьютера по самым разным причинам возможна порча или потеря информации на магнитных носителях (винчестере или дискетах). Это может произойти из-за физической порчи магнитного диска, неправильной корректировки или случайного уничтожения файлов, разрушения информации компьютерными вирусами и т.д. Для того чтобы уменьшить или вообще предотвратить потери в таких ситуациях, следует иметь копии используемых файлов и периодически обновлять копии изменяемых рабочих файлов.

Рассмотрим способы резервирования и сохранения информации для разработчиков, занимающихся САПР, обработкой цифрового звука, изображений, то есть связанных с большим объемом используемой и обрабатываемой информации.

Использовать дискеты для целей сохранения информации (как это делается обычно) очень не рационально и, более того, очень не удобно, в связи с ее большим объемом. Поэтому целесообразно применять накопители, обеспечивающие сравнительно небольшое время доступа и обладающие большой емкостью. Используем для этих целей лазерные диски и, появившиеся недавно (для рядового пользователя) накопители на магнитооптических и магнитных дисках.

Лазерные диски

Первые лазерные (оптические) диски появились в 1972 году и продемонстрировали большие возможности по хранению информации. Объемы хранимой на них информации позволяют использовать их для хранения огромных массивов данных (таких как базы данных, энциклопедии, коллекции видео и аудио данных). Один оптический диск, диаметром 12см обладает емкостью до 680 Мбайтов! Такой объем хранимых данных, со временем доступа к диску около 200мс, скоростью чтения около 1200 килобайтов в секунду (для 8-ми скоростных накопителей) и, что не мало важно, низкая себестоимость таких дисков (порядка нескольких долларов) сделали их быстро очень распространенными хранителями информации. Легкая замена этих дисков позволяет носить с собой все материалы, требуемые для работы, в любом объеме. Оптические диски имеют очень высокую надежность и долговечность, что позволяет использовать их для архивного хранения информации. Но трудоемкая процедура записи и невозможность перезаписи ограничивает применение оптических дисков, как устройства для резервного хранения информации. Но, тем не менее, если разработчик использует большой объем постоянных (не изменяемых) данных, например, базы данных, различные библиотеки, то он может их записать на диск и использовать его, а не занимать место на винчестере под данную информацию. Таким образом, оптические диски используют как хранилище больших объемов информации.

Для подключения накопителя обычно применяется интерфейс IDE, который так же используется для подключения к компьютеру винчестеров. В комплект входит инсталляционная программа. Она изменяет конфигурационные файлы системы так, чтобы из файла CONFIG.SYS загружался драйвер, который служит “переводчиком” при взаимодействии дисковода и ПК, а из файла AUTOEXEC.BAT запускалась программа MSCDEX.EXE, завершающая процесс инсталляции накопителя. Это позволяет сконфигурировать систему таким образом, чтобы накопитель система “видела” как еще один логический диск. Таким образом, подключение, настройка и использование накопителя на лазерных дисках не представляет большой сложности.

Последнее время появилось множество вариантов перезаписываемых оптических дисков. Фирмы производители предлагают различные технические решения данной проблемы. Например, предлагались устройства, способные записывать информацию на оптический диск прямо на рабочем месте пользователя, но перезапись такой информации оставалась под вопросом.

Магнитооптические диски

Наиболее жизнеспособными оптическими дисками, обладающие свойствами перезаписи, на сегодняшний день являются магнитооптические (МО) диски. Впервые МО диски появились в 1988 году и соединили в себе компактность гибких дисков и накопителя Bernoulli Box, скорость среднего жесткого диска, надежность стандартного Компакт Диска и емкость сравнимую с DAT лентами. Но широкому распространению МО дисков мешает сравнительно дорогая стоимость и конкуренция современных жестких дисков. По сравнению с современными жесткими дисками, они более медленны и уступают им по максимальным объемам хранимой информации. Это делает невозможным применение МО дисков вместо традиционных винчестеров. При этом МО диски имеют большие перспективы как вторичные накопители, применяемые для резервного хранения информации.

МО накопитель построен на совмещении магнитного и оптического принципа хранения информации. Записывание информации производится при помощи луча лазера и магнитного поля, а считывание при помощи одного только лазера. В процессе записи на МО диск лазерный луч нагревает определенные точки на диске, и под воздействием температуры сопротивляемость изменению полярности, для нагретой точки, резко падает, что позволяет магнитному полю изменить полярность точки. После окончания нагрева сопротивляемость снова увеличивается, но полярность нагретой точки остается в соответствии с магнитным полем примененным к ней в момент нагрева. В имеющихся на сегодняшний день МО накопителях для записи информации применяются два цикла: цикл стирания и цикл записи. В процессе стирания магнитное поле имеет одинаковую полярность, соответствующую двоичным нулям. Лазерный луч нагревает последовательно весь стираемый участок и таким образом записывает на диск последовательность нулей. В цикле записи полярность магнитного поля меняется на противоположную, что соответствует двоичной единице. В этом цикле лазерный луч включается только на тех участках, которые должны содержать двоичные единицы, и оставляя участки с двоичными нулями без изменений. В процессе чтения с МО диска используется эффект Керра, заключающийся в изменении плоскости поляризации отраженного лазерного луча, в зависимости от направления магнитного поля отражающего элемента. Отражающим элементом в данном случае является намагниченная при записи точка на поверхности диска, соответствующая одному биту хранимой информации. При считывании используется лазерный луч небольшой интенсивности, не приводящий к нагреву считываемого участка, таким образом, при считывании хранимая информация не разрушается. Такой способ в отличие от обычного, применяемого в оптических дисках, не деформирует поверхность диска и позволяет повторную запись без дополнительного оборудования. Этот способ также имеет преимущество перед традиционной магнитной записью в плане надежности. Так как перемагничивание участков диска возможно только под действием высокой температуры, то вероятность случайного перемагничивания очень низкая, в отличие от традиционной магнитной записи, к потери которой могут привести случайные магнитные поля.

Механизмы МО накопителей строятся на базе механизмов обычных дисководов с небольшими конструктивными усовершенствованиями. В качестве интерфейса МО накопители оснащаются SCSI адаптерами (16 или 8 битными). Вместе с накопителем поставляются драйвера диска и утилиты форматирования низкого уровня. Многие поставщики также оснащают свои изделия специальными программами для резервного копирования. В настоящее время существуют несколько форматов для форматирования МО дисков CCS (непрерывное комбинированное слежение) и SS (шаблонное слежение). Первый из форматов разрешен стандартом ANSI, а второй также и ISO. В настоящее время формат CCS более популярен и имеет большее распространение. Стандартами определено два размера сектора 512 и 1024 байт. Некоторые производители смогли сделать чтение секторов любого размера, но их меньшинство. Большинство производителей поддерживают размер сектора равный 512 байтам.

Область применения МО дисков определяется его высокими характеристиками по надежности, объему и сменяемости. МО диск можно использовать для задач, требующих большого дискового объема, это такие задачи, как САПР, обработка изображений, звука. Однако небольшая скорость доступа к данным, не дает возможности применять МО диски для задач критичных ко времени. Поэтому МО диски обычно применяются для хранения на них временной или резервной информации. Для МО дисков очень выгодным использованием является резервное копирование жестких дисков или баз данных. В отличие от традиционно применяемых для этих целей стримеров, при хранении резервной информации на МО дисках, существенно увеличивается скорость восстановления данных после сбоя. Это объясняется тем, что МО диски являются устройствами с произвольным доступом, что позволяет быстро восстанавливать данные, в которых обнаружился сбой. Кроме этого при таком способе восстановления нет необходимости полностью останавливать систему до полного восстановления данных. Эти достоинства в сочетании с высокой надежностью хранения информации делают применение МО дисков при резервном копировании выгодным, хотя и более дорогим по сравнению со стримерами. Применение МО дисков, также целесообразно при работе с приватной информацией больших объемов. Легкая сменяемость дисков позволяет использовать их только во время работы, не заботясь об охране компьютера в нерабочее время, данные могут храниться в отдельном, охраняемом месте. Это же свойство делает МО диски незаменимыми в ситуации, когда необходимо перевозить большие объемы с места на место, например, с работы домой и обратно.

В таблице приведена сравнительная характеристика применимости МО дисков для различных классов.

Сменные магнитные диски

В марте 1995г фирма Iomega выпустила накопитель Zip ценой $200, на сменных дисках которого помещается до 100 Мбайт информации и стоят они около $20. Накопитель Zip стал самым недорогим средством для перемещения данных и увеличения объема хранящейся информации. Иногда его даже называют накопителем на гибких дисках следующего поколения. Накопитель Zip работает на 3,5-дюймовых сменных магнитных картриджах и сочетает быстродействие винчестера с удобством дискеты (объем диска - 100 Мбайт, скорость вращения - около 3000 об./мин, время доступа - не более 30 мс). Дисковод может быть подключен к компьютеру через интерфейс SCSI или параллельный порт, причем в последнем случае остается дополнительный “транзитный” выход для принтера. С накопителем поставляется собственное программное обеспечение Zip Tools для резервного копирования данных и каталогизации дисков. Устройство одинаково хорошо работает в разных ОС, будь то DOS, Windows или OS/2. Масса накопителя 450г.

Накопители Jaz - это новое воплощение идеи сменного магнитного диска и эффективный способ неограниченного наращивания дискового пространства ПК. Подключив накопитель Jaz к SCSI-адаптеру, можно получить еще один сменный “жесткий диск” объемом 1 Гбайт. Накопитель Jaz использует магнитные носители и работает по тому же принципу, что и жесткий диск. Время доступа к данным (17 мс) и время поиска (12 мс) устройства Jaz соизмеримы с аналогичными характеристиками современных винчестеров. На копирование 1 Гбайта информации требуется около пяти минут, поэтому дисковод очень удобен для архивирования данных. Один картридж Jaz позволяет сохранять и воспроизводить, например, двухчасовой видеофильм (в формате MPEG-1), восьмичасовую звукозапись высокого качества или 150 цветных фотографий в формате PhotoCD. Подобно накопителю Zip, устройство Jaz поставляется с собственным программным обеспечением Jaz Tools, которое совместимо с Windows, Windows 95, OS/2 и позволяет оптимально использовать дисковое пространство, создавать и каталогизировать многогигобайтовые архивы на нескольких дисках.

Использование программ архивации

Рассмотренные выше средства создания резервных копий данных предполагают прямое копирование информации на носители. При этом архивные копии занимают столько же места, сколько занимают исходные файлы. Это приемлемо, если носитель обладает большим объемом и не требуется экономить место. Но если таких накопителей нет и желательно сэкономить место, занимаемое архивом, то можно воспользоваться стандартным способом - держать архивы на гибких магнитных дисках (дискетах). В этом случае удобно воспользоваться для создания архивных копий специальными программами для архивации файлов. Эти программы позволяет не только сэкономить место на архивных дискетах, но и объединять группы совместно используемых файлов в один архивный файл, что позволяет гораздо легче разбираться в архиве файлов.

Архивный файл представляет собой набор из одного или нескольких файлов, помещенных в сжатом виде в единый файл, из которого их можно при необходимости извлечь в первоначальном виде. Архивный файл содержит оглавление, позволяющее узнать, какие файлы содержатся в архиве, а также код циклического для каждого файла, позволяющего проверить целостность архива.

Существует много программ-архиваторов, имеющих различные показатели по степени и времени сжатия, эти показатели могут быть разными для различных файлов (текстовых, графических, исполняемых и т.д.), то есть один архиватор хорошо сжимает текстовый файл, а другой - исполняемый. Среди самых известных и часто используемых программ выделяются следующие: ARJ, PKZIP, RAR, LHA, HA и др.

Динамическое сжатие данных

Существует программы, в которых сжатие данных реализовано на уровне драйверов. Вместо того чтобы сжимать файлы по отдельности или группами, программа сжимает целиком весь диск. Программа “на лету” упаковывает данные, записываемые на диск, и автоматически распаковывает считываемые с диска. В результате работа программы для пользователя незаметна: после установки программы не приходится выбирать какие именно файлы нужно сжимать. При этом наблюдается небольшое замедление работы при чтении и записи данных на сжатый диск, но оно не сильно ощущается.

Существуют две известные программы, выполняющие данный способ упаковки, это DoubleSpace и Stacker. DoubleSpace входит в поставку MS DOS, начиная с шестой версии, а Stacker поставляется отдельно.

Данные диски лучше создавать на носителях сравнительно большого объема, например, на магнитооптических дисках или на дисках типа Zip, Jaz. На дискетах лучше все же пользоваться обыкновенными архиваторами.

Выводы

Рассмотренные способы и средства резервирования и сохранения данных позволяют быстро создавать архивные копии рабочих файлов и надежно защищать информацию от уничтожения или порчи в различных непредвиденных ситуациях.

Список используемой литературы

1. Журнал “PC Magazine” (Russian Edition) N2 1991

2. Журнал “Мир ПК” N5-6 1995

3. Журнал “Мир ПК” N12 1995

4. Журнал “Мир ПК” N1 1996