Кластеризация — суть технологии в накопителях

Здравствуйте мои дорогие читатели, пожелавшие освоить азы компьютерной грамотности. В этой небольшой статье я расскажу вам, что такое размер кластера. Безусловно, поговорим и о нем самом. Но именно нюансы, связанные с вместимостью данного объекта дадут нам более полное понимание и других процессов, в которых он активно участвует.

Зачем нужен кластер

Начнем с того, что в нашем случае понятие кластер применяется исключительно к носителям цифровой информации, используемых в компьютерах. Это могут быть жесткие диски HDD или SSD, а так же флеш накопители USB или SD карты. Чтобы программные команды по считыванию данных, передаваемые процессору и впоследствии памяти, были максимально корректными и понятными, при их выполнении указывается точное место, где эти файлы расположены.

Чтобы каждый раз не придумывать новое описание для местоположения информации, проще размещать ее в нескольких специально выделенных ячейках, каждая из которых уже имеет свой адрес. Визуально представить их гораздо проще, когда мы взглянем на физические диски винчестера, которые, по сути, размечаются на несколько кольцевых секторов. При этом существенно упрощается и алгоритм механического перемещения считывающей головки в строго фиксированные позиции.

Вот такая ячейка со строго определенным адресом называется кластером, и теперь мы поговорим о его размере. Поскольку он используется для хранения информации, то вполне логично, что и здесь используется соответствующая единица измерения – байт. Соответственно размер кластера – это его вместимость, или объем.

Как определяется размер кластера

Перед тем как с чистого листа начать работу с жестким диском или флешкой необходимо произвести форматирование. Если вы считаете что это всего лишь полная очистка с удалением содержимого, то ошибаетесь.

Такая процедура в первую очередь связана с разметкой памяти и разделением ее на кластеры для конкретной файловой системы. Это так же осуществляется не произвольно: мы говорили о секторах на диске, так вот ранее выпускаемых моделях размер одного составлял 512 байт и их в одном кластере может быть несколько (число, кратное степени 2). Например, система FAT 32 позволяет отдавать под кластер до 64 секторов, что соответствует 32Мб. Но на флешку с таким форматированием вы не запишите файл объемом более 4Гб.

Сейчас активно используются более совершенные файловые системы NTFS или exFAT, возможности которых позволяют работать с объемными файлами и хранилищами информации. На современных дисках емкостью в несколько терабайт используется новая разметка секторов Advanced Format, в которых 1 сектор занимает уже 4Кб. Соответственно и размер кластера будет кратен этой величине.

Здесь мы можем наблюдать интересный момент, позволяющий уловить разницу между программным и физическим размером кластера. Дело в том, что к каждому сектору прилагаются служебные метки и ECC-данные под которые так же выделяется место на диске, которое не может быть использовано для непосредственной записи файлов. И чем больше секторов, тем коэффициент полезного места меньше. Поэтому выгоднее иметь сектора большего объема, и это отлично иллюстрирует данное схематическое сравнение разных структур кластера:

Такой способ распределения секторов позволяет существенно увеличивать емкость жестких дисков и, соответственно снизить условную себестоимость 1 Тб памяти.

Алгоритм использования кластеров

Помимо вышеописанной технологии на эффективность использования места для хранения информации влияет и сам размер кластера. Имеете в виду, что в один кластер нельзя поместить содержимое разных файлов, ведь это вызовет путаницу при их считывании. Поэтому выполняется такой алгоритм записи:

• определяется размер файла и оптимальное место для его размещения (свободное пространство, желательно расположенных вместе кластеров, максимально близкое по объему);
• производится запись. Например, для файла объема 112 Мб и потребуется 4 кластера размером 32 Мб и соответственно 128 Мб дискового пространства (один задействованный кластер будет заполнен только на половину);

• если необходимо сохранить файл 300 Мб, а на HDD свободно только 200 Мб и мы можем удалить ненужный документ объемом 150 Мб, то при записи будут задействованы кластеры, расположенные в разных местах диска.

При многократном записывании-стирании информации последнее обстоятельство приводит к тому, что все файлы будут разбросаны по отдельно расположенным кластерам, и это будет существенно тормозить работу компьютера. Для упорядочения данных на носителе производится его дефрагментация, и это еще один процесс, который прямо связан с кластерами и косвенно, с их размером.

Теперь, дорогие мои читатели я считаю свою миссию выполненной. Вы узнали, что такое размер кластера, как определяется данный параметр, что влияет на него и на какие процессы влияет он. Поэтому, выбирая параметры кластеризации при форматировании, стоит учитывать многие факторы.

Как это сделать я расскажу в другой статье, а в этой я буду прощаться с вами. Удачи, до новых встреч.