По вашему запросу ничего не найдено :(
Убедитесь, что запрос написан правильно, или посмотрите другие
наши статьи:
Linux поддерживает множество файловых систем, таких как ext4, ZFS, XFS, Btrfs, Reiser4 и другие.
Различные типы файловых систем решают разные проблемы, и их использование зависит от приложения.
Что такое файловая система Linux
Почти каждый бит данных и программ, необходимых для загрузки системы Linux и поддержания ее работы, сохраняется в файловой системе. Например, сама операционная система, компиляторы, прикладные программы, разделяемые библиотеки, файлы конфигурации, файлы журналов, точки монтирования мультимедиа и т.д.
Файловые системы работают в фоновом режиме. Как и остальная часть ядра операционной системы, они практически невидимы при повседневном использовании.
Файловая система Linux обычно представляет собой встроенный уровень операционной системы Linux, используемый для управления данными хранилища. Он контролирует, как данные хранятся и извлекаются. Он управляет именем файла, размером файла, датой создания и другой информацией о файле.
Файловая система ext4
В 1992 году была запущена файловая Extended File System или ext специально для операционной системы Linux. Она уходит своими корнями в операционную систему Minix. В 1993 году было выпущено обновление под названием Extended File System 2 или ext2, которое в течение многих лет было файловой системой по умолчанию во многих дистрибутивах Linux. К 2001 году ext2 была обновлена до ext3, которая ввела журналирование для защиты от повреждений в случае сбоев или сбоев питания.
Ext4 была представлена в 2008 году и является файловой системой Linux по умолчанию с 2010 года. Она была разработана как прогрессивная версия файловой системы ext3 и преодолевает ряд ограничений в ext3. Она имеет значительные преимущества перед своим предшественником, такие как улучшенный дизайн, лучшая производительность, надежность и новые функции.
В настоящее время ext4 является файловой системой по умолчанию в большинстве дистрибутивов Linux. Она может поддерживать файлы и файловые системы размером до 16 терабайт. Она также поддерживает неограниченное количество подкаталогов (файловая система ext3 поддерживает только до 32 000). Кроме того, ext4 обратно совместима с ext3 и ext2, что позволяет монтировать эти старые версии с драйвером ext4.
Есть причина, по которой ext4 является выбором по умолчанию для большинства дистрибутивов Linux. Она опробована, протестирована, стабильна, отлично работает и широко поддерживается. Если вам нужна стабильность, ext4 - лучшая файловая система Linux для вас.
Однако несмотря на все свои функции, ext4 не поддерживает прозрачное сжатие, прозрачное шифрование или дедупликацию данных.
Файловая система XFS
XFS - это высокомасштабируемая файловая система, разработанная Silicon Graphics и впервые развернутая в операционной системе IRIX на базе Unix в 1994 году. Это файловая система с журналированием которая отслеживает изменения в журнале перед фиксацией изменений в основной файловой системе. Преимущество заключается в гарантированной целостности файловой системы и ускоренном восстановлении в случае сбоев питания или сбоев системы.
Первоначально XFS была создана для поддержки чрезвычайно больших файловых систем с размерами до 16 эксабайт и размером файлов до 8 эксабайт. Она имеет долгую историю работы на больших серверах и массивах хранения.
Одной из примечательных особенностей XFS является гарантированная скорость ввода-вывода. Это позволяет приложениям зарезервировать пропускную способность. Файловая система рассчитывает доступную производительность и корректирует свою работу в соответствии с существующими резервированиями.
XFS имеет репутацию системы, работающей в средах, требующих высокой производительности и масштабируемости, и поэтому регулярно оценивается как одна из самых производительных файловых систем в больших системах с корпоративными рабочими нагрузками.
Сегодня XFS поддерживается большинством дистрибутивов Linux и теперь стала файловой системой по умолчанию в Red Hat Enterprise Linux, Oracle Linux, CentOS и многих других дистрибутивах.
Лучшие варианты использования файловой системы XFS
У вас большой сервер? У вас большие требования к хранилищу или у вас есть локальный медленный диск SATA?
Если и ваш сервер, и ваше устройство хранения большие и нет необходимости уменьшать размер файловой системы, XFS, вероятно, будет лучшим выбором. XFS - отличная файловая система, которая хорошо масштабируется для больших серверов. Но даже с меньшими массивами хранения XFS работает очень хорошо, когда средние размеры файлов велики, например, размером в сотни мегабайт.
Файловая система btrfs
Btrfs - это файловая система Linux общего назначения нового поколения, которая предлагает уникальные функции, такие как расширенное интегрированное управление устройствами, масштабируемость и надежность. Он распространяется под лицензией GPL и открыт для внесения вклада кем угодно. Для файловой системы используются разные имена, в том числе «Butter FS», «B-tree FS» и «Better FS».
Разработка Btrfs началась в Oracle в 2007 году. Она была объединена с основным ядром Linux в начале 2009 года и дебютировала в версии Linux 2.6.29.
Btrfs не является преемником файловой системы ext4 по умолчанию, используемой в большинстве дистрибутивов Linux, но предлагает лучшую масштабируемость и надежность. Btrfs - это файловая система с копированием при записи (Copy-on-Write - CoW), предназначенная для устранения различных недостатков в текущих файловых системах Linux. Основное внимание уделяется отказоустойчивости, самовосстановлению и простоте администрирования.
Btrfs может поддерживать до 16 эксбибайт раздела и файл того же размера. Если вас смущают цифры, все, что вам нужно знать, это то, что Btrfs может поддерживать до шестнадцати раз больше данных Ext4.
Как работает Copy-on-Write и зачем вам это нужно
В традиционной файловой системе при изменении файла данные считываются, изменяются, а затем записываются обратно в то же место. В файловой системе с копией при записи он считывает данные, изменяет их и записывает в новое место. Это предотвращает потерю данных во время транзакции чтения-изменения-записи, поскольку данные всегда находятся на диске.
Поскольку вы не «перенаправляете» до тех пор, пока новый блок не будет полностью записан, если пропадет питание или выйдет из строя в середине записи, вы получите либо старый блок, либо новый блок, но не наполовину записанный поврежденный блокировать. Таким образом, вам не нужно проверять файловые системы при запуске, и вы снижаете риск повреждения данных.
Вы можете сделать снимок файловой системы в любой момент, создав запись снимка в метаданных с текущим набором указателей. Это защищает старые блоки от последующего сбора мусора и позволяет файловой системе представить том в том виде, в котором он был во время моментального снимка. Другими словами, у вас есть возможность мгновенного отката. Вы даже можете клонировать этот том, чтобы сделать его доступным для записи на основе снимка.
Особенности Btrfs
Copy-on-Write и создание снепшотов - Сделайте инкрементное резервное копирование безболезненным даже из файловой системы в процессе работы или виртуальной машины (VM).
Контрольные суммы на уровне файла - метаданные для каждого файла включают контрольную сумму, которая используется для обнаружения и исправления ошибок.
Сжатие - файлы можно сжимать и распаковывать "на лету", что увеличивает скорость чтения.
Автоматическая дефрагментация - файловые системы настраиваются фоновым потоком, пока они используются.
Подтомы - файловые системы могут совместно использовать единый пул пространства вместо того, чтобы помещаться в свои собственные разделы.
RAID - Btrfs выполняет свои собственные реализации RAID, поэтому LVM или mdadm не требуются для наличия RAID. В настоящее время поддерживаются RAID 0, 1 и 10. RAID 5 и 6 считаются нестабильными.
Разделы необязательны - хотя Btrfs может работать с разделами, он может напрямую использовать необработанные устройства (/dev/<device>).
Дедупликация данных - поддержка дедупликации данных ограничена; однако дедупликация со временем станет стандартной функцией Btrfs. Это позволяет Btrfs экономить место, сравнивая файлы через двоичные файлы diff.
Хотя это правда, что Btrfs все еще считается экспериментальным и в настоящее время находится в активной разработке, время, когда Btrfs станет файловой системой по умолчанию для систем Linux, приближается. Некоторые дистрибутивы Linux уже начали переходить на него в своих текущих выпусках.
Файловая система ZFS
ZFS (Zettabyte File System) остается одной из наиболее технически продвинутых и полнофункциональных файловых систем с момента ее появления в октябре 2005 года. Это локальная файловая система (например, ext4) и менеджер логических томов (например, LVM), созданные Sun Microsystems. ZFS публиковалась под лицензией с открытым исходным кодом, пока Oracle не купила Sun Microsystems и не закрыла лицензию.
Вы можете думать о ZFS как о диспетчере томов и как о RAID-массиве одновременно, что позволяет добавлять дополнительные диски к вашему тому ZFS, что позволяет одновременно добавить дополнительное пространство в вашу файловую систему. В дополнение к этому ZFS обладает некоторыми другими функциями, которых нет в традиционных RAID.
ZFS сильно зависит от памяти, поэтому для запуска вам потребуется не менее 8 ГБ. На практике используйте столько, сколько можете получить в соответствии с вашим аппаратным обеспечением или бюджетом.
ZFS обычно используется сборщиками данных, пользователями NAS и другими гиками, которые предпочитают полагаться на собственную избыточную систему хранения, а не на облако. Это отличная файловая система для управления несколькими дисками с данными, которая может соперничать с некоторыми из лучших конфигураций RAID.
ZFS похожа на другие подходы к управлению хранилищем, но в некотором смысле радикально отличается. ZFS обычно не использует Linux Logical Volume Manager (LVM) или разделы диска, и обычно удобно удалять разделы и структуры LVM перед подготовкой носителя для zpool.
Zpool - это аналог LVM. Zpool охватывает одно или несколько устройств хранения, а члены zpool могут быть нескольких различных типов. Основные элементы хранения - одиночные устройства, зеркала и raidz. Все эти элементы хранения называются vdevs.
ZFS может обеспечить целостность хранилища намного лучше, чем любой RAID-контроллер, поскольку он досконально знает структуру файловой системы. Безопасность данных - важная особенность конструкции ZFS. Все блоки, записанные в zpool, тщательно проверяются контрольной суммой для обеспечения согласованности и правильности данных.
Для использования на сервере, где вы хотите почти полностью исключить любую возможность потери данных и стабильности, вы можете изучить ZFS.
Возможности ZFS
Бесконечная масштабируемость. Что ж, технически она не бесконечна, но это 128-битная файловая система, способная управлять зеттабайтами (одним миллиардом терабайт) данных. Поэтому независимо от того, сколько у вас места на жестком диске, ZFS подойдет для управления им.
Максимальная целостность. Все, что вы делаете внутри ZFS, использует контрольную сумму для обеспечения целостности файла. Вы можете быть уверены, что ваши файлы и их резервные копии не испытают скрытого повреждения данных. Кроме того, пока ZFS незаметно проверяет целостность ваших данных, она будет выполнять автоматическое восстановление в любое время.
Объединение дисков. Создатели ZFS хотят, чтобы вы думали об этом как о том, как ваш компьютер использует оперативную память. Когда вам нужно больше памяти на вашем компьютере, вы вставляете другую карту, и все готово. Точно так же с ZFS, когда вам нужно больше места на жестком диске, вы вставляете другой жесткий диск, и все готово. Не нужно тратить время на разбиение на разделы, форматирование, инициализацию или что-то еще с вашими дисками. Если вам нужен «пул» хранилища большего размера, просто добавьте диски.
RAID. ZFS поддерживает множество различных уровней RAID, обеспечивая при этом производительность, сравнимую с производительностью аппаратных RAID-контроллеров. Это позволяет сэкономить деньги, упростить настройку и получить доступ к превосходным уровням RAID, которые были улучшены в ZFS.
Файловая система Reiser4
ReiserFS - это файловая система общего назначения с журналированием, первоначально разработанная и реализованная командой Namesys во главе с Хансом Райзером. Представленная в версии 2.4.1 ядра Linux, это была первая файловая система с журналированием, включенная в стандартное ядро.
За исключением обновлений безопасности и исправлений критических ошибок, Namesys прекратила разработку ReiserFS. Reiser4 является преемницей файловой системы ReiserFS. Добавилось шифрование, улучшил производительность и многое другое.
Reiser4 обеспечивает наиболее эффективное использование дискового пространства среди всех файловых систем во всех сценариях и рабочих нагрузках. ReiserFS предлагает преимущества перед другими файловыми системами, особенно когда дело доходит до обработки большого количества небольших файлов. Она поддерживает ведение журнала для быстрого восстановления в случае возникновения проблем. Структура файловой системы основана на деревьях. Кроме того, Reiser4 потребляет немного больше ресурсов ЦП, чем другие файловые системы.
Reiser4 обладает уникальной способностью оптимизировать дисковое пространство, занимаемое небольшими файлами (менее одного блока). Они полностью хранятся в своем индексном дескрипторе, без выделения блоков в области данных.
Помимо реализации традиционных функций файловой системы Linux, reiser4 предоставляет пользователям ряд дополнительных возможностей: прозрачное сжатие и шифрование файлов, полное ведение журнала данных, а также практически неограниченную (с помощью архитектуры подключаемых модулей) расширяемость.
Однако в настоящее время нет поддержки прямого ввода-вывода (началась работа по реализации), квот и POSIX ACL.
В данной статье рассматривается вопросы настройки и использования командной оболочки.
Вопросы:
Установка переменных во время входа в систему или при запуске оболочки.
Написание bash-сценариев для часто используемых цепочек команд.
Управление структурой каталогов для новых пользователей.
Настройка корректных путей поиска команд.
Командная оболочка в Unix системах называется Shell – это командный интерпретатор, который используется во всех Unix подобных операционных системах. Оболочек огромное количество. Одной из основных оболочек является оболочка BASH или Bourne-again-shell (Еще одна оболочка Борна). Данная оболочка самая распространенная оболочка Unix, которая используется по умолчанию практически во всех дистрибутивах Linux. Все, о чем будет написано далее справедливо для большинства дистрибутивов Linux. Есть небольшой нюанс с Ubuntu.
Есть вот такая картинка по профилям. Значок ~ в данном случае означает домашнюю папку пользователя по умолчанию. Например, /home/john.
Существует папка /etc/profile в ней лежат настройки глобального профиля. Такой профиль, который будет применяться для всех пользователей на данной машине, которые запускают командную оболочку. Функционал у него достаточно большой, но в первую очередь он грузит все что есть в /etc/profile.d и настройки глобального пользователя /etc/bash.bashrc и /etc/bashrc. Получается так, что ищется файл bash.bashrc или bashrc файлы, т.к в разных дистрибутивах разные файлы и грузит то, что он нашел. В документации по Linux написано, если запускается инициализационный скрипт при входе в систему, т.е пользователь заходит в систему, то отрабатывает левая часть картинки, если запускается оболочка вне контекста пользователя, то правая часть.
Если пользователь залогинился в систему, то помимо того, что отрабатывает папка /etc/profile.d начинается проверка в домашнем каталоге пользователя наличие файлов ~/.bash_profile, ~/.bash_login, ~/.profile. В разных дистрибутивах по-разному называется локальный профиль пользователя. В Ubuntu файл ~/.profile просто ссылит на ~/.bashrc, который так же лежит в домашней папке пользователя. Т.е у нас по порядку инициализационный скрипт ищет, как указанно в левой части картинки. Точкой у Ubuntu обозначаются скрытые файлы.
Вот этот файл ~/.bashrc – это настройки конкретного пользователя, настройки оболочки. Файл /etc/bashrc – это настройки глобального пользователя, настройки для всех пользователей.
Суть процесса: оболочка bash используется, как интерактивная оболочка входа в систему. Данная оболочка вызывает команды из файла /etc/profile, если он существует. Далее она по порядку начинает обрабатывать файлы ~/.bash_profile, ~/.bash_login, ~/.profile. И еще есть такой файл в home директории ~/.bash_logout – он отрабатывает при выходе из системы, что следует из его названия.
Есть второй сценарий, использование интерактивной оболочки bash, без входа в систему, то читаются файлы /etc/bash.bashrc и /etc/bashrc.
Мы можем посмотреть, что происходит при запуске оболочки. Для начала найдем файл /etc/profile.
Из картинки мы видим, что данный файл грузит /etc/bash.bashrc, в некоторых дистрибутивах это просто /etc/bashrc. И затем он выполняет из папки /etc/profile.d/*.sh, т.е все скрипты. Об этом можно прочитать в комментарии, всего два действия.
Посмотрим файл cat /etc/bash.bashrc.
Данный файл определяет поведение командной строки, он определяет глобальный профиль пользователей. Все, что в нем указанно справедливо для всех пользователей. Данный файл запускает различные псевдонимы и глобальные функции, различные настройки.
В каталоге /etc, есть папка profile.d, в ней могут находиться различные скрипты и они будут запускаться.
Теперь посмотрим, что у нас в домашней папке, в ней лежат настройки конкретного пользователя, который работает в оболочке. Переходим в домашнюю директорию cd ~, смотрим какие файлы там находятся.
Смотрим очередность запуска файлов и видим, что следующий файл, который запустится, будет ~/.profile. он содержит настройки конкретного пользователя. Посмотрим, что в нем есть cat ~/.profile.
В нем несколько переменных и он ссылит на файл ~/.bashrc. Это особенность Ubuntu. И в файле ~/.bashrc хранятся все настройки.
Он достаточно большой. В нем пишутся настройки истории, как происходит обновление, псевдонимы, цветовые настройки.
Можно посмотреть файл ~/.bash_logout.
В данном файле нет ничего особенного, просто, когда кто-то выходит экран в целях безопасности очищается.
Посмотрим, как создается структура каталогов для новых пользователей. Есть такая папка в /etc/skel/. Если мы туда перейдем и посмотрим, что в ней находиться.
Как вы видите в папке есть несколько файлов. В ней содержится все, то что будет добавляться в домашнюю папку нового пользователя. Если мы хотим пользователю, что-то добавить в его домашнюю папку, мы можем создать в данной папке файл или директорию. И у всех новых пользователей данные папки или файлы будут появляться.
Девятая часть тут.
Ни одна среда передачи данных не может считаться совершенной. Если среда передачи является общей, как радиочастота (RF), существует возможность возникновения помех или даже столкновений дейтаграмм. Это когда несколько отправителей пытаются передать информацию одновременно. Результатом является искаженное сообщение, которое не может быть понято предполагаемым получателем. Даже специализированная среда, такая как подводный оптический кабель типа point-to-point (световолновой), может испытывать ошибки из—за деградации кабеля или точечных событий-даже, казалось бы, безумных событий, таких как солнечные вспышки, вызывающие излучение, которое, в свою очередь, мешает передаче данных по медному кабелю.
Существует два ключевых вопроса, на которые сетевой транспорт должен ответить в области ошибок:
Как можно обнаружить ошибки при передаче данных?
Что должна делать сеть с ошибками при передаче данных?
Далее рассматриваются некоторые из возможных ответов на эти вопросы.
Обнаружение ошибок
Первый шаг в работе с ошибками, независимо от того, вызваны ли они отказом носителя передачи, повреждением памяти в коммутационном устройстве вдоль пути или любой другой причиной, заключается в обнаружении ошибки. Проблема, конечно, в том, что когда получатель изучает данные, которые он получает, нет ничего, с чем можно было бы сравнить эти данные, чтобы обнаружить ошибку.
Проверка четности — это самый простой механизм обнаружения. Существуют два взаимодополняющих алгоритма проверки четности. При четной проверке четности к каждому блоку данных добавляется один дополнительный бит. Если сумма битов в блоке данных четная—то есть если в блоке данных имеется четное число битов 1, то дополнительный бит устанавливается равным 0. Это сохраняет четное состояние четности блока. Если сумма битов нечетна, то дополнительный бит устанавливается равным 1, что переводит весь блок в состояние четной четности. Нечетная четность использует ту же самую дополнительную битную стратегию, но она требует, чтобы блок имел нечетную четность (нечетное число 1 бит). В качестве примера вычислите четную и нечетную четность для этих четырех октетов данных:
00110011 00111000 00110101 00110001
Простой подсчет цифр показывает, что в этих данных есть 14 «1» и 18 «0». Чтобы обеспечить обнаружение ошибок с помощью проверки четности, вы добавляете один бит к данным, либо делая общее число «1» в недавно увеличенном наборе битов четным для четной четности, либо нечетным для нечетной четности. Например, если вы хотите добавить четный бит четности в этом случае, дополнительный бит должен быть установлен в «0». Это происходит потому, что число «1» уже является четным числом. Установка дополнительного бита четности на «0» не добавит еще один «1» и, следовательно, не изменит, является ли общее число «1» четным или нечетным. Таким образом, для четной четности конечный набор битов равен:
00110011 00111000 00110101 00110001 0
С другой стороны, если вы хотите добавить один бит нечетной четности к этому набору битов, вам нужно будет сделать дополнительный бит четности «1», так что теперь есть 15 «1», а не 14. Для нечетной четности конечный набор битов равен:
00110011 00111000 00110101 00110001 1
Чтобы проверить, были ли данные повреждены или изменены при передаче, получатель может просто отметить, используется ли четная или нечетная четность, добавить число «1» и отбросить бит четности. Если число «1» не соответствует используемому виду четности (четное или нечетное), данные повреждены; в противном случае данные кажутся такими же, как и первоначально переданные.
Этот новый бит, конечно, передается вместе с оригинальными битами. Что произойдет, если сам бит четности каким-то образом поврежден? Это на самом деле нормально - предположим, что даже проверка четности на месте, и передатчик посылает
00110011 00111000 00110101 00110001 0
Приемник, однако, получает
00110011 00111000 00110101 00110001 1
Сам бит четности был изменен с 0 на 1. Приемник будет считать «1», определяя, что их 15. Поскольку даже проверка четности используется, полученные данные будут помечены как имеющие ошибку, даже если это не так. Проверка на четность потенциально слишком чувствительна к сбоям, но в случае обнаружения ошибок лучше ошибиться в начале.
Есть одна проблема с проверкой четности: она может обнаружить только один бит в передаваемом сигнале. Например, если даже четность используется, и передатчик отправляет
00110011 00111000 00110101 00110001 0
Приемник, однако, получает
00110010 00111000 00110101 00110000 0
Приемник подсчитает число «1» и обнаружит, что оно равно 12. Поскольку система использует четную четность, приемник будет считать данные правильными и обработает их в обычном режиме. Однако оба бита, выделенные жирным шрифтом, были повреждены. Если изменяется четное число битов в любой комбинации, проверка четности не может обнаружить изменение; только когда изменение включает нечетное число битов, проверка четности может обнаружить изменение данных.
Циклическая проверка избыточности (Cyclic Redundancy Check - CRC) может обнаруживать более широкий диапазон изменений в передаваемых данных, используя деление (а не сложение) в циклах по всему набору данных, по одной небольшой части за раз. Работа с примером - лучший способ понять, как рассчитывается CRC. Расчет CRC начинается с полинома, как показано на рисунке 1.
На рис. 1 трехчленный многочлен x3 + x2 + 1 расширен, чтобы включить все члены, включая члены, предшествующие 0 (и, следовательно, не влияют на результат вычисления независимо от значения x). Затем эти четыре коэффициента используются в качестве двоичного калькулятора, который будет использоваться для вычисления CRC.
Чтобы выполнить CRC, начните с исходного двоичного набора данных и добавьте три дополнительных бита (поскольку исходный полином без коэффициентов имеет три члена; следовательно, это называется трехбитной проверкой CRC), как показано здесь:
10110011 00111001 (оригинальные данные)
10110011 00111001 000 (с добавленными битами CRC)
Эти три бита необходимы для обеспечения того, чтобы все биты в исходных данных были включены в CRC; поскольку CRC перемещается слева направо по исходным данным, последние биты в исходных данных будут включены только в том случае, если эти заполняющие биты включены. Теперь начните с четырех битов слева (потому что четыре коэффициента представлены в виде четырех битов). Используйте операцию Exclusive OR (XOR) для сравнения крайних левых битов с битами CRC и сохраните результат, как показано здесь:
10110011 00111001 000 (дополненные данные)
1101 (Контрольные биты CRC)
----
01100011 00111001 000 (результат XOR)
XOR'инг двух двоичных цифр приводит к 0, если эти две цифры совпадают, и 1, если они не совпадают. Контрольные биты, называемые делителем, перемещаются на один бит вправо (некоторые шаги здесь можно пропустить), и операция повторяется до тех пор, пока не будет достигнут конец числа:
10110011 00111001 000
1101
01100011 00111001 000
1101
00001011 00111001 000
1101
00000110 00111001 000
110 1
00000000 10111001 000
1101
00000000 01101001 000
1101
00000000 00000001 000
1 101
00000000 00000000 101
CRC находится в последних трех битах, которые были первоначально добавлены в качестве заполнения; это "остаток" процесса разделения перемещения по исходным данным плюс исходное заполнение. Получателю несложно определить, были ли данные изменены, оставив биты CRC на месте (в данном случае 101) и используя исходный делитель поперек данных, как показано здесь:
10110011 00111001 101
1101
01100011 00111001 101
1101
00001011 00111001 101
1101
00000110 00111001 101
110 1
00000000 10111001 101
1101
00000000 01101001 101
1101
00000000 00000001 101
1 101
00000000 00000000 000
Если данные не были изменены, то результат этой операции всегда должен быть равен 0. Если бит был изменен, результат не будет равен 0, как показано здесь:
10110011 00111000 000
1101
01100011 00111000 000
1101
00001011 00111000 000
1101
00000110 00111000 000
110 1
00000000 10111000 000
1101
00000000 01101000 000
1101
00000000 00000000 000
1 101
00000000 00000001 000
CRC может показаться сложной операцией, но она играет на сильных сторонах компьютера—бинарных операциях конечной длины. Если длина CRC задается такой же, как у стандартного небольшого регистра в обычных процессорах, скажем, восемь бит, вычисление CRC-это довольно простой и быстрый процесс. Проверка CRC имеет то преимущество, что она устойчива к многобитовым изменениям, в отличие от проверки четности, описанной ранее.
Исправление ошибок
Однако обнаружение ошибки — это только половина проблемы. Как только ошибка обнаружена, что должна делать транспортная система? Есть, по существу, три варианта.
Транспортная система может просто выбросить данные. В этом случае транспорт фактически переносит ответственность за ошибки на протоколы более высокого уровня или, возможно, само приложение. Поскольку некоторым приложениям может потребоваться полный набор данных без ошибок (например, система передачи файлов или финансовая транзакция), у них, вероятно, будет какой-то способ обнаружить любые пропущенные данные и повторно передать их. Приложения, которые не заботятся о небольших объемах отсутствующих данных (например, о голосовом потоке), могут просто игнорировать отсутствующие данные, восстанавливая информацию в приемнике, насколько это возможно, с учетом отсутствующей информации.
Транспортная система может подать сигнал передатчику, что произошла ошибка, и позволить передатчику решить, что делать с этой информацией (как правило, данные при ошибке будут повторно переданы).
Транспортная система может выйти за рамки отбрасывания данных, включив достаточное количество информации в исходную передачу, определить, где находится ошибка, и попытаться исправить ее. Это называется Прямой коррекцией ошибок (Forward Error Correction - FEC). Коды Хэмминга, один из первых разработанных механизмов FEC, также является одним из самых простых для объяснения.
Код Хэмминга лучше всего объяснить на примере - для иллюстрации будет использована таблица 1.
В Таблице № 1:
Каждый бит в 12-битном пространстве, представляющий собой степень двух (1, 2, 4, 6, 8 и т. д.) и первый бит, устанавливается в качестве битов четности.
8-битное число, которое должно быть защищено с помощью FEC, 10110011, распределено по оставшимся битам в 12-битном пространстве.
Каждый бит четности устанавливается равным 0, а затем четность вычисляется для каждого бита четности путем добавления числа «1» в позиции, где двоичный бит имеет тот же бит, что и бит четности. В частности:
P1 имеет набор крайних правых битов в своем битовом номере; другие биты в числовом пространстве, которые также имеют набор крайних правых битов, включены в расчет четности (см. вторую строку таблицы, чтобы найти все позиции битов в номере с набором крайних правых битов). Они указаны в таблице с X в строке P1. Общее число «1»-нечетное число, 3, поэтому бит P1 устанавливается равным 1 (в этом примере используется четная четность).
P2 имеет второй бит из правого набора; другие биты в числовом пространстве, которые имеют второй из правого набора битов, включены в расчет четности, как указано с помощью X в строке P2 таблицы. Общее число «1»-четное число, 4, поэтому бит P2 установлен в 0.
P4 имеет третий бит из правого набора, поэтому другие биты, которые имеют третий бит из правого набора, имеют свои номера позиций, как указано с помощью X в строке P3. В отмеченных столбцах есть нечетное число «1», поэтому бит четности P4 установлен на 1.
Чтобы определить, изменилась ли какая-либо информация, получатель может проверить биты четности таким же образом, как их вычислял отправитель; общее число 1s в любом наборе должно быть четным числом, включая бит четности. Если один из битов данных был перевернут, приемник никогда не должен найти ни одной ошибки четности, потому что каждая из битовых позиций в данных покрыта несколькими битами четности. Чтобы определить, какой бит данных является неправильным, приемник добавляет позиции битов четности, которые находятся в ошибке; результатом является положение бита, которое было перевернуто. Например, если бит в позиции 9, который является пятым битом данных, перевернут, то биты четности P1 и P8 будут ошибочными. В этом случае 8 + 1 = 9, так что бит в позиции 9 находится в ошибке, и его переворачивание исправит данные. Если один бит четности находится в ошибке—например, P1 или P8—то это тот бит четности, который был перевернут, и сами данные верны.
В то время как код Хэмминга гениален, есть много битовых шаблонов-перевертышей, которые он не может обнаружить. Более современный код, такой как Reed-Solomon, может обнаруживать и исправлять более широкий диапазон условий ошибки, добавляя меньше дополнительной информации в поток данных.
Существует большое количество различных видов CRC и кодов исправления ошибок, используемых во всем мире связи. Проверки CRC классифицируются по количеству битов, используемых в проверке (количество битов заполнения или, точнее, длины полинома), а в некоторых случаях - по конкретному применению. Например, универсальная последовательная шина использует 5-битный CRC (CRC-5-USB); Глобальная система мобильной связи (GSM), широко используемый стандарт сотовой связи, использует CRC-3-GSM; Мультидоступ с кодовым разделением каналов (CDMA), другой широко используемый стандарт сотовой связи, использует CRC-6-CDMA2000A, CRC-6-CDMA2000B и CRC-30; и некоторые автомобильные сети (CAN), используемые для соединения различных компонентов в автомобиле, используют CRC-17-CAN и CRC-21-CAN. Некоторые из этих различных функций CRC являются не единственной функцией, а скорее классом или семейством функций со многими различными кодами и опциями внутри них.