При хранении данных решаются две проблемы: как сохранить данные в компактном виде и как обеспечить быстрый и удобный доступ к ним. В качестве единицы хранения данных принят объект переменной длины, называемый файлом. Файл - это последовательность произвольного числа байтов, обладаю
щая уникальным собственным именем. Обычно в отдельном файле хранят данные, относящиеся к одному типу. В этом случае тип данных определяет тип файла.
Все программы и данные хранятся во внешней памяти ПК в виде файлов. Файл - определенное количество информации (программ или данных), имеющее имя и хранящееся в памяти. Имя файла фактически должно нести в себе адресные данные, помогающие обеспечить доступ к данным, хранящимся в файле. Полное имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имени и расширения. Имя дает пользователь, а расширение задается автоматически.
Например, расширения для файлов: исполняемых - .ехе, .сот; текстовых -.txt, .doc; графических - .bmp, .gif, .jpg; звуковых - .wav, .mid; видео - .evi; программных - .bas, .pas, .asm и др.
На каждом диске может храниться большое количество файлов. Файловая структура - иерархическая структура хранения файлов и организации каталогов. Каждый диск разбивается на две области: область хранения файлов и каталог, который содержит название файла и указание на начало его размещения на диске. Каталог - это оглавление. Каталог (директория, папка) - специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, их размеры, время обновления, свойства (рис. 2.4).
Рис. 2.4.
В качестве вершины структуры служит имя носителя, на котором сохраняются файлы.
Далее файлы группируются в каталоги (папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (подпапки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов, через которые проходит. В качестве разделителя используется символ (обратная косая черта, обратный слэш). Путь - последовательность из имен каталогов или символов, разделенных символом. Путь задает маршрут от текущего или корневого каталога к каталогу, в котором находится нужный файл. Например, C:TextGamesproba.txt - путь, полное имя файла (собственное имя файла с путем доступа к нему).
Все современные дисковые ОС предусматривают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы - табличный.
Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных данных приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. К системной области предъявляются особые требования по надежности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами операционной системы. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Теоретически возможна самостоятельная адресация для каждого сектора. Но для дисков большого объема такой подход неэффективен, поэтому группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.
Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и др. используют файловую структуру на основе таблиц размещения файлов (FAT-таблицы), состоящих из 16-разрядных полей. Такая файловая система называется FAT 16. Она позволяет разместить в FAT-таблицах не более 65 536 записей (2 16) о местоположении единиц хранения данных. Для дисков объемом от 1 до 2 Гб длина кластера составляет 32 Кб (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку даже маленький файл полностью оккупирует весь кластер. Для дисков объемом примерно 2 Гб потери, связанные с неэффективностью этой файловой системы, могут составлять от 25 до 40 % полной емкости диска.
Начиная с ОС Windows 98, семейство Windows (Windows Me/ 2000/ХР) поддерживает более совершенную версию файловой системы на основе FAT-таблиц - FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гб эта система обеспечивает размер кластера 4 Кб (8 секторов).
Операционные системы Windows NT и Windows ХР способны поддерживать совершенно другую файловую систему - NTFS. В ней хранение файлов организовано иначе - служебная информация хранится в главной таблице файлов (MFT ). В системе NTFS размер кластера не зависит от размера диска, и потенциально для очень больших дисков эта система должна работать эффективнее, чем FAT32.
Что такое файл
Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Работа с файлами является очень важным видом работы на компьютере. В файлах хранится все: и программное обеспечение, и информация, необходимая для пользователя. С файлами, как с деловыми бумагами, постоянно приходится что-то делать: переписывать их с одного носителя на другой, уничтожать ненужные, создавать новые, разыскивать, переименовывать, раскладывать в том или другом порядке и пр.
Файл - это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.
Для прояснения смысла этого понятия удобно воспользоваться следующей аналогией: сам носитель информации (диск) подобен книге. Мы говорили о том, что книга - это внешняя память человека, а магнитный диск - внешняя память компьютера. Книга состоит из глав (рассказов, разделов), каждый из которых имеет название. Также и файлы имеют свои названия. Их называют именами файлов. В начале или в конце книги обычно присутствует оглавление - список названий глав. На диске тоже есть такой список-каталог, содержащий имена хранимых файлов.
Каталог можно вывести на экран, чтобы узнать, есть ли на данном диске нужный файл.
В каждом файле хранится отдельный информационный объект: документ, статья, числовой массив, программа и пр. Заключенная в файле информация становится активной, т. е. может быть обработана компьютером, только после того, как она будет загружена в оперативную память.
Любому пользователю, работающему на компьютере, приходится иметь дело с файлами. Даже для того, чтобы поиграть в компьютерную игру, нужно узнать, в каком файле хранится ее программа, суметь отыскать этот файл и инициализировать работу программы.
Работа с файлами на компьютере производится с помощью файловой системы. Файловая система - это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций над файлами.
Чтобы найти нужный файл, пользователю должно быть известно: а) какое имя у файла; б) где хранится файл.
Имя файла
Практически во всех операционных системах имя файла составляется из двух частей, разделенных точкой. Например:
Слева от точки находится собственно имя файла (ту-prog). Следующая за точкой часть имени называется расширением файла (pas). Обычно в именах файлов употребляются латинские буквы и цифры. В большинстве ОС максимальная длина расширения - 3 символа. Кроме того, имя файла может и не иметь расширения. В операционной системе Windows в именах файлов допускается использование русских букв; максимальная длина имени - 255 символов.
Расширение указывает, какого рода информация хранится в данном файле. Например, расширение txt обычно обозначает текстовый файл (содержит текст); расширение рсх - графический файл (содержит рисунок), zip или гаг - архивный файл (содержит архив - сжатую информацию), pas - программу на языке Паскаль.
Логические диски
На одном компьютере может быть несколько дисководов - устройств работы с дисками. Каждому дисководу присваивается однобуквенное имя (после которого ставится двоеточие), например А:, В:, С:. Часто на персональных компьютерах диск большой емкости, встроенный в системный блок (его называют жестким диском), делят на разделы. Каждый из таких разделов называется логическим диском, и ему присваивается имя С:, D:, Е: и т. д. Имена А: и В: обычно относятся к сменным дискам малого объема - гибким дискам (дискетам). Их тоже можно рассматривать как имена дисков, только логических, каждый из которых полностью занимает реальный (физический) диск. Следовательно, А:, В:, С:, D: - это всё имена логических дисков.
Имя логического диска, содержащего файл, является первой "координатой", определяющей место расположения файла.
Файловая структура диска
Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой . Различные ОС могут поддерживать разные организации файловых структур. Существуют две разновидности файловых структур: простая, или одноуровневая, и иерархическая - многоуровневая.
Одноуровневая файловая структура - это простая последовательность файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Например, если файл tetris.exe находится на диске А:, то его "полный адрес" выглядит так:
Операционные системы с одноуровневой файловой структурой используются на простейших учебных компьютерах, оснащенных только гибкими дисками.
Многоуровневая файловая структура - древовидный (иерархический) способ организации файлов на диске. Для облегчения понимания этого вопроса воспользуемся аналогией с традиционным "бумажным" способом хранения информации. В такой аналогии файл представляется как некоторый озаглавленный документ (текст, рисунок) на бумажных листах. Следующий по величине элемент файловой структуры называется каталогом . Продолжая "бумажную" аналогию, каталог будем представлять как папку, в которую можно вложить множество документов, т. е. файлов. Каталог также получает собственное имя (представьте, что оно написано на обложке папки).
Каталог сам может входить в состав другого, внешнего по отношению к нему каталога. Это аналогично тому, как папка вкладывается в другую папку большего размера. Таким образом, каждый каталог может содержать внутри себя множество файлов и вложенных каталогов (их называют подкаталогами). Каталог самого верхнего уровня, который не вложен ни в какой другой каталог, называется корневым каталогом.
В операционной системе Windows для обозначения понятия "каталог" используется термин "папка".
Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом.
На рис. 2.9 имена каталогов записаны прописными буквами, а файлов - строчными. Здесь в корневом каталоге имеются две папки: IVANOV и PETROV и один файл fin.com. Папка IVANOV содержит в себе две вложенные папки PROGS и DATA. Папка DATA - пустая; в папке PROGS имеются три файла и т. д. На дереве корневой каталог обычно изображается символом \.
Путь к файлу
А теперь представьте, что вам нужно найти определенный документ. Для этого надо знать ящик, в котором он находится, а также "путь" к документу внутри ящика: всю последовательность папок, которые нужно открыть, чтобы добраться до искомых бумаг.
Второй координатой, определяющей место положения файла, является путь к файлу на диске . Путь к файлу - это последовательность, состоящая из имен каталогов, начиная от корневого и заканчивая тем, в котором непосредственно хранится файл.
Вот всем знакомая сказочная аналогия понятия "путь к файлу": "На дубе висит сундук, в сундуке - заяц, в зайце - утка, в утке - яйцо, в яйце - игла, на конце которой смерть Кощеева".
Последовательно записанные имя логического диска, путь к файлу и имя файла составляют полное имя файла .
Если представленная на рис. 2.9 файловая структура хранится на диске С:, то полные имена некоторых входящих в нее файлов в символике операционных систем MS-DOS и Windows выглядят так:
C:\IVANOV\PROGS\progl.pas
C:\PETROV\DATA\task.dat
Таблица размещения файлов
Сведения о файловой структуре Диска содержатся на этом же диске в виде таблицы размещения файлов. Используя файловую систему ОС, пользователь может последовательно просматривать на экране содержимое каталогов (папок), продвигаясь по дереву файловой структуры вниз или вверх.
На рис. 2.10 показан пример отображения на экране компьютера дерева каталогов на логическом диске Е: (левое окно).
В правом окне представлено содержимое папки ARCON. ")то множество файлов различных типов. Отсюда, например, понятно, что полное имя первого в списке файла следующее:
E:\GAME\GAMES\ARCON\dos4gw.exe
Из таблицы можно получить дополнительную информацию о файлах. Например, файл dos4gw.exe имеет размер 254 556 байтов и был создан 31 мая 1994 года в 2 часа 00 мин.
Найдя в таком списке запись о нужном файле, применяя команды ОС, пользователь может выполнить с ним различные действия: инициализировать программу, содержащуюся В файле; удалить, переименовать, скопировать файл. Выполнять все эти операции вы научитесь на практическом занятии.
Вопросы и задания
Дружественный пользовательский интерфейс
А теперь познакомьтесь с новым для вас понятием "пользовательский интерфейс".
Разработчики современного программного обеспечения стараются сделать работу пользователя за компьютером удобной, простой, наглядной. Потребительские качества любой программы во многом определяются удобством ее взаимодействия с пользователем.
Форму взаимодействия программы с пользователем называют пользовательским интерфейсом . Удобная для пользователя форма взаимодействия называется дружественным пользовательским интерфейсом.
Объектно-ориентированный интерфейс
Интерфейс современных системных и прикладных программ носит название объектно-ориентированного интерфейса. Примером операционной системы, в которой реализован объектно-ориентированный подход, является Windows.
Операционная система работает с множеством объектов, к числу которых относятся: документы, программы, дисководы, принтеры и другие объекты, с которыми мы имеем дело, работая в операционной системе.
Документы содержат некоторую информацию: текст, звук, картинки и т. д. Программы используются для обработки документов. Отдельные программы и документы неразрывно связаны между собой: текстовый редактор работает с текстовыми документами, графический редактор - с фотографиями и иллюстрациями, программа обработки звука позволяет записывать, исправлять и прослушивать звуковые файлы.
Документы и программы - это информационные объекты. А такие объекты, как дисководы и принтеры, являются аппаратными (физическими) объектами. С объектом операционная система связывает:
графическое обозначение;
свойства;
поведение.
В интерфейсе операционной системы для обозначения документов, программ, устройств используются значки (их еще называют пиктограммами, иконками) и имена. Имя и значок дают возможность легко отличить один объект от другого (рис. 2.11).
С каждым объектом связан определенный набор свойств и множество действий, которые могут быть выполнены над объектом.
Например, свойствами документа являются его местоположение в файловой структуре и размер. Действия над документом: открыть (просмотреть или прослушать), переименовать, напечатать, скопировать, сохранить, удалить и др.
Контекстное меню
Операционная система обеспечивает одинаковый пользовательский интерфейс при работе с разными объектами. В операционной системе Windows для знакомства со свойствами объекта и возможными над ним действиями используется контекстное меню (рис. 2.12) (для вызова контекстного меню следует выделить значок объекта и щелкнуть правой кнопкой мыши).
Меню - это выводимый на экран список, из которого пользователь может выбирать нужный ему элемент.
 |
| Рис. 2.12. Контекстное меню документа |
В меню на рис. 2.12 все пункты, кроме последнего, относятся к действиям, которые можно выполнить с документом. Выбор нужного пункта меню производится с помощью клавиш управления курсором или манипулятора (например, мыши). Если выбрать пункт меню "Свойства", то на экран будет выведен список свойств данного объекта.
Вопросы и задания
 |
Одной из компонент ОС является файловая система – основное хранилище системной и пользовательской информации. Все современные ОС работают с одной или несколькими файловыми системами, например, FAT (File Allocation Table), NTFS (NT File System), HPFS (High Performance File System), NFS (Network File System), AFS (Andrew File System), Internet File System.
Файловая система – это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися во внешней памяти, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.
В широком смысле понятие "файловая система" включает:
Совокупность всех файлов на диске;
Наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске;
Комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.
Файловая система используется обычно как при загрузке ОС после включения компьютера, так и в процессе работы. Файловая система выполняет следующие основные функции:
Определяет возможные способы организации файлов и файловой структуры на носителе;
Реализует методы доступа к содержимому файлов и предоставляет средства работы с файлами и файловой структурой. При этом доступ к данным может быть организован файловой системой как по именам, так и по адресам (номер сектора, поверхности и дорожки носителя);
Отслеживает свободное пространство на носителе.
Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жестком диске или блоке флэш-памяти) он записан. Все, что знает программа – это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).
С точки зрения операционной системы, весь диск представляет собой набор кластеров (участков памяти) размером от 512 байт и больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные. Чтобы ясно представлять, как же хранятся данные на дисках, и как ОС обеспечивает доступ к ним необходимо представлять, хотя бы в общем виде логическую структуру диска.
3.1.5 Логическая структура диска
Для того чтобы компьютер мог хранить, читать и записывать информацию жесткий диск предварительно должен быть размечен. На нем с помощью соответствующих программ создаются разделы – это и называется "разбить жесткий диск". Без этой разметки на жесткий диск не удастся установить операционную систему (хотя Windows XP и 2000 могут устанавливаться на неразбитый диск, но они такую разметку проводят сами в процессе установки).
Жесткий диск можно разбить на несколько разделов, каждый из которых будет использоваться автономно. Для чего это надо? Один диск может содержать несколько различных операционных систем, расположенных в разных разделах. Внутренняя структура раздела, выделенного какой-либо ОС, полностью определяется этой операционной системой.
Кроме того, существуют и другие причины разбиения диска на разделы, например:
Возможность использования под управлением MS DOS дисков с емкостью большей, чем
32 Мб;
В случае повреждения диска, пропадает только та информация, которая находилась на этом диске;
Реорганизация и выгрузка диска маленького размера проще и быстрее, чем большого;
Каждому пользователю можно выделить свой логический диск.
Операция подготовки диска к работе называется форматированием , или инициализацией . Всё доступное дисковое пространства разбивается на стороны, дорожки и сектора, причем дорожки и стороны нумеруются с нуля, а сектора – с единицы. Совокупность дорожек, находящихся на одинаковом удалении от оси диска или пакета дисков, называется цилиндром. Таким образом физический адрес сектора определяется следующими координатами: номер дорожки (цилиндра – С), номер стороны диска (головки – H), номера сектора – R, т.е. CHR.
В самом первом секторе жесткого диска (C=0, H=0, R=1) содержится главная загрузочная запись – Master Boot Record . Эта запись занимает не весь сектор, а только его начальную часть. Главная загрузочная запись является программой – внесистемным загрузчиком.
В конце первого сектора жесткого диска располагается таблица разделов диска – Partition Table . Эта таблица содержит четыре строки, описывающих максимально четыре раздела. Каждая строка в таблице описывает один раздел:
1) активный раздел или нет;
2) номер сектора, соответствующего началу раздела;
3) номер сектора, соответствующего концу раздела;
4) размер раздела в секторах;
5) код операционной системы, т.е. какой ОС принадлежит данный раздел.
Раздел называется активным, если он содержит программу загрузки операционной системы. Первым байтом в элементе раздела идет флаг активности раздела (0 – не активен, 128 (80H) – активен). Он служит для определения, является ли раздел системным (загрузочным), и для необходимости производить загрузку операционной системы с него при старте компьютера. Активным может быть только один раздел. Небольшие программы, называемые менеджерами загрузки (Boot Manager), могут располагаться в первых секторах диска. Они интерактивно запрашивают пользователя, с какого раздела производить загрузку и соответственно корректируют флаги активности разделов. Поскольку в Partition Table четыре строки, то на диске может быть до четырех различных ОС, следовательно, диск может содержать несколько первичных разделов, принадлежащих разным операционным системам.
Пример логической структуры жесткого диска, состоящего из трех разделов, два из которых принадлежат DOS, а один принадлежит UNIX, приведен на рисунке 3.2а.
Каждый активный раздел имеет свою загрузочную запись – программу, которая осуществляет загрузку данной ОС.
На практике диск разбивается чаще всего на два раздела. Размеры разделов, объявление их активными или нет, устанавливаются пользователем в процессе подготовки жесткого диска к работе. Делается это с помощью специальных программ. В DOS эта программа называется FDISK, в версиях Windows-XX – Diskadministrator.
В DOS первичный раздел – Primary Partition , это тот раздел, который содержит загрузчик операционной системы и саму ОС. Таким образом, первичный раздел является активным разделом, используется как логический диск с именем C:.
Операционная система WINDOWS (а именно WINDOWS 2000) изменила терминологию: активный раздел называется системным, а загрузочным называется логический диск, который содержит системные файлы WINDOWS. Загрузочный логический диск может совпадать с системным разделом, но может находиться в другом разделе того же жесткого диска или на другом жестком диске.
Расширенный раздел Extended Partition может разбиваться на несколько логических дисков с именами от D: до Z:.
На рисунке 3.2б представлена логическая структура жесткого диска, в котором всего два раздела и четыре логических диска.
Материал к обзорной лекции № 33
для студентов специальности
«Программное обеспечение информационных технологий»
доцента кафедры ИВТ, к.т.н. Ливак Е.Н.
СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ФАЙЛАМИ
Основные понятия, факты
Назначение. Особенности файловыхсистем FAT , VFAT , FAT 32, HPFS , NTFS . Файловые системы ОС UNIX (s5, ufs), ОС Linux Ext2FS.Системные области диска (раздела, тома). Принципы размещения файлов и хранения информации о расположении файлов. Организация каталогов. Ограничение доступа к файлам и каталогам.
Навыки и умения
Использование знаний о структуре файловой системы для защиты и восстановления компьютерной информации (файлов и каталогов). Организация разграничения доступа к файлам.
Данные на диске хранятся в виде файлов. Файл - это именованная часть диска.
Для управления файлами предназначены системы управления файлами.
Возможность иметь дело с данными, хранящимися в файлах, на логическом уровне предоставляет файловая система. Именно файловая система определяет способ организации данных на каком-либо носителе данных.
Таким образом, файловая система - это набор спецификаций и соответствующее им программное обеспечение, которые отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управлением ресурсами, которые используются файлами.
Система управления файлами является основной подсистемой в абсолютном большинстве современных ОС.
С помощью системы управления файлами
· связываются по данным все системные обрабатывающие программы;
· решаются проблемы централизованного распределения дискового пространства и управления данными;
· предоставляются возможности пользователю по выполнению операций над файлами (создание и т.п.), по обмену данными между файлами и различными устройствами, по защите файлов от несанкционированного доступа.
В некоторых ОС может быть несколько систем управления файлами, что обеспечивает им возможность работать с несколькими файловыми системами.
Постараемся различать файловую систему и систему управления файлами.
Термин «файловая система» определяет принципы доступа к данным, организованным в файлы.
Термин «система управления файлами» относится к конкретной реализации файловой системы, т.е. это комплекс программных модулей, обеспечивающих работу с файлами в конкретной ОС.
Итак, для работы с файлами, организованными в соответствии с некоторой файловой системой, для каждой ОС должна быть разработана соответствующая система управления файлами. Эта система УФ будет работать только в той ОС, для которой она создана.
Для семейства ОС Windows в основном используются файловые системы: VFAT , FAT 32, NTFS .
Рассмотрим структуру этих файловых систем.
В файловой системе FAT дисковое пространство любого логического диска делится на две области:
· системную область и
· область данных.
Системная область создается и инициализируется при форматировании, а впоследствии обновляется при манипулировании файловой структурой.
Системная область состоит из следующих компонентов:
· загрузочного сектора, содержащего загрузочную запись (boot record );
· зарезервированных секторов (их может и не быть);
· таблицыразмещенияфайлов (FAT, File Allocation Table);
· корневогокаталога (Root directory, ROOT).
Эти компоненты расположены на диске друг за другом.
Область данных содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому.
Область данных разбивают на так называемые кластеры. Кластер - это один или несколько смежных секторов области данных. С другой стороны, кластер - это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу. Т.е. файл или каталог занимает целое число кластеров. Для создания и записи на диск нового файла операционная системаотводит для него несколько свободных кластеров диска. Эти кластеры не обязательно должны следовать друг за другом. Для каждого файла хранится список всех номеров кластеров, которые предоставлены данному файлу.
Разбиение области данных на кластеры вместо использования секторов позволяет:
· уменьшить размер таблицы FAT ;
· уменьшить фрагментацию файлов;
· сокращается длина цепочек файла Þ ускоряется доступ к файлу.
Однако слишком большой размер кластера ведет к неэффективному использованию области данных, особенно в случае большого количества маленьких файлов (ведь на каждый файл теряется в среднем полкластера).
В современных файловых системах (FAT 32, HPFS , NTFS ) эта проблема решается за счет ограничения размера кластера (максимум 4 Кбайта)
Картой области данных являетсяТ аблица размещения файлов (File Allocation Table - FAT) Каждый элемент таблицы FAT (12, 16 или 32 бит) соответствует одному кластеру диска и характеризует его состояние: свободен, занят или является сбойным кластером (bad cluster).
· Если кластер распределен какому-либо файлу (т.е., занят), то соответствующий элемент FAT содержит номер следующего кластера файла;
· последний кластер файла отмечается числом в диапазоне FF8h - FFFh (FFF8h - FFFFh);
· если кластер является свободным, он содержит нулевое значение 000h (0000h);
· кластер, непригодный для использования (сбойный), отмечается числом FF7h (FFF7h).
Таким образом, в таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу, связываются в цепочки.
Таблица размещения файлов хранится сразу после загрузочной записи логического диска, ее точное расположение описано в специальном поле в загрузочном секторе.
Она хранится в двух идентичных экземплярах, которые следуют друг за другом. При разрушении первой копии таблицы используется вторая.
В связи с тем, что FAT используется очень интенсивно при доступе к диску, она обычно загружается в ОП (в буфера ввода/вывода или кэш) и остается там настолько долго, насколько это возможно.
Основной недостаток FAT - медленная работа с файлами. При создании файла работает правило - выделяется первый свободный кластер. Это ведет к фрагментации диска и сложным цепочкам файлов. Отсюда следует замедление работы с файлами.
Для просмотра и редактирования таблицы FAT можно использовать утилиту Disk Editor .
Подробнаяинформация о самом файле хранится в другой структуре, которая называется корневым каталогом. Каждый логический диск имеет свой корневой каталог (ROOT, англ. - корень).
Корневой каталог описываетфайлы и другие каталоги. Элементом каталога является дескриптор (описатель) файла.
Дескриптор каждого файла и каталога включает его
· имя
· расширение
· дату создания или последней модификации
· время создания или последней модификации
· атрибуты (архивный, атрибут каталога, атрибут тома, системный, скрытый, только для чтения)
· длину файла (для каталога - 0)
· зарезервированное поле, которое не используется
· номер первого кластера в цепочке кластеров, отведенных файлу или каталогу; получив этот номер, операционная система, обращаясь к таблице FAT, узнает и все остальные номера кластеров файла.
Итак, пользователь запускает файл на выполнение. Операционная система ищет файл с нужным именем, просматривая описания файлов в текущем каталоге. Когда найден требуемый элемент в текущем каталоге, операционная система считывает номер первого кластера данного файла, а затем по таблице FAT определяет остальные номера кластеров. Данные из этих кластеров считываются в оперативную память, объединяясь в один непрерывный участок. Операционная система передает управление файлу, и программа начинает работать.
Для просмотра и редактирования корневого каталога ROOT можно также использовать утилиту Disk Editor .
Файловая система VFAT
Файловая система VFAT (виртуальная FAT ) впервые появилась в Windows for Workgroups 3.11 и была предназначена для файлового ввода/вывода в защищенном режиме.
Используется эта файловая система в Windows 95.
Поддерживается она также и в Windows NT 4.
VFAT - это «родная» 32-разрядная файловая система Windows 95. Ее контролирует драйвер VFAT .VXD .
VFAT использует 32-разрядный код для всех файловых операций, может использовать 32-разрядные драйверы защищенного режима.
НО, элементы таблицы размещения файлов остаются 12- или 16-разрядными, поэтому на диске используется та же структура данных (FAT ). Т.е. формат таблицы VFAT такой же , как и формат FAT .
VFAT наряду с именами «8.3» поддерживает длинные имена файлов . (Часто говорят, что VFAT - это FAT с поддержкой длинных имен).
Основной недостаток VFAT - большие потери на кластеризацию при больших размерах логического диска и ограничения на сам размер логического диска.
Файловая система FAT 32
Это новая реализация идеи использования таблицы FAT .
FAT 32 - это полностью самостоятельная 32-разрядная файловая система.
Впервые использовалась в Windows OSR 2 (OEM Service Release 2).
В настоящее время FAT 32 используется в Windows 98 и Windows ME .
Она содержит многочисленные усовершенствования и дополнения по сравнению с предыдущими реализациями FAT .
1. Намного эффективнее расходует дисковое пространство за счет того, что использует кластеры меньшего размера (4 Кб) - подсчитано, что экономится до 15%.
2. Имеет расширенную загрузочную запись, которая позволяет создавать копии критических структур данных Þ повышает устойчивость диска к нарушениям структур диска
3. Может использовать резервную копию FAT вместо стандартной.
4. Может перемещать корневой каталог, другими словами, корневой каталог может находиться в произвольном месте Þ снимает ограничение на размер корневого каталога (512 элементов, т.к. ROOT должен был занимать один кластер).
5. Усовершенствована структура корневого каталога
Появились дополнительные поля, например, время создания, дата создания, дата последнего доступа, контрольная сумма
По-прежнему для длинного имени файла используется несколько дескрипторов.
Файловая система HPFS
HPFS (High Performance File System ) - высокопроизводительная файловая система.
HPFS впервые появилась в OS/2 1.2 и LAN Manager .
Перечислим основные особенности HPFS.
· Главное отличие - базовые принципы размещения файлов на диске и принципы хранения информации о местоположении файлов. Благодаря этим принципам HPFS имеет высокую производительность и отказоустойчивость, является надежной файловой системой.
· Дисковое пространство в HPFS выделяется не кластерами (как в FAT ), а блоками. В современной реализации размер блока взят равным одному сектору, но в принципе он мог бы быть и иного размера. (По сути дела, блок - это и есть кластер, только кластер всегда равен одному сектору). Размещениефайлов в таких небольших блоках позволяет более эффективно использовать пространство диска , так как непроизводительные потери свободного места составляют в среднем всего (полсектора) 256 байт на каждый файл. Вспомним, что чем больше размер кластера, тем больше места на диске расходуется напрасно.
· Система HPFS стремится расположить файл в смежных блоках, или, если такой возможности нет, разместить его на диске таким образом, чтобы экстенты (фрагменты) файла физически были как можно ближе друг к другу. Такой подход существенно уменьшает время позиционирования головок записи/чтения жесткого диска и время ожидания (задержка между установкой головки чтения/записи на нужную дорожку). Напомним, что в FAT файлу просто выделяется первый свободный кластер.
Экстенты (extent ) - фрагменты файла, располагающиеся в смежных секторах диска. Файл имеет по крайней мере один экстент, если он не фрагментирован, а в противномслучае - несколько экстентов.
· Используется метод сбалансированных двоичных деревьев для хранения и поиска информации о местонахождении файлов (каталоги хранятся в центре диска, кроме того, предусмотрена автоматическая сортировка каталогов), что существенно повышает производительность HPFS (в сравнении с FAT ).
· В HPFS предусмотрены специальные расширенные атрибуты файлов, позволяющие управлять доступом к файлам и каталогам .
Расширенные атрибуты (extended attributes , EAs ) позволяют хранить дополнительную информацию о файле. Например, каждому файлу может быть сопоставлено его уникальное графическое изображение (значок), описание файла, комментарий, сведения о владельце файла и т. д.
C труктура раздела HPFS
В начале раздела с установленной HPFS расположено три управляющих блока:
· загрузочный блок (boot block ),
· дополнительный блок (super block ) и
· запасной (резервный) блок (spare block ).
Они занимают 18 секторов.
Все остальное дисковое пространство в HPFS разбито на части из смежных секторов - полосы (band - полоса, лента). Каждая полоса занимает на диске 8 Мбайт.
Каждая полоса и имеет свою собственную битовую карту распределения секторов .Битовая карта показывает, какие секторы данной полосы заняты, а какие - свободны. Каждому сектору полосы данных соответствует один бит в ее битовой карте. Если бит = 1, то сектор занят, если 0 - свободен.
Битовые карты двух полос располагаются на диске рядом, так же располагаются и сами полосы. То есть последовательность полос и карт выглядит как на рис.
Сравним с FAT . Там на весь диск только одна «битовая карта» (таблица FAT ). И для работы с ней приходится перемещать головки чтения/записи в среднем через половину диска.
Именно для того, чтобы сократить время позиционирования головок чтения/записи жесткого диска, в HPFS диск разбит на полосы.
Рассмотрим управляющие блоки .
Загрузочный блок (boot block )
Содержит имя тома, его серийный номер, блок параметров BIOS и программу начальной загрузки.
Программа начальной загрузки находит файл OS 2 LDR , считывает его в память и передает управление этой программе загрузки ОС, которая, в свою очередь, загружает с диска в память ядро OS/2 - OS 2 KRNL . И уже OS 2 KRIML с помощью сведений из файла CONFIG . SYS загружает в память все остальные необходимые программные модули и блоки данных.
Загрузочный блок располагается в секторах с 0 по 15.
Супер Блок (super block )
Содержит
· указатель на список битовых карт (bitmap block list ). В этом списке перечислены все блоки на диске, в которых расположены битовые карты, используемые для обнаружения свободных секторов;
· указатель на список дефектных блоков (bad block list ). Когда система обнаруживает поврежденный блок, он вносится в этот список и для хранения информации больше не используется;
· указатель на группу каталогов (directory band ),
· указатель на файловый узел (F -node ) корневого каталога,
· дату последней проверки раздела программой CHKDSK ;
· информацию о размере полосы (в текущей реализации HPFS - 8 Мбайт).
Super block размещается в 16 секторе.
Резервный блок (spare block)
Содержит
· указатель на карту аварийного замещения (hotfix map или hotfix -areas );
· указатель на список свободных запасных блоков (directory emergency free block list );
· ряд системных флагов и дескрипторов.
Этот блок размещается в 17 секторе диска.
Резервный блок обеспечивает высокую отказоустойчивость файловой системы HPFS и позволяет восстанавливать поврежденные данные на диске.
Принцип размещения файлов
Экстенты (extent ) - фрагменты файла, располагающиеся в смежных секторах диска. Файл имеет по крайней мере один экстент, если он не фрагментирован, а в противномслучае - несколько экстентов.
Для сокращения времени позиционирования головок чтения/записи жесткого диска система HPFS стремится
1)расположить файл в смежных блоках;
2)если такой возможности нет, то разместить экстенты фрагментированного файла как можно ближе друг к другу,
Для этого HPFS использует статистику, а также старается условно резервировать хотя бы 4 килобайта места в конце файлов, которые растут.
Принципы хранения информации о расположении файлов
Каждый файл и каталог диска имеет свой файловый узел F-Node . Это структура, в которой содержится информация о расположении файла и о его расширенных атрибутах.
Каждый F-Node занимает один сектор и всегда располагается поблизости от своего файла или каталога (обычно - непосредственно перед файлом или каталогом). Объект F-Node содержит
· длину,
· первые 15 символов имени файла,
· специальную служебную информацию,
· статистику по доступу к файлу,
· расширенные атрибуты файла,
· список прав доступа (или только часть этого списка, если он очень большой); если расширенные атрибуты слишком велики для файлового узла, то в него записывается указатель на них.
· ассоциативную информацию о расположении и подчинении файла и т. д.
Если файл непрерывен, то его размещение на диске описывается двумя 32-битными числами. Первое число представляет собой указатель на первый блок файла, а второе - длину экстента (число следующих друг за другом блоков, принадлежащих файлу).
Если файл фрагментирован, то размещение его экстентов описывается в файловом узле дополнительными парами 32-битных чисел.
В файловом узле можно разместить информацию максимум о восьми экстентах файла. Если файл имеет больше экстентов, то в его файловый узел записывается указатель на блок размещения (allocation block ), который может содержать до 40 указателей на экстенты или, по аналогии с блоком дерева каталогов, на другие блоки размещения.
Структура и размещение каталогов
Для хранения каталогов используется полоса, находящаяся в центре диска .
Эта полоса называетсяdirectory band .
Если она полностью заполнена, HPFS начинает располагать каталоги файлов в других полосах.
Расположение этой информационной структуры в середине диска значительно сокращает среднее время позиционирования головок чтения/записи.
Однако существенно больший (по сравнению с размещением Directory Band в середине логического диска) вклад в производительность HPFS дает использование метода сбалансированных двоичных деревьев для хранения и поиска информации о местонахождении файлов.
Вспомним, что в файловой системе FAT каталог имеет линейную структуру, специальным образом не упорядоченную, поэтому при поиске файла требуется последовательно просматривать его с самого начала.
В HPFS структура каталога представляет собой сбалансированное дерево с записями, расположенными в алфавитном порядке.
Каждая запись, входящая в состав дерева, содержит
· атрибуты файла,
· указатель на соответствующий файловый узел,
· информацию о времени и дате создания файла, времени и дате последнего обновления и обращения,
· длине данных, содержащих расширенные атрибуты,
· счетчик обращений к файлу,
· длине имени файла
· само имя,
· и другую информацию.
Файловая система HPFS при поиске файла в каталоге просматривает только необходимые ветви двоичного дерева. Такой метод во много раз эффективнее, чем последовательное чтение всех записей в каталоге, что имеет место в системе FAT .
Размер каждого из блоков, в терминах которых выделяются каталоги в текущей реализации HPFS, равен 2 Кбайт. Размер записи, описывающей файл, зависит от размера имени файла. Если имя занимает 13 байтов (для формата 8.3), то блок из 2 Кбайт вмещает до 40 описателей файлов. Блоки связаны друг с другом посредством списка.
Проблемы
При переименовании файлов может возникнуть так называемая перебалансировка дерева. Создание файла, переименование или стирание может приводить к каскадированию блоков каталогов . Фактически, переименование может потерпеть неудачу из-за недостатка дискового пространства, даже если файл непосредственно в размерах не увеличился. Во избежание этого «бедствия» HPFS поддерживает небольшой пул свободных блоков, которые могут использоваться при «аварии». Эта операция может потребовать выделения дополнительных блоков на заполненном диске. Указатель на этот пул свободных блоков сохраняется в SpareBlock ,
Принципы размещения файлов и каталогов на диске в HPFS :
· информация о местоположении файлов рассредоточена по всему диску, при этом записи каждого конкретного файла размещаются (по возможности) в смежных секторах и поблизости от данных об их местоположении;
· каталоги размещаются в середине дискового пространства;
· каталоги хранятся в виде бинарного сбалансированного дерева с записями, расположенными в алфавитном порядке.
Надежность хранения данных в HPFS
Любая файловая система должна обладать средствами исправления ошибок, возникающих при записи информации на диск. Система HPFS для этого использует механизм аварийного замещения ( hotfix ).
Если файловая система HPFS сталкивается с проблемой в процессе записи данных на диск, она выводит на экран соответствующее сообщение об ошибке. Затем HPFS сохраняет информацию, которая должна была быть записана в дефектный сектор, в одном из запасных секторов, заранее зарезервированных на этот случай. Список свободных запасных блоков хранится в резервном блоке HPFS. При обнаружении ошибки во время записи данных в нормальный блок HPFS выбирает один из свободных запасных блоков и сохраняет эти данные в нем. Затем файловая система обновляет карту аварийного замещения в резервном блоке.
Эта карта представляет собой просто пары двойных слов, каждое из которых является 32-битным номером сектора.
Первый номер указывает на дефектный сектор, а второй - на тот сектор среди имеющихся запасных секторов, который был выбран для его замены.
После замены дефектного сектора запасным карта аварийного замещения записывается на диск, и на экране появляется всплывающее окно, информирующее пользователя о произошедшей ошибке записи на диск. Каждый раз, когда система выполняет запись или чтение сектора диска, она просматривает карту аварийного замещения и подменяет все номера дефектных секторов номерами запасных секторов с соответствующими данными.
Следует заметить, что это преобразование номеров существенно не влияет на производительность системы, так как оно выполняется только при физическом обращении к диску, но не при чтении данных из дискового кэша.
Файловая система NTFS
Файловая система NTFS (New Technology File System) содержит ряд значительных усовершенствований и изменений, существенно отличающих ее от других файловых систем.
Заметим, что за редкими исключениями, с разделами NTFS можно работать напрямую только из Windows NT , хотя и имеются для ряда ОС соответствующие реализации систем управления файлами для чтения файлов из томов NTFS.
Однако полноценных реализаций для работы с NTFS вне системы Windows NT пока нет.
NTFS не поддерживается в широко распространенных ОС Windows 98 и Windows Millennium Edition .
Основные особенности NT FS
· работа на дисках большого объема происходит эффективно (намного эффективнее, чем в FAT );
· имеются средства для ограничения доступа к файлам и каталогам Þ разделы NTFS обеспечивают локальную безопасность как файлов, так и каталогов;
· введен механизм транзакций, при котором осуществляется журналирование файловых операций Þ существенное увеличение надежности;
· сняты многие ограничения на максимальное количество дисковых секторов и/или кластеров;
· имя файла в NTFS, в отличие от файловых систем FAT и HPFS , может содержать любые символы, включая полный набор национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode - 16-битном представлении, которое дает 65535 разных символов. Максимальная длина имени файла в NTFS - 255 символов.
· система NTFS также обладает встроенными средствами сжатия, которые можно применять к отдельным файлам, целым каталогам и даже томам (и впоследствии отменять или назначать их по своему усмотрению).
Структура тома с файловой системой NTFS
Раздел NTFS называется томом (volume ). Максимально возможные размеры тома (и размеры файла) составляют 16 Эбайт (экзабайт 2**64).
Как и другие системы, NTFS делит дисковое пространство тома на кластеры - блоки данных, адресуемые как единицы данных. NTFS поддерживает размеры кластеров от 512 байт до 64 Кбайт; стандартом же считается кластер размером 2 или 4 Кбайт.
Все дисковое пространство в NTFS делится на две неравные части.
Первые 12 % диска отводятся под так называемую MFT-зону - пространство, которое может занимать, увеличиваясь в размере, главный служебный метафайл MFT .
Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы MFT-файл по возможности не фрагментировался при своем росте.
Остальные 88 % тома представляют собой обычное пространство для хранения файлов.
MFT (master file table - общая таблица файлов) по сути - это каталог всех остальных файлов диска, в том числе и себя самого. Он предназначен для определения расположения файлов.
MFT состоит из записей фиксированного размера. Размер записи MFT (минимум 1 Кб и максимум 4 Кб) определяется во время форматирования тома.
Каждая запись соответствует какому-либо файлу.
Первые 16 записей носят служебный характер и недоступны операционной системе - они называются метафайлами, причем самый первый метафайл - сам MFT.
Эти первые 16 элементов MFT - единственная часть диска, имеющая строго фиксированное положение. Копия этих же 16 записей хранится в середине тома для надежности.
Остальные части MFT-файла могут располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска.
Метафайлы носят служебный характер - каждый из них отвечает за какой-либо аспект работы системы. Метафайлы находятся в корневом каталоге NTFS-тома. Все они начинаются с символа имени «$», хотя получить какую-либо информацию о них стандартными средствами сложно. В табл. приведены основные метафайлы и их назначение.
|
Имя метафайла |
Назначение метафайла |
|
|
$MFT |
Сам Master File Table |
|
|
$MFTmirr |
Копия первых 16 записей MFT, размещенная посередине тома |
|
|
$LogFile |
Файл поддержки операций журналирования |
|
|
$Volume |
Служебная информация - метка тома, версия файловой системы и т. д. |
|
|
$AttrDef |
Список стандартных атрибутов файлов на томе |
|
|
Корневой каталог |
||
|
$Bitmap |
Карта свободного места тома |
|
|
$Boot |
Загрузочный сектор (если раздел загрузочный) |
|
|
$Quota |
Файл, в котором записаны права пользователей на использование дискового пространства (этот файл начал работать лишь в Windows 2000 с системой NTFS 5.0) |
|
|
$Upcase |
Файл - таблица соответствия заглавных и прописных букв в именах файлов. В NTFS имена файлов записываются в Unicode (что составляет 65 тысяч различных символов) и искать большие и малые эквиваленты в данном случае - нетривиальная задача |
|
В соответствующей записи MFT хранится вся информация о файле:
· имя файла,
· размер;
· атрибуты файла;
· положение на диске отдельных фрагментов и т. д.
Если для информации не хватает одной записи MFT, то используется несколько записей, причем не обязательно идущих подряд.
Если файл имеет не очень большой размер, то данные файла хранятся прямо в MFT, в оставшемся от основных данных месте в пределах одной записи MFT.
Файл в томе с NTFS идентифицируется так называемой файловой ссылкой (File Reference ), которая представляется как 64-разрядное число.
· номера файла, который соответствует номеру записи в MFT,
· и номера последовательности. Этот номер увеличивается всякий раз, когда данный номер в MFT используется повторно, что позволяет файловой системе NTFS выполнять внутренние проверки целостности.
Каждый файл в NTFS представлен с помощью потоков (streams ), то есть у него нет как таковых «просто данных», а есть потоки.
Один из потоков - это и есть данные файла.
Большинство атрибутов файла - это тоже потоки.
Таким образом, получается, что базовая сущность у файла только одна - номер в MFT, а все остальное, включая и его потоки, - опционально.
Данный подход может эффективно использоваться - например, файлу можно «прилепить» еще один поток, записав в него любые данные.
Стандартные атрибуты для файлов и каталогов в томе NTFS имеют фиксированные имена и коды типа.
Каталог в NTFS представляет собой специальный файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги.
Файл каталога разделен на блоки, каждый из которых содержит
· имя файла,
· базовые атрибуты и
Корневой каталог диска ничем не отличается от обычных каталогов, кроме специальной ссылки на него из начала метафайла MFT.
Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево, как в HPFS.
Количество файлов в корневом и некорневом каталогах не ограничено.
Файловая система NTFS поддерживает объектную модель безопасности NT : NTFS рассматривает каталоги и файлы как разнотипные объекты и ведет отдельные (хотя и перекрывающиеся) списки прав доступа для каждого типа.
NTFS обеспечивает безопасность на уровне файлов; это означает, что права доступа к томам, каталогам и файлам могут зависеть от учетной записи пользователя и тех групп, к которым он принадлежит. Каждый раз, когда пользователь обращается к объекту файловой системы, его права доступа проверяются по списку разрешений данного объекта. Если пользователь обладает достаточным уровнем прав, его запрос удовлетворяется; в противном случае запрос отклоняется. Эта модель безопасности применяется как при локальной регистрации пользователей на компьютерах с NT , так и при удаленных сетевых запросах.
Система NTFS также обладает определенными средствами самовосстановления. NTFS поддерживает различные механизмы проверки целостности системы, включая ведение журналов транзакций, позволяющих воспроизвести файловые операции записи по специальному системному журналу.
При журналировании файловых операций система управления файлами фиксирует в специальном служебном файле происходящие изменения. В начале операции, связанной с изменением файловой структуры, делается соответствующая пометка. Если во время операций над файлами происходит какой-нибудь сбой, то упомянутая отметка о начале операции остается указанной как незавершенная. При выполнении процедуры проверки целостности файловой системы после перезагрузки машины эти незавершенные операции будут отменены и файлы будут приведены к исходному состоянию. Если же операция изменения данных в файлах завершается нормальным образом, то в этом самом служебном файле поддержки журналирования операция отмечается как завершенная.
Основной недостаток файловой системы NTFS - служебные данные занимают много места (например, каждый элемент каталога занимает 2 Кбайт) - для малых разделов служебные данные могут занимать до 25% объема носителя.
Þ система NTFS не может использоваться для форматирования флоппи-дисков. Не стоит пользоваться ею для форматирования разделов объемом менее 100 Мбайт.
Файловая система ОС UNIX
В мире UNIX существует несколько разных видов файловых систем со своей структурой внешней памяти. Наиболее известны традиционная файловая система UNIX System V (s5) и файловая система семейства UNIX BSD (ufs).
Рассмотрим s 5.
Файл в системе UNIX представляет собой множество символов с произвольным доступом.
Файл имеет такую структуру, которую налагает на него пользователь.
Файловая система Unix, это иерархическая, многопользовательская файловая система.
Файловая система имеет древовидную структуру. Вершинами (промежуточными узлами) дерева являются каталоги со ссылками на другие каталоги или файлы. Листья дерева соответствуют файлам или пустым каталогам.
Замечание. На самом деле файловая система Unix не является древообразной. Дело в том, что в системе имеется возможность нарушения иерархии в виде дерева, так как имеется возможность ассоциировать несколько имен с одним и тем же содержимым файла .
Структура диска
Диск разделен на блоки. Размер блока данных определяется при форматировании файловой системы командой mkfs и может быть установлен 512, 1024, 2048, 4096 или 8192 байтов.
Считаем по 512 байт (размер сектора).
Дисковое пространство делится на следующие области (см. рис.):
· загрузочный блок;
· управляющий суперблок;
· массив i -узлов;
· область для хранения содержимого (данных) файлов;
· совокупность свободных блоков (связанных в список);
|
Блокначальной загрузки |
|
Суперблок |
|
i - узел |
|
. . . |
|
i - узел |
Замечание. Для файловой системы UFS - все это для группы цилиндров повторяется (кроме Boot -блока) + выделена специальная область для описания группы цилиндров
Блок начальной загрузки
Блок размещен в блоке №0. (Вспомним, что размещение этого блока в нулевом блоке системного устройства определяется аппаратурой, так как аппаратной загрузчик всегда обращается к нулевому блоку системного устройства. Это последний компонент файловой системы, который зависит от аппаратуры.)
Boot -блок содержит программу раскрутки, которая служит для первоначального запуска ОС UNIX . В файловых системах s 5 реально используется boot -блок только корневой файловой системы. В дополнительных файловых системах эта область присутствует, но не используется.
Суперблок
Он содержит оперативную информацию о состоянии файловой системы, а также данные о параметрах настройки файловой системы.
В частности суперблок содержит следующую информацию
· количество i -узлов (индексных дескрипторов);
· размер раздела???;
· список свободных блоков;
· список свободных i -узлов;
· и другое.
Обратим внимание! Свободное пространство на диске образует связанный список свободных блоков . Этот список хранится в суперблоке.
Элементами списка являются массивы из 50 элементов(если блок = 512 байт, то элемент = 16 бит):
· в элементах массива №№1-48 записаны номера свободных блоков пространства блоков файлов с 2 до 49.
· в №0 элементе содержится указатель на продолжение списка, а
· в последнем элементе (№49) содержится указатель на свободный элемент в массиве.
Если какому-то процессу для расширения файла требуется свободный блок, то система по указателю (на свободный элемент) выбирает элемент массива, и блок с №, хранящимся в данном элементе, предоставляется файлу. Если происходит сокращение файла, то высвободившиеся номера добавляются в массив свободных блоков и корректируется указатель на свободный элемент.
Так как размер массива - 50 элементов, то возможны две критические ситуации:
1. Когда мы освобождаем блоки файлов, а они не могут поместиться в этом массиве. В этом случае из файловой системы выбирается один свободный блок и заполненный полностью массив свободных блоков копируется в этот блок, после этого значение указателя на свободный элемент обнуляется, а в нулевой элемент массива, который находится в суперблоке, записывается номер блока, который система выбрали для копирования содержимого массива . В этот моментсоздается новый элемент списка свободных блоков (каждый по 50 элементов).
2. Когда содержимое элементов массива свободных блоков исчерпалось (в этом случае нулевой элемент массива равен нулю) Если этот элемент нулю не равен, то это означает, что существует продолжение массива. Это продолжение считывается в копию суперблока в оперативной памяти.
Список свободных i -узлов . Это буфер, состоящий из 100 элементов. В нем находится информация о 100 номерах i -узлов, которые свободны в данный момент.
Суперблок всегда находится в ОЗУ
Þ все операции (освобождение и занятие блоков и i -узлов происходят в ОЗУ Þ минимизация обменов с диском.
Но! Если содержимое суперблока не будет записано на диск и выключено питание, то возникнут проблемы (несоответствие реального состояния файловой системы и содержимого суперблока). Но это уже требование к надежности аппаратуры системы.
Замечание . В файловых системах UFS для повышения устойчивости поддерживается несколько копий суперблока (по одной копии на группу цилиндров)
Область индексных дескрипторов
Это массив описаний файлов, называемых i -узлами (i - node ) .(64-х байтные?)
Каждый индексный описатель (i -узел) файла содержит:
· Тип файла (файл/каталог/специальный файл/fifo/socket)
· Атрибуты (права доступа) - 10
· Идентификатор владельца файла
· Идентификатор группы-владельца файла
· Время создания файла
· Время модификации файла
· Время последнего доступа к файлу
· Длина файла
· Количество ссылок к данному i -узлу из различных каталогов
· Адреса блоков файла
! Обратите внимание . Здесь нет имени файла
Рассмотрим подробнее как организована адресация блоков , в которых размещен файл. Итак, в поле с адресами находятся номера первых 10 блоков файла.
Если файл превышает десять блоков, то начинает работать следующий механизм: 11-й элемент поля содержит номер блока, в котором размещены 128(256) ссылок на блоки данного файла. В том случае, если файл еще больше - то используется 12й элемент поля- он содержит номер блока, в котором содержится 128(256) номеров блоков, где каждый блок содержит 128(256) номеров блоков файловой системы. А если файл еще больше, то используется 13 элемент - где глубина вложенности списка увеличена еще на единицу.
Таким образом мы можем получить файл размером (10+128+128 2 +128 3)*512.
Это можно представить в следующем виде:
Адрес 1-го блока файла
Адрес 2-го блока файла
Адрес 10-го блока файла
Адрес блока косвенной адресации (блока с 256 адресами блоков)
Адрес блока 2-й косвенной адресации (блока с 256 адресами блоков с адресами)
Адрес блока 3-й косвенной адресации (блока с адресами блоков с адресами блоков с адресами)
Защита файла
Теперь обратим внимание на идентификаторы владельца и группы и биты защиты.
В ОС Unix используется трехуровневая иерархия пользователей :
Первый уровень - все пользователи.
Второй уровень - группы пользователей. (Все пользователи подразделены на группы.
Третий уровень - конкретный пользователь (Группы состоят из реальных пользователей). В связи с этой трехуровневой организацией пользователей каждый файл обладает тремя атрибутами:
1) Владелец файла. Этот атрибут связан с одним конкретным пользователем, который автоматически назначается системой владельцем файла. Владельцем можно стать по умолчанию, создав файл, а также есть команда, которая позволяет менять владельца файла.
2) Защита доступа к файлу. Доступ к каждому файлу ограничивается по трем категориям:
· права владельца (что может делать владелец с этим файлом, в общем случае - не обязательно все, что угодно);
· права группы, которой принадлежит владелец файла. Владелец сюда не включается (например, файл может быть закрыт на чтение для владельца, а все остальные члены группы могут свободно читать из этого файла;
· все остальные пользователи системы;
По этим трем категориям регламентируются три действия: чтение из файла, запись в файл и исполнение файла (в мнемонике системы R,W,X, соответственно). В каждом файле по этим трем категориям определено - какой пользователь может читать, какой писать, а кто может запускать его в качестве процесса.
Организация каталогов
Каталог с точки зрения ОС - это обычный файл, в котором размещены данные о всех файлах, которые принадлежат каталогу.
Элемент каталога состоит из двух полей:
1)номер i -узла (порядковый номер в массиве i -узлов)и
2)имя файла:
Каждый каталог содержит два специальных имени: ‘.’ - сам каталог; ‘..’ - родительский каталог.
(Для корневого каталога родитель ссылается на него же самого.)
В общем случае, в каталоге могут неоднократно встречаться записи, ссылающиеся на один и тот же i -узел, но в каталоге не могут встречаться записи с одинаковыми именами. То есть с содержимым файла может быть связано произвольное количество имен. Это называется связыванием . Элемент каталога, относящийся к одному файлу называется связью .
Файлы существуют независимо от элементов каталогов, а связи в каталогах указывают действительно на физические файлы. Файл «исчезает» когда удаляется последняя связь, указывающая на него.
Итак, чтобы получить доступ к файлу по имени, операционная система
1. находит это имя в каталоге, содержащем файл,
2. получает номер i -узла файла,
3. по номеру находит i- узел в области i-узлов,
4. из i-узла получает адреса блоков, в которых расположены данные файла,
5. по адресам блоков считывает блоки из области данных.
Все пространство раздела делится на блоки. Блок может иметь размер от 1, 2 или 4 килобайта. Блок является адресуемой единицей дискового пространства.
Блоки, в свою область объединяются в группы блоков. Группы блоков в файловой системе и блоки внутри группы нумеруются последовательно, начиная с 1. Первый блок на диске имеет номер 1 и принадлежит группе с номером 1. Общее число блоков на диске (в разделе диска) является делителем объема диска, выраженного в секторах. А число групп блоков не обязано делить число блоков, потому что последняя группа блоков может быть не полной. Начало каждой группы блоков имеет адрес, который может быть получен как ((номер группы - 1)* (число блоков в группе)).
Каждая группа блоков имеет одинаковое строение. Ее структура представлена в таблице.
Первый элемент этой структуры (суперблок) - одинаков для всех групп, а все остальные - индивидуальны для каждой группы. Суперблок хранится в первом блоке каждой группы блоков (за исключением группы 1, в которой в первом блоке расположена загрузочная запись). Суперблок является начальной точкой файловой системы. Он имеет размер 1024 байта и всегда располагается по смещению 1024 байта от начала файловой системы. Наличие нескольких копий суперблока объясняется чрезвычайной важностью этого элемента файловой системы. Дубликаты суперблока используются при восстановлении файловой системы после сбоев.
Информация, хранимая в суперблоке, используется для организации доступа к остальным данным на диске. В суперблоке определяется размер файловой системы, максимальное число файлов в разделе, объем свободного пространства и содержится информация о том, где искать незанятые участки. При запуске ОС суперблок считывается в память и все изменения файловой системы вначале находят отображение в копии суперблока, находящейся в ОП, и записываются на диск только периодически. Это позволяет повысить производительность системы, так как многие пользователи и процессы постоянно обновляют файлы. С другой стороны, при выключении системы суперблок обязательно должен быть записан на диск, что не позволяет выключать компьютер простым выключением питания. В противном случае, при следующей загрузке информация, записанная в суперблоке, окажется не соответствующей реальному состоянию файловой системы.
Вслед за суперблоком расположено описание группы блоков (Group Descriptors). Это описание содержит:
Адрес блока, содержащего битовую карту блоков (block bitmap) данной группы;
Адрес блока, содержащего битовую карту индексных дескрипторов (inode bitmap) данной группы;
Адрес блока, содержащего таблицу индексных дескрипторов (inode table) данной группы;
Счетчик числа свободных блоков в данной группе;
Число свободных индексных дескрипторов в данной группе;
Число индексных дескрипторов в данной группе, которые являются каталогами
и другие данные.
Информация, которая хранится в описании группы, используется для того, чтобы найти битовые карты блоков и индексных дескрипторов, а также таблицу индексных дескрипторов.
Каждый файл в системе Ext 2 имеет уникальный индекс. Индекс содержит информацию, необходимую любому процессу для того, чтобы обратиться к файлу. Процессы обращаются к файлам, используя четко определенный набор системных вызовов и идентифицируя файл строкой символов, выступающих в качестве составного имени файла. Каждое составное имя однозначно определяет файл, благодаря чему ядро системы преобразует это имя в индекс файла.Индекс включает в себя таблицу адресов расположения информации файла на диске. Так как каждый блок на диске адресуется по своему номеру, в этой таблице хранится совокупность номеров дисковых блоков. В целях повышения гибкости ядро присоединяет к файлу по одному блоку, позволяя информации файла быть разбросанной по всей файловой системе. Но такая схема размещения усложняет задачу поиска данных. Таблица адресов содержит список номеров блоков, содержащих принадлежащую файлу информацию.
Каждому файлу на диске соответствует индексный дескриптор файла, который идентифицируется своим порядковым номером - индексом файла. Это означает, что число файлов, которые могут быть созданы в файловой системе, ограничено числом индексных дескрипторов, которое либо явно задается при создании файловой системы, либо вычисляется исходя из физического объема дискового раздела. Индексные дескpиптоpы существуют на диске в статической форме и ядро считывает их в память прежде, чем начать с ними работать.
Индексный дескриптор файла содержит следующую информацию:
|
- Тип и права доступа к данному файлу. |
|
Идентификатор владельца файла (Owner Uid). |
|
Размер файла в байтах. |
|
Время последнего обращения к файлу (Access time). |
|
Время создания файла. |
|
Время последней модификации файла. |
|
Время удаления файла. |
|
Идентификатор группы (GID). |
|
Счетчик числа связей (Links count ). |
|
Число блоков, занимаемых файлом. |
|
Флагифайла (File flags) |
|
Зарезервировано для ОС |
|
Указатели на блоки, в которых записаны данные файла (пример прямой и косвенной адресации на рис.1) |
|
Версия файла (для NFS) |
|
ACL файла |
|
ACL каталога |
|
Адресфрагмента (Fragment address) |
|
Номерфрагмента (Fragment number) |
|
Размер фрагмента (Fragment size ) |
Каталоги
Каталоги являются файлами.
Ядро хранит данные в каталоге так же, как оно это делает в файле обычного типа, используя индексную структуру и блоки с уровнями прямой и косвенной адресации. Процессы могут читать данные из каталогов таким же образом, как они читают обычные файлы, однако, исключительное право записи в каталог резервируется ядром, благодаря чему обеспечивается правильность структуры каталога.).
Когда какой-либо пpоцесс использует путь к файлу, ядpо ищет в каталогах соответствующий номеp индексного дескpиптоpа. После того, как имя файла было пpеобpазовано в номеp индексного дескpиптоpа, этот дескpиптоp помещается в память и затем используется в последующих запpосах.
Дополнительные возможности EXT2 FS
В дополнение к стандаpтным возможностям Unix, EXT2fs пpедоставляет некотоpые дополнительные возможности, обычно не поддеpживаемые файловыми системами Unix.
Файловые атpибуты позволяют изменять pеакцию ядpа пpи pаботе с набоpами файлов. Можно установить атpибуты на файл или каталог. Во втоpом случае, файлы, создаваемые в этом каталоге, наследуют эти атpибуты.
Во вpемя монтиpования системы могут быть установлены некотоpые особенности, связанные с файловыми атpибутами. Опция mount позволяет администpатоpу выбpать особенности создания файлов. В файловой системе с особенностями BSD, файлы создаются с тем же идентификатоpом гpуппы, как и у pодительского каталога. Особенности System V несколько сложнее. Если у каталога бит setgid установен, то создаваемые файлы наседуют идентификатоp гpуппы этого каталога, а подкаталоги наследуют идентификатоp гpуппы и бит setgid. В пpотивном случае, файлы и каталоги создаются с основным идентификатоpом гpуппы вызывающего пpоцесса.
В системе EXT2fs может использоваться синхpонная модификация данных, подобная системе BSD. Опция mount позволяет администpатоpу указывать чтобы все данные (индексные дескpиптоpы, блоки битов, косвенные блоки и блоки каталогов) записывались на диск синхpонно пpи их модификации. Это может быть использовано для достижения высокой потности записи инфоpмации, но также пpиводит к ухудшению пpоизводительности. В действительности, эта функция обычно не используется, так как кpоме ухудшения пpоизводительности, это может пpивести к потеpе данных пользователей, котоpые не помечаются пpи пpовеpке файловой системы.
EXT2fs позволяет пpи создании файловой системы выбpать pазмеp логического блока. Он может быть pазмеpом 1024, 2048 или 4096 байт. Использование блоков большого объема пpиводит к ускоpению опеpаций ввода/вывода (так как уменьшается количество запpосов к диску), и, следовательно, к меньшему пеpемещению головок. С дpугой стоpоны, использование блоков большого объема пpиводит к потеpе дискового пpостpанства. Обычно последний блок файла используется не полностью для хpанения инфоpмации, поэтому с увеличением объема блока, повышается объем теpяемого дискового пpостpанства.
EXT2fs позволяет использовать ускоpенные символические ссылки. Пpи пpименении таких ссылок, блоки данных файловой системы не используются. Имя файла назначения хpанится не в блоке данных, а в самом индексном дескpиптоpе. Такая стpуктуpа позволяет сохpанить дисковое пpостpанство и ускоpить обpаботку символических ссылок. Конечно, пpостpанство, заpезеpвиpованное под дескpиптоp, огpаничено, поэтому не каждая ссылка может быть пpедставлена как ускоpенная. Максимальная длина имени файла в ускоpенной ссылке pавна 60 символам. В ближайшем будующем планиpуется pасшиpить эту схему для файлов небольшого объема.
EXT2fs следит за состоянием файловой системы. Ядpо использует отдельное поле в супеpблоке для индикации состояния файловой системы. Если файловая система смонтиpована в pежиме read/write, то ее состояние устанавливается как "Not Clean". Если же она демонтиpована или смонтиpована заново в pежиме read-only, то ее состояние устанавливается в "Clean". Во вpемя загpузки системы и пpовеpке состояния файловой системы, эта инфоpмация используется для опpеделения необходимости пpовеpки файловой системы. Ядpо также помещает в это поле некотоpые ошибки. Пpи опpеделении ядpом несоответствия, файловая система помечается как "Erroneous". Пpогpамма пpовеpки файловой системы тестиpует эту инфоpмацию для пpовеpки системы, даже если ее состояние является в действительности "Clean".
Длительное игноpиpование тестиpования файловой системы иногда может пpивести к некотоpым тpудностям, поэтому EXT2fs включает в себя два метода для pегуляpной пpовеpки системы. В супеpблоке содеpжится счетчик монтиpования системы. Этот счетчик увеличивается каждый pаз, когда система монтиpуется в pежиме read/write. Если его значение достигает максимального (оно также хpанится в супеpблоке), то пpогpамма тестиpования файловой системы запускает ее пpовеpку, даже если ее состояние является "Clean". Последнее вpемя пpовеpки и максимальный интеpвал между пpовеpками также хpанится в супеpблоке. Когда же достигается максимальный интеpвал между пpовеpками, то состояние файловой системы игноpиpуется и запускается ее пpовеpка.
Оптимизация пpоизводительности
Система EXT2fs содеpжит много функций, оптимизиpующих ее пpоизводительность, что ведет к повышению скоpости обмена инфоpмацией пpи чтении и записи файлов.
EXT2fs активно использует дисковый буфеp. Когда блок должен быть считан, ядpо выдает запpос опеpации ввода/вывода на несколько pядом pасположенных блоков. Таким обpазом, ядpо пытается удостовеpиться, что следующий блок, котоpый должен быть считан, уже загpужен в дисковый буфеp. Подобные опеpации обычно пpоизводятся пpи последовательном считывании файлов.
Система EXT2fs также содеpжит большое количество оптимизаций pазмещения инфоpмации. Гpуппы блоков используются для объединения соответствующих индексных дескpиптоpов и блоков данных. Ядpо всегда пытается pазместить блоки данных одного файла в одной гpуппе, так же как и его дескpиптоp. Это пpедназначено для уменьшения пеpемещения головок пpивода пpи считывании дескpиптоpа и соответствующих ему блоков данных.
Пpи записи данных в файл, EXT2fs заpанее pазмещает до 8 смежных блоков пpи pазмещении нового блока. Такой метод позволяет достичь высокой пpоизводительности пpи сильной загpуженности системы. Это также позволяет pазмещать смежные блоки для файлов, что укоpяет их последующее чтение.
Цель урока: Дать представление о файловой системе и объяснить принцип ее работы.
Задачи урока:
Образовательные: познакомить учащихся с поняти ями « файл», «файловые структуры» , закрепить полученные знания;
Развивающие: развивать творческую и мыслительную деятельность учащихся на уроке посредством анализа демонстрационных примеров, способность к обобщению, быстрому переключению, способствовать формированию навыков коллективной и самостоятельной работы, умения чётко и ясно излагать свои мысли;
Воспитательные: способствовать развитию моторной и смысловой памяти, умений анализировать, сравнивать, отбирать теоретический материал, формированию поисковой самостоятельности и коммуникативных качеств учащихся.
Форма организации урока: фронтальная.
Метод проведения урока: словесный, наглядно-демонстрационный.
Тип урока: комбинированный.
Аппаратное обеспечение: мультимедийный проектор, презентация.
1. Организационный момент (2 мин).
2. Объяснение нового материала (15 мин).
3. Закрепление нового материала (5 мин).
4. практическая работа (20 мин).
5. Постановка домашнего задания (1 мин).
6. Подведение итогов (2 мин).
Ход урока:
1. Организационный момент: Контроль отсутствующих. Формулировка темы и целей урока.
Сегодня на уроке мы узнаем:
что такое файл;
имя файла;
логические диски;
файловая структура диска;
путь к файлу, полное имя файла.
2. Объяснение нового материала:
Все современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы, которая предназначена для хранения данных на дисках в виде файлов и служит для доступа к ним. Известно, что файлы используются для организации и хранения данных на машинных носителях.
Файл (англ. file ) – последовательность числа байтов, обладающая уникальным собственным именем на машинных носителях.
Информация на внешних носителях хранится в виде файлов. Работа с файлами является очень важным видом работы на компьютере. В файлах хранится все: и программное обеспечение, и информация, необходимая для пользователя. С файлами, как с деловыми бумагами, постоянно приходится что-то делать: переписывать их с одного носителя на другой, уничтожать ненужные, создавать новые, разыскивать, переименовывать, раскладывать в том или другом порядке и пр.
Файл – это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.
Для прояснения смысла этого понятия удобно воспользоваться следующей аналогией: сам носитель информации (диск) подобен книге. Мы говорили о том, что книга – это внешняя память человека, а магнитный диск – внешняя память компьютера. Книга состоит из глав (рассказов, разделов), каждый из которых имеет название. Также и файлы имеют свои названия. Их называют именами файлов. В начале или в конце книги обычно присутствует оглавление – список названий глав. На диске тоже есть такой список-каталог, содержащий имена хранимых файлов. Каталог можно вывести на экран, чтобы узнать, есть ли на данном диске нужный файл.
В каждом файле хранится отдельный информационный объект: документ, статья, числовой массив, программа и пр. Заключенная в файле информация становится активной, т. е. может быть обработана компьютером, только после того, как она будет загружена в оперативную память.
Любому пользователю, работающему на компьютере, приходится иметь дело с файлами. Даже для того, чтобы поиграть в компьютерную игру, нужно узнать, в каком файле хранится ее программа, суметь отыскать этот файл и инициализировать работу программы.
Работа с файлами на компьютере производится с помощью файловой системы. Файловая система – это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций над файлами.
Чтобы найти нужный файл, пользователю должно быть известно: а) какое имя у файла; б) где хранится файл.
Практически во всех операционных системах имя файла составляется из двух частей, разделенных точкой. Например: myprog.pas
Слева от точки находится собственно имя файла (myprog) Следующая за точкой часть имени называется расширением файла (pas). Обычно в именах файлов употребляются латинские буквы и цифры. В большинстве ОС максимальная длина расширения - 3 символа. Кроме того, имя файла может и не иметь расширения. В операционной системе Windows в именах файлов допускается использование русских букв; максимальная длина имени – 256 символов, кроме девяти специальных: \ / : * ? “ < > |.
В именовании можно пользоваться пробелами и точками. А заканчивался файл из трех символов, составляющих так званое расширение.
Расширение файла – хаотичная последовательность символов, добавляемых в конец.
Тип файла
Расширение
Исполняемые программы
exe, com
Текстовые файлы
txt, rtf, doc
Графические файлы
bmp, gif, jpg, png, pds
Web-страницы
htm, html
Звуковые файлы
wav, mp3, midi, kar, ogg
Видео файлы
avi, mpeg
Код (текст) программы на языках программирования
bas, pas, cpp
Расширение указывает, какого рода информация хранится в данном файле.
Инициализация программы происходит путем записи ее в оперативную память и перехода работы процессора к ее исполнению.
На одном компьютере может быть несколько дисководов – устройств работы с дисками. Каждому дисководу присваивается однобуквенное имя (после которого ставится двоеточие), например А:, В:, С:. Часто на персональных компьютерах диск большой емкости, встроенный в системный блок (его называют жестким диском), делят на разделы. Каждый из таких разделов называется логическим диском, и ему присваивается имя С:, D:, Е: и т. д. Имена А: и В: обычно относятся к сменным дискам малого объема – гибким дискам (дискетам). Их тоже можно рассматривать как имена дисков, только логических, каждый из которых полностью занимает реальный (физический) диск. Следовательно, А:, В:, С:, D: – это всё имена логических дисков.
Имя логического диска, содержащего файл, является первой «координатой», определяющей место расположения файла.
Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Различные ОС могут поддерживать разные организации файловых структур.
Виды файловой структуры:
1) Одноуровневая – последовательность имен файлов, используема для дисков с небольшим количеством файлов. Одноуровневая файловая структура – это простая последовательность файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Например, если файл tetris.ехе находится на диске А:, то его «полный адрес» выглядит так: А:\tetris.ехе
Операционные системы с одноуровневой файловой структурой используются на простейших учебных компьютерах, оснащенных только гибкими дисками.
2) Многоуровневая или иерархическая – древовидная структура, служащая для хранения тысяч файлов.
К функциям обслуживания файловой структуры относятся такие операции (естественно, происходящие в среде какой-либо ОС):
создание файлов
создание каталогов
удаление файлов и каталогов
В операционной системе Windows для обозначения понятия «каталог» используется термин «папка».
Каталог может включать множество подкаталогов, в результате чего на дисках образуются разветвленные файловые структуры.
Организация файлов в виде древовидной структуры называется
файловой системой
. Принцип организации файловой системы -
табличный.
То есть, информация о местонахождении файла на диске хранится в таблице размещения файлов (англ.
File Allocation Table, FAT
).
Структура FAT похожа на оглавление книги – операционная система использует ее для быстрого поиска файлов.
Позже была введена FAT32 - усовершенствованная версию FAT. Она могла поддерживать тома, объем которых уже может превышать 2 Гбайт (в отличие от FAT).
Далее появилась более перспективное направление в развитии файловых систем - NTFS ( New Technology File System - файловая система новой технологии), поддерживающая длинные имена файлов и предлагающая надежную систему безопасности данных.
Объем раздела NTFS не ограничен. Также, NTFS экономит место на диске, сжимая его самого, отдельные файлы и каталоги.
В Windows XP применяется и FAT32 и NTFS.
Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом.
На рис. 2.9 имена каталогов записаны прописными буквами, а файлов – строчными. Здесь в корневом каталоге имеются две папки: IVANOV и РЕТROV и один файл fin.com. Папка IVANOV содержит в себе две вложенные папки PROGS и DАТА. Папка DАТА – пустая; в папке РROGS имеются три файла и т. д. На дереве корневой каталог обычно изображается символом\.
А теперь представьте, что вам нужно найти определенный документ. Для этого надо знать ящик, в котором он находится, а также «путь» к документу внутри ящика: всю последовательность папок, которые нужно открыть, чтобы добраться до искомых бумаг.
Второй координатой, определяющей место положения файла, является путь к файлу на диске. Путь к файлу – это последовательность, состоящая из имен каталогов, начиная от корневого и заканчивая тем, в котором непосредственно хранится файл.
Вот всем знакомая сказочная аналогия понятия «путь к файлу»: «На дубе висит сундук, в сундуке - заяц, в зайце - утка, в утке - яйцо, в яйце - игла, на конце которой смерть Кощеева».
Последовательно записанные имя логического диска, путь к файлу и имя файла составляют полное имя файла.
Если представленная на рис. 2.9 файловая структура хранится на диске С:, то полные имена некоторых входящих в нее файлов в символике операционных систем МS-DOS и Windows выглядят так:
C:\fin.com
C:\IVANOV\PROGS\prog1.pas
C :\ PETROV \ DATA \ task . dat
3. Закрепление нового материала:
1. Что такое файловая система? Файловая система – это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций с файлами.
2. Объясните понятие "файл". Файл – это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.
3. Какие существуют типы файловых таблиц? FAT , FAT32 и NTFS
4.Что такое расширение файла? Имя файла состоит из собственно имени и расширения. Расширение указывает на тип информации в файле (тип файла).
5. Функции файловой системы.
Создание файлов
Создание каталогов
Переименование файлов и каталогов
Копирование, перемещение файлов
Удаление файлов и каталогов
Навигация по файловой системе (проводник) с целью доступа к определенному файлу
Управление атрибутами (свойствами) файлов (скрытие, только чтение и т.д.)
6. Что такое файловая структура диска? Файловая структура диска – это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними. Файловые структуры бывают простыми и многоуровневыми (иерархическими).
7. Что такое каталог? Каталог – это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов). Каталог самого верхнего уровня называется корневым. Он не вложен ни в какие каталоги.
8. Из чего состоит полное имя файла? Полное имя файла состоит из имени диска, пути к файлу на диске и имени файла.
4. Практическая работа. Операции с файлами и папками Windows . (раздаточный материал).
5. Постановка домашнего задания: §2.4 , ответить на вопросы в конце параграфа.
6. Подведение итогов: Выставление отметок за урок.
