Дефрагментатор файловой системы курсовая 2010 по информатике , Дипломная из Информатика

Скачай Дефрагментатор файловой системы курсовая 2010 по информатике и еще Дипломная в формате PDF Информатика только на Docsity! СОДЕРЖАНИЕ ВВЕДЕНИЕ РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ 1.1 Файловая система типа FAT32 1.2 Файловая система типа NTFS 1.3 Популярные утилиты-дефрагментаторы 1.3.1 Программа Windows Disk Defragmente 1.3.2. Дефрагментатор Diskeeper 2009 1.3.3. Утилита UltraDefrag 1.3.4. Программа Auslogics Disk Defrag 1.3.5. Программа O&O Defrag РАЗДЕЛ 2. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМОВ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ 2.1 Алгоритмы 2.1.1 Простая дефрагментация 2.1.2 Дефрагментация свободного места или полная дефрагментация 2.1.3 Дефрагментация часто используемых данных 2.1.4 По дате последнего изменения 2.1.5 Сортировка по имени 2.2 Выбранный алгоритм 2.3 Среда разработки 2.3.1 С++ Bilder 2.3.2 Microsoft Visual Studio 2.3.3 Выбранная среда РАЗДЕЛ 3. РУКОВОДСТВО ПРОГРАММИСТА 3.1 Стандартные функции 3.1.1 Управляющий код FSCTL_GET_VOLUME_BITMAP 3.1.2 Управляющий код FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS 3.1.3 Структура RETRIEVAL_POINTERS_BUFFER 3.1.4 Управляющий код FSCTL_MOVE_FILE 3.1.5 Функция CreateFile 3.1.5 Функция CheckTokenMembership 3.2 Функции, выполняющие дефрагментацию 3.2.1 Функция «file_map» 3.2.2 Функция «volume_map» 3.2.3 Функция «simply_defrag» РАЗДЕЛ 4. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 4.1. Интерфейс программы 4.2 Кнопка «Drive info» 4.3 Кнопка «GO» 4.4 Кнопка «File info» ВЫВОДЫ СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ПРИЛОЖЕНИЯ нагрузку на аппаратную часть компьютера. На сильно фрагментированных областях жесткому диску потребуется затратить гораздо больше времени для записи или считывания файла, чем на мало фрагментируемых областях. Это объясняется тем, что большое количество кластеров занятых конкретным файлом располагаются не последовательно, а, можно сказать, хаотично разбросаны по всему объему винчестера. И именно этот факт заставляет считывающую головку затрачивать лишнее время на поиск очередной части файла. Таким образом, можно сделать вывод, что минимальная фрагментация не только увеличит быстродействие системы, но и увеличит срок службы некоторых устройств. Чтобы избежать фрагментации дискового пространства необходимо проводить процесс дефрагментации. «Дефрагментация — процесс обновления и оптимизации логической структуры раздела диска с целью обеспечить хранение файлов в непрерывной последовательности кластеров. После дефрагментации ускоряется чтение и запись файлов, а следовательно и работа программ. Другое определение дефрагментации: перераспределение файлов на диске, при котором они располагаются в непрерывных областях» [2]. РАЗДЕЛ 1. ОСНОВЫ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ 1.1 Файловая система типа FAT32 FAT32 (от англ. File Allocation Table — «таблица размещения файлов») — это файловая система, разработанная компанией Майкрософт, разновидность FAT. Файловая система поддерживает кластеры с минимальным размером 4 КБ, а также жесткие диски EIDE, объем которых превышает 2 ГБ. Данную систему поддерживают все операционные системы семейства Windows начиная с Windows 95. Файловая система FAT32 содержит следующие возможности, отсутствовавшие в предыдущих версиях файловой системы FAT. • FAT32 поддерживает диски размером до 2 терабайт. • FAT32 более эффективно использует пространство на диске. За счет поддержки кластеров меньшего размера (4 КБ на дисках до 8 ГБ) файловая система FAT32 использует пространство на больших дисках на 10– 15% эффективнее, чем файловые системы FAT и FAT16. • FAT32 более надежна. FAT32 поддерживает изменение места расположения корневой папки и использование резервной копии таблицы размещения файлов (вместо основного экземпляра). Также загрузочная запись на дисках, с файловой системой FAT32, использует резервную копию наиболее важных данных. Таким образом, диски с FAT32 более надежны, чем диски с файловой системой FAT16. • FAT32 более гибка. Корневая папка на диске FAT32 представляет собой стандартную последовательность кластеров и может размещаться в любом месте диска. Отсутствуют ограничения на количество элементов в корневой папке, существовавшие в предыдущих версиях. Кроме того, FAT32 позволяет отключать дублирование основного экземпляра таблицы размещения файлов и использовать второй экземпляр. Эти функции позволяют динамически изменять размер разделов FAT32. Были расширены атрибуты файлов. Теперь возможно теперь хранить время и дату создания, даты модификации и последнего доступа к файлу или каталогу. Но данная файловая система не поддерживает журналирование. Эта технология позволяет записывать все операции производимых с файлами. Журналирование помогает установить тип ошибки, произошедшей при сбое во время работы ОС. Также используется при восстановлении файловой системы. Как следствие отсутствия сведений о изменениях данных после сбоя необходимо проводить полную проверку ФС на наличие логических ошибок. 1.2 Файловая система типа NTFS NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для ОС Windows NT. NTFS заменила применяемую ранее FAT. Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры — единичные блоки данных. NTFS поддерживает различные размеры блоков — минимальные 512 байт до предельно допустимых 64 Кбайт, стандартом, в операционных системах Windows NT, считается кластер размером 4 Кбайт, при таком объеме будет доступна функция сжатия дынных. Файловая система NTFS условно разделена на две части. Первая часть диска будет занята MFT (Master File Table — общая таблица файлов), для ее хранения отводится 12% пространства всего раздела. Это пространство необходимо для хранения метафайла MFT. различные программы, выполняющие этот процесс. На данный момент пользователю доступны десятки различных платных и бесплатных программных продуктов. Каждый из них достоин внимания, но можно выделить наиболее качественные и популярные программы. Однако «лучшего» определить не возможно, и пользователю остается сделать выбор: каким дефрагментатором пользоваться. 1.3.1 Программа Windows Disk Defragmenter Данный дефрагментатор является стандартным средством Windows. Имеет простой интерфейс, графическое отображение состояния диска (Рис. 1.1.). Рис. 1.1. Интерфейс Windows Disk Defragmenter. Он позволяет работать с файловыми системами FAT, FAT32 и NTFS. Дефрагментации подвергается большинство требуемых файлов. Данный продукт имеет множество недостатков, основными, из которых, можно считать: малую производительность, минимальный спектр настроек, наличие 15% свободного дискового пространства для начала процесс дефрагментации. Также программа не объединяет свободное пространство, что в скором времени приведет к более частой фрагментации. Не организована функция автоматической дефрагментации. Из-за плохой работы данную программу не следует использовать для основного средства дефрагментации. 1.3.2 Дефрагментатор Diskeeper 2009 Diskeeper являться популярным пакетом для дефрагментации жесткого диска. Поддерживает файловые системы NTFS, FAT16 и FAT32. Программа способна работать с томами более 1 Тб, большими файлами, сильно фрагментированными файлами, системными файлами, MFT. Для работы дефрагментатора, по заверениям разработчиков, достаточно 1% свободного дискового пространства, но на практике большие файлы попросту пропускаються. К сожалению программа имеет низкую скорость работы, в сравнении с другими решениями. Программа имеет множество настроек, но в тоже время остается простой для использования (Рис. 1.2.). Все функции легко понимаемы, что позволяет быстро начать работу, не затрачивая лишнего времени на поиск необходимой операции. Рис. 1.2. Интерфейс Diskeeper 2009. После проведения Анализа диска пользователю представляют детальнейший отчет о файлах, их расположении, состоянии. Diskeeper может работать в автоматическом режиме и в ручном. В первом случае, благодаря специальной технологии, программа самостоятельно принимает решение относительно процесса дефрагментации и применяемого метода. Также возможно создать расписание дефрагментации. В ручном режиме процесс дефрагментации инициируется пользователем, выбор метода и приоритета также указывает пользователь. Для ручного режима доступно два варианта работы «Quick» и «Recommended». При использовании первого метода обеспечивается высокая скорость работы при малой эффективности. Это объясняется тем, что при работе не производится объединение свободных областей. Режим «Recommended» более длительны, использует больше системных ресурсов. В этом случае производится дефрагментация файлов и частичное объединение свободного пространства диска. Для этого режима возможно использовать автоматическое определения приоритета дефрагментации 1.3.3 Утилита UltraDefrag. Маленький бесплатный дефрагментатор. К основным достоинствам можно отнести открытый программный код, высокую скорость работы, малое потребление системных ресурсов, простой интерфейс. Программа может работать как консольное приложение, так и с графическим интерфейсом. Благодаря консольному режиму организована дефрагментация по расписанию, дефрагментация определенных файлов и папок. Графический режим наглядно отображает карту диска, кластеры изображены блочной системой раскрашенными разными цветами, соответствующим типам файлов и степени фрагментации (Рис. 1.3.). Рис. 1.3. Интерфейс Ultradefrag. Справка. Интерфейс удобный и интуитивно понятен (Рис. 1.5.). Рис. 1.5. Интерфейс O&O Defrag. После окончания анализа и выполнения дефрагментации можно просмотреть удобный детальный отчет. Организовано несколько различных алгоритмов дефрагментации. Это самые распространенные алгоритмы: Скрытая (быстрая) дефрагментация (Stealth), Дефрагментация свободного места (Space), Имя (Complete/Name), Изменен(Complete/Modified), Доступ (Complete/Access). Более детально работу этих методов будет рассмотрено в следующем разделе. РАЗДЕЛ 2. ОПИСАНИЕ АЛГОРИТМОВ ДЕФРАГМЕНТАЦИИ 2.1 Алгоритмы Процесс дефрагментации файла можно разделить на два основных этапа: анализ файла, поиск кластеров этого файла, их расположение, поиск области диска для перемещения фрагментированных данных; непосредственно сама дефрагментация–перемещение кластеров файла в отведенное место, удовлетворяющее его объему. 2.1.1 Простая дефрагментация Данный способ используется наиболее часто и является наиболее простым в реализации, быстрым среди остальных алгоритмов. Проводится сканирование диска в поисках всех кластеров одного файла. После составления карты файла его фрагменты перемещаются в свободное место, в которое может поместиться файл целиком. Таким образом, все файлы, которые не представляют собой непрерывные цепочки кластеров. На первом этапе задается файл, который необходимо дефрагментировать. Далее проводится поиск всех кластеров занимаемым файлом. Если кластеры не образуют нераздельную цепочку – это означает, что файл фрагментирован. На следующем этапе проводится поиск подходящего места для перемещения файла. После успешного выполнения предыдущего шага выполняется перемещение кластеров файла в новое место на диске. Если же место для файла не найдено (особо актуально для больших по объему файлов), то он пропускается и остается фрагментированным. На рисунках 2.1. и 2.2. представлен, в графическом виде, принцип работы алгоритма. На рисунке 2.3. изображены условные обозначения. Рис. 2.5. Дефрагментация свободного места. Рис. 2.6. «Легенда». Преимущества: метод эффективен для сильно фрагментированных дисков. Дефрагментация свободного места предотвращает дальнейшую фрагментацию данных. При проведении дефрагментации пропущенными фрагментированными остается намного меньше файлов, нежели при «простой дефрагментации». Недостатки: процесс занимает длительное время. Требуется много свободного места на диске. Из-за частого перемещения данных увеличивается нагрузка на компьютер, особенно, но жесткий диск. Данный метод не является оптимальным для проведения плановой дефрагментации, или дефрагментации в фоновом режиме. 2.1.3 Дефрагментация часто используемых данных Такой метод размешает файлы на жестком диске согласно с частотой их использования. Такой метод занимает длительный промежуток времени и требует больших ресурсов. Зачастую данный метод применяется на серверных машинах. Для минимальной фрагментации и поддержания высокой производительности следует использовать данный метод регулярно. Проводится обычный процесс дефрагментации файлов. Особенностью данного метода является реорганизация файловой структуры. После завершения дефрагментации файлы сортируются по времени последнего доступа. Файл с наименьшей частотой использования помешается в начало раздела. Часто испытываемые файлы размешаются в конце раздела. В таком случае редко используемые файлы будут дефрагментированны и не возникнет необходимости их перемещать. Данный метод можно отнести к «полной» дефрагментации, так как при сортировке и перемещении данных на жестком диске образуются большие объемы смежных свободных областей. На рисунках 2.7. и 2.8. представлен, в графическом виде, принцип работы алгоритма. На рисунке 2.9. изображены условные обозначения. Рис. 2.7. Область диска до дефрагментации. Рис. 2.8. Дефрагментация часто используемых данных. Рис. 2.9. «Легенда». Преимущества: реорганизация данных повышает производительность на серверных станциях. Полная дефрагментация позволяет объединить большинство свободного места на жестком диске. Недостатки: требуется много свободного дискового пространства для начала процесса дефрагментации. Высокое потребление системных ресурсов. Не универсальность данного типа сортировки. 2.1.4 По дате последнего изменения Данный метод сортирует и размещает данные на диске согласно времени их последнего изменения. Он проводит полную реорганизации структуру размещения файлов на диске. На выполнение полной дефрагментации требуется много времени. Данный метод редко используют на домашних компьютерах или ноутбуках. Его эффективней использовать на серверных машинах. Метод совмещает в себе несколько алгоритмов: быстрой и полной дефрагментации. Первым выполняется обычная дефрагментация файлов. Затем проводится чтение атрибутов файлов и определение их места по завершению работы. Файлы, которые не изменялись длительное время, размещаются в начале раздела. Часто изменяемые файлы записываются в конец раздела, что позволит, в дальнейшем, произвести их быструю дефрагментацию не затрагивая остальных данных. Такой метод будет оптимальным при использовании на файловых серверах, при хранении баз данных. На рисунках 2.10. и 2.11. представлен, в графическом виде, принцип работы алгоритма. На рисунке 2.12. изображены условные обозначения. Рис. 2.10. Область диска до дефрагментации. сортировки и может привести к перемещению не фрагментированных данных, что будет соответствовать полной реструктуризации файловой системы. 2.2 Выбранный алгоритм Для выбора алгоритма было оценено большинство методов. Для достижения высокой скорости работы, и как следствие, малого затраченного времени на проведение операции дефрагментации, программы следует подобрать соответствующий алгоритм. Оптимальным был выбран «простой» метод. Так как он выполняет дефрагментацию без сортировок и изменения файловой структуры, эффективен для большинства файлов, легок в реализации - это делает его лидером среди остальных алгоритмов. Для пользователя дефрагментация с помощью такого алгоритма позволит быстро соединить все фрагменты файла, не затрачивая большого количество системных ресурсов. Использование такого метода позволит быстро и удобно выполнять дефрагментацию часто фрагментированных файлов. Пользователь может указать необходимые для дефрагментации файлы, что позволит не затрагивать остальные файлы. 2.3 Среда разработки 2.3.1 С++ Bilder Пятая версия продукта Borland C++ Builder , вышедшая в начале 2000 года, является достаточно популярной визуальной средой разработки на С++ для Windows. В состав среды входит множество различных компонентов и библиотек. Среда разработки имеет удобный редактор форм. Это позволяет создавать визуальные приложения с интерфейсами любой сложности. Редактор кода достаточно прост, но при написании большого кода программы навигация становится более трудной. К сожалению компилятор и отладчик в Bilder на выполнены на достаточном уровне. Откомпилированная программа занимает, относительно, много пространства на диске, и скорость работы приложения не максимальна. Язык программирования для данной среды является Object Pascal, но так же допускается использование в коде языка С. Такая мультиязычность кода приводит к потеряв быстродействия программы и усложнением работы над проектом. 2.3.2 Microsoft Visual Studio Является универсальной средой разработки. Включает в себя Visual Basic .NET (Visual Basic), Visual C++,Visual C#. Имеет различные редакции, одна из которых бесплатна, в некоторые входят также Microsoft SQL Server либо Microsoft SQL Server Express. Среда разработки имеет хороший и удобный редактор кода. Для облегчения работы программиста код подсвечен разными цветами, на каждую стандартную функцию можно получить справку. Однако количество доступных компонентов намного меньше чем для С++ Bilder 5.0. Существует большая библиотека справочной информации Microsoft Developer Network (MSDN), что значительно помогает при изучении языка и создании приложений. Компилятор в Visual Studio создает приложения достаточно малого размера и скорость выполнения в связке с языком С++ предельно высокая. 2.3.3 Выбранная среда Для написания программы был выбран язык программирования высокого уровня C++. Язык является C подобным, имеет небольшие отличия, которые значительно улучшают качество кода. Этот язык имеет множество библиотек, большое количество готовых функций, имеет множество возможностей, написание кода занимает значительно меньше времени, в сравнении с другими языками. Однако разработка приложения может занять более длительное время, нежели при использовании других языков. В виду сложности языка на его изучение требуется, относительно, много времени. В качестве среды разработки была выбрана Microsoft Visual Studio 2005. Данная среда разработки является универсальной, так, как она поддерживает несколько языков программирования. В VS2005 встроен достаточно хороший компилятор, имеет удобный редактор кода и редактор графического интерфейса, обладает хорошим отладчиком. FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS Далее рассмотрим параметры входящие в структуру: ExtentCount. Число элементов в массив. StartingVcn. Начальный VCN возвращенный вызываемой функцией. Это не обязательно VCN возвращенный вызываемой функцией, так как драйвер файловой системы может округлить первый VCN до области, которую запрашивал начальный VCN. NextVcn. VCN на котором начинается следующая область. Это значение отнять либо StartingVcn, либо NextVcn предыдущего члена массива равно длине, в кластерах, текущей экстенте. Длинна является входным параметром для функции FSCTL_MOVE_FILE. Lcn. VCN на котором начинается текущая экстента на томе. Эта переменная является входным параметров для FSCTL_MOVE_FILE. Для NTFS значение (LONGLONG) -1 указывает либо сжатие, либо нераспределенный регион рассеянных файлов. 3.1.4 Управляющий код FSCTL_MOVE_FILE Используется для перемещения каждого кластера в последовательности обхода структуры. Перемещает виртуальные кластеры файла из одного логического кластера в другой, в пределах раздела. Если другой процесс что- то записывает на диск или в файл, необходимо обновить битовую карту и структуру. Если операция завершена успешно DeviceIoControl возвращает не нулевое значение. Нуль возвращается в случае ошибки выполнения, ее можно узнать, используя GetLastError. При ошибке перемещения некоторые кластеры все же могут быть перемещены, в таком случае необходимо обновить битовую карту и установить новые указатели. 3.1.5 Функция CreateFile Функция CreateFile создает или открывает каталог, физический диск, том, буфер консоли (CONIN$ или CONOUT$), устройство на магнитной ленте, коммуникационный ресурс, почтовый слот или именованный канал. Функция возвращает дескриптор, который может быть использован для доступа к объекту. Если функция завершается успешно, возвращаемое значение - открытый дескриптор заданного файла. Если заданный файл существовал до вызова функции, а параметр dwCreationDisposition установлен в CREATE_ALWAYS или OPEN_ALWAYS, вызов GetLastError возвращает значение ERROR_ALREADY_EXISTS (даже при том, что функция завершилась успешно). Если файл не существовал перед вызовом функции, функция GetLastError возвращает нуль. Если функция завершается с ошибкой, возвращаемое значение - INVALID_HANDLE_VALUE. Чтобы получать дополнительные сведения об ошибке, вызовите GetLastError. 3.1.6 Функция CheckTokenMembership Данная функция определяет, является ли определенный идентификатор безопасности, определителем доступа. Функция имеет три параметра: хендел токена, идентификатор безопасности, булево значение для вывода результата. С помощью данной функции можно определить обладает ли текущий пользователь правами администратора, что необходимо для выполнения дефрагментации файлов. Функция IsUserAdmin выполняет проверку прав пользователя. Для этого необходимо получить идентификатор безопасности (SID) с помощью функции AllocateAndInitializeSid, с параметрами SECURITY_BUILTIN_DOMAIN_RID и DOMAIN_ALIAS_RID_ADMINS (отвечают за принадлежность к группе администраторов), которая инициализирует идентификатор. Далее, используя CheckTokenMembership, определяется права пользователя. 3.2 Функции, выполняющие дефрагментацию Далее описана работа функций, которые реализованы в разработанной программе. Эти функции обеспечивают процесс дефрагментации. 3.2.1 Функция «file_map» Функция получает битовую карту файла. Путь к файлу является входящим параметром FileName. В этой функции задействована стандартная функция DeviceIoControl с управляющим кодом FSCTL_GET_RETRIEVAL_POINTERS. Для работы с файлом на начала следует его открыть используя функцию «CreateFile», с флагами чтения, записи, удаления, это необходимо для обеспечения полных прав на данный файл. Далее требуется определить размер кластера, что становится возможно после использования функции «GetDiskFreeSpace», входящим параметром является бува дска, выходными – количество секторов на кластер и количество байт на сектор, остальные параметры нам не потребуются. Следующим шагом является заполнения структуры. Для этого используется «DeviceIoControl». OutBuf описывает битовую карту файла, который следует дефрагментировать. Битовая карта используется в функции volume_map. Структура содержит количество фрагментов файла, значения VCN, LCN, порядок кластеров. Вся необходимая информация о файле, расположении его клавстеров на простраснтве диска, их порядок хранится в OutBuf. Результатом функции «file_map» является РАЗДЕЛ 4. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ 4.1 Интерфейс программы Программа имеет удобный и интуитивно понятный интерфейс (Рис. 4.1.). На форме расположено три кнопки: «Drive info», «GO», «File info». Выпадающее меню выбора диска, расположена под кнопкой «Drive info», служит для получения информации о диске. Большую часть окна занимает поле для вывода информации. Рис. 4.1. Вид главного окна программы. 4.2 Кнопка «Drive info» При нажатии на кнопку в поле вывода будет занесена информация о выбранном диске. Выбор локального диска осуществляется с помощью, расположенного ниже, выпадающего меню. В поле вывода будет представлена информация о количестве секторов на кластер, количестве байт на сектор, количество свободных кластеров, общем количестве кластеров, размере кластера в килобайтах (Рис. 4.2.). Рис. 4.2. Информация о диске. 4.3 Кнопка «GO» Нажатие кнопки осуществляет дефрагментацию выбранных файлов. При нажатии на кнопку открывается окно выбора файла. После выбора файла осуществляется дефрагментация файла. Также пользователю доступна возможность осуществить выбор нескольких файлов, которые необходимо дефрагментировать. Когда процесс дефрагментации завершится, программа выводит информацию о выполненной работе. Представленная информация состоит из строк: путь к файлу, количество фрагментов файла, сообщение о завершении дефрагментации и затраченное время (Рис. 4.3.). Рис. 4.3. Информация представленная после дефрагметации. 4.4 Кнопка «File info» Данная кнопка позволит пользователю просмотреть информацию о интересующем файле или группе файлов. После выбора объекта будет выведена информация о расположении файла на диске, размер файла в килобайтах, количество фрагментов файла, количество занимаемых кластеров на диске (Рис. 4.4.). Эта информация позволит оценить степень фрагментации файла и необходимость его дефрагментации. Если количество фрагментов будет больше одного, то следует произвести дефрагментацию данного файла.