Структура файловой системы.
Для семейства ОС Windows в основном используются файловые системы: VFAT, FAT32, 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 (bootrecord);
· зарезервированных секторов (их может и не быть);
· таблицы размещения файлов (FAT, FileAllocationTable);
· корневого каталога (Rootdirectory, 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 система отводит 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 (FAT32, HPFS, NTFS) эта проблема решается за счет ограничения размера кластера (максимум 4 Кбайта)
Функции файловой системы:
Идентификация файлов. Связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти. Распределение внешней памяти между файлами. Обеспечение надежности в отказоустойчивости. Стоимость информации может во много раз превышать стоимость компьютера. Обеспечение защиты от несанкционированного доступа. Обеспечение совместного доступа к файлам. Обеспечение высокой производительности Типы файлов Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги. Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы. Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные. Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами). 3. Логическая организация файла Логическаязапись-этонаименьшийэлементданных,которымможетоперироватьпрограммистприобменесвнешнимустройством.Еслифизическийобменсустройствомосуществляетсябольшимиединицами,операционнаясистемаобеспечиваетпрограммистудоступкотдельнойлогическойзаписи. Записимогутбытьфиксированнойилипеременнойдлины,располагатьсявфайлепоследовательно(последовательнаяорганизация)иливболеесложномпорядке,сиспользованиемтакназываемыхиндексныхтаблиц,позволяющихобеспечитьбыстрыйдоступкотдельнойлогическойзаписи(индексно-последовательнаяорганизация).Дляидентификациизаписиможетбытьиспользованоспециальноеполезаписи,называемоеключом. Физическаяорганизацияфайлаописываетправиларасположенияфайланаустройствевнешнейпамяти,вчастностинадиске.Файлсостоитизфизическихзаписей-блоков.Блок-наименьшаяединицаданных,которойвнешнееустройствообмениваетсясоперативнойпамятью Простейшимвариантомфизическойорганизацииявляетсянепрерывноеразмещение. Непрерывноеразмещение-файлупредоставляетсяпоследовательностьблоковдиска,образующихединыйсплошнойучастокдисковойпамяти.Длязаданияадресафайлавэтомслучаедостаточноуказатьтолькономерначальногоблока.Другоедостоинствоэтогометода-простота.Ноимеютсяидвасущественныхнедостатка.Во-первых,вовремясозданияфайлазаранеенеизвестнаегодлина,азначитнеизвестно,сколькопамятинадозарезервироватьдляэтогофайла,во-вторых,притакомпорядкеразмещениянеизбежновозникаетфрагментация,ипространствонадискеиспользуетсянеэффективно,таккакотдельныеучасткималенькогоразмера(минимально1блок)могутостатьсянеиспользуемыми. Болеесложнойфизическойорганизациейявляетсяразмещениеввидесвязанногоспискаблоковдисковойпамяти. Связанныйсписок-вначалекаждогоблокасодержитсяуказательнаследующийблок.Вэтомслучаеадресфайлатакжеможетбытьзаданоднимчислом-номеромпервогоблока.Вотличиеотпредыдущегоспособа,каждыйблокможетбытьприсоединенвцепочкукакого-либофайлаи,следовательно,фрагментацияотсутствует.Файлможетизменятьсявовремясвоегосуществования,наращиваячислоблоков.Недостаткомявляетсясложностьреализациидоступакпроизвольнозаданномуместуфайла:длятого,чтобыпрочитатьпятыйпопорядкублокфайла,необходимопоследовательнопрочитатьчетырепервыхблока,прослеживаяцепочкуномеровблоков.Крометого,приэтомспособеколичестводанныхфайла,содержащихсяводномблоке,неравностепенидвойки(однословоизрасходованонаномерследующегоблока),амногиепрограммычитаютданныеблоками,размеркоторыхравенстепенидвойки.
