Файловые системы Теория и терминология
Файловая система — это то, на чем держится порядок на жестких дисках. Носители информации способны лишь хранить, записывать или считывать биты данных из определенных секторов, а за доступ к информации отвечает именно файловая система.
Файловая система имеет несколько равнозначных определений.
Файловая система — это система организации и хранения информации на жестком диске или других носителях, программные алгоритмы операционной системы для управления данной системой организации информации, и, наконец, — это совокупность всех файлов и папок на диске.
В лекции мы будем рассматривать файловые системы FAT, FAT32, NPFS, NTFS,
Windows 2000 поддерживает распределенную файловую систему (Distributed File System, DFS) и шифрующую файловую систему (Encrypting
Хотя DFS и EFS
и названы «файловыми системами»,
они не являются таковыми в строгом
понимании этого термина. Так, DFS
представляет собой расширение сетевого
сервиса, позволяющее объединить в единый
логический том сетевые ресурсы,
расположенные в разделах с различными
файловыми системами. Что касается EFS,
то это — надстройка над NTFS, которая
дополняет NTFS возможностями шифрования
данных.Вся информация о файлах хранится в особой области раздела — таблице файлов. Таблица файлов сопоставляет позволяет идентификаторы файлов и дополнительную информацию о них (дата изменения, права доступа, имя и т. д.) с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.
Раздел — это определенная
область диска, созданная во время
операции разметки диска. Каждый раздел
содержит один (редко — несколько)
отформатированный том. Том —
область раздела со своей файловой
системой, своей таблицей файлов и
областью данных.
Один или несколько разделов составляют диск (см. рис. 1)
В начале диска находится особая область — MBR (Master Boot Record), содержащая программную логику, необходимую BIOS для загрузки системы с жесткого диска. Таблица разделов (partition table) также расположена в начале диска, ее задача — хранить информацию о разделах: начало раздела, его длина, какой раздел является загрузочным. На загрузочном разделе расположен загрузочный сектор (boot sector), хранящий программу загрузки операционной системы.
Рис.1.
Как выбрать файловую систему?
Цель, для которой предполагается использовать компьютер.
Аппаратная платформа.
Количество жестких дисков и их объем.
Требования к безопасности.
Используемые в системе приложения
Файловые системы прошли долгий путь,
усложняясь параллельно с развитием
операционных систем и аппаратного
обеспечения компьютеров.
Так, используемая
в MS DOS 1.0 (1981 г.) FAT (или FAT12) изначально
предназначалась для работы с гибкими
дисками. Свое название она получила от
наименования таблицы размещения файлов —
File Allocation Table. Благодаря 12-битной адресации
и кластеру в 4 Кбайта она, однако,
поддерживала разделы до 16 Мбайт. В целом
же это была простая файловая система,
обеспечивавшая основные функции —
имя файла в формате 8.3, каталоги, атрибут
файла, время создания (изменения).
Чуть позже с добавлением 16-битной адресации и максимального размера кластера в 32 Кбайта появилась FAT16, поддерживавшая разделы до 2 Гбайт. В первой версии Windows 95 была реализована поддержка длинных имен файлов (до 255 символов) и сохранение регистра символов в названии. Эта модификация получила название VFAT.
FAT (обычно подразумевается FAT 16)
представляет собой простую файловую
систему, разработанную для небольших
дисков и простых структур каталогов.
Таблица размещения размещается в
начале тома. В целях защиты тома на нем
хранятся две копии FAT. В случае повреждения
первой копии FAT дисковые утилиты
(например, Scandisk) могут воспользоваться
второй копией для восстановления тома.
Таблица размещения файлов и корневой
каталог должны располагаться по строго
фиксированным адресам, чтобы файлы,
необходимые для запуска системы, были
размещены корректно.
Таблица размещения файлов и ее резервная копия содержат следующую информацию о каждом кластере тома:
Unused (кластер не используется).
Cluster in use by a file (кластер используется файлом).
Bad cluster (плохой кластер).
Last cluster in a file (последний кластер файла).
Корневая папка содержит записи для
каждого файла и каждой папки, расположенной
в корневой папке. Единственным отличием
корневой папки от остальных является
то, что она занимает четко определенное
место на диске и имеет фиксированный
размер (не более 512 записей для жесткого
диска; для дискет этот размер определяется
их объемом).
Папки содержат 32-байтные записи для каждого содержащегося в них файла и каждой вложенной папки. Эти записи содержат следующую информацию:
Имя (в формате 8.3).
Байт атрибутов (8 бит полезной информации, которая подробно описана ниже).
Время создания (24 бит).
Дата создания (16 бит).
Дата последнего доступа (16 бит).
Время последней модификации (16 бит).
Дата последней модификации (16 бит).
Номер начального кластера файла в таблице расположения файлов (16 бит).
Размер файла (32 бита).
Структура папки FAT не имеет четкой
организации, и файлам присваиваются
первые доступные адреса кластеров на
томе. Номер начального кластера файла
представляет собой адрес первого
кластера, занятого файлом, в таблице
расположения файлов. Каждый кластер
содержит указатель на следующий кластер,
использованный файлом, или индикатор
(OxFFFF), указывающий, что данный кластер
является последним кластером файла.
Информация папок используется операционными системами, поддерживающими файловую систему FAT. Кроме того, Windows 2000 может хранить в записи папки дополнительную временную информацию (time stamps). Эти дополнительные временные атрибуты указывают, когда файл был создан и когда к нему в последний раз предоставлялся доступ. Главным образом, дополнительные атрибуты используются приложениями POSIX.
Файлы на дисках имеют 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем — Archive (архивный), System (системный), Hidden (скрытый) и Read-only ( только для чтения)
32-разрядная файловая система FAT32 была введена с выпуском Windows 95 OSR2 и
поддерживается в Windows 98 и Windows 2000. Она
обеспечивает оптимальный доступ к
жестким дискам, CD-ROM и сетевым ресурсам,
повышая скорость и производительность
всех операций ввода/вывода. FAT32 представляет
собой усовершенствованную версию FAT,
предназначенную для использования на
томах, объем которых превышает 2 Гбайт.
Том, отформатированный для использования FAT32, как и том FAT16, размечается по кластерам. Размер кластера по умолчанию определяется размером тома. В табл. 1 приведено сравнение размеров кластеров для FAT16 и FAT32 в зависимости от размера диска.
Таблица 1.
Размеры кластеров по умолчанию для FAT 16 и FAT32
Размер диска Размер кластера FAT16 Размер кластера FAT32
До 32 Мбайт 512 байт Не поддерживается
32-63 Мбайт 1 Кбайт Не поддерживается
64-127 Мбайт 2 Кбайт Не поддерживается
128-255 Мбайт 4 Кбайт Не поддерживается
256-511 Мбайт 8 Кбайт Не поддерживается
512-1023 Мбайт 16 Кбайт 4 Кбайт
1024-2047 Мбайт (2 Гбайт) 32 Кбайт 4 Кбайт
2048-8191 Мбайт (8 Гбайт) Не поддерживается 4 Кбайт
8192-16383 Мбайт (16 Гбайт) Не поддерживается 8 Кбайт
16384-32767 Мбайт (32 Гбайт) Не поддерживается 16 Кбайт
От 32 Гбайт Не поддерживается 32 Кбайт
Для обеспечения максимальной совместимости
с существующими прикладными программами,
сетями и драйверами устройств, FAT32 была
реализована с минимумом возможных
изменений в архитектуре и внутренних
структурах данных.
Все утилиты Microsoft,
предназначенные для работы с дисками
(Format, FDISK, Defrag и ScanDisk), были переработаны
для обеспечения поддержки FAT32. Кроме
того, Microsoft проводит большую работу по
поддержке ведущих фирм-производителей
драйверов устройств и утилит для работы
с диском, чтобы помочь и в обеспечении
поддержки FAT32 в их продуктах. В табл.1
сделана попытка сравнения характеристик
FAT16 и FAT32.
Таблица 2.
Сравнение характеристик FAT16 и FAT32
|
Каждый кластер имеет фиксированный
размер в зависимости от размера
логического диска. Ограничения по
количеству кластеров, и их размеру
(32 Кбайт) приводят к общему ограничению
по размеру диска (не более 2 Гбайт).
Помимо этого, FAT12/16 обычно имеет
ограничения по количеству файлов и
папок, которые могут содержаться в
корневом каталоге (в зависимости от
диска максимальное значение колеблется
от 200 до 400)FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прежними реализациями FAT:
Поддержка
дисков размером до 2 Тбайт.
Следует,
правда, отметить, что команда format,
включенная в Windows 2000, не позволяет форматировать для использования
FAT32 тома, размер которых превышает 32
Гбайт. Поэтому при форматировании томов
объемом более 32 Гбайт следует использовать
файловую систему NTFS. Однако драйвер
FASTFAT, имеющийся в составе Windows 2000, позволяет
монтировать и поддерживать любые тома
FAT32, в том числе и такие, объем которых
превышает 32 Гбайт. За исключением
упомянутого выше ограничения FAT32 в
Windows 2000 работает точно так же, как в
Windows 95 OSR2 и Windows 98.
Более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры (см. табл. 1), что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства на 10—15% по сравнению с FAT.
Повышенная
надежность и более быстрая загрузка
программ. В отличие от FAT 12 и FAT 16, FAT32
обладает возможностью перемещать
корневой каталог и использовать резервную
копию FAT, если первая копия получила
повреждения.
Кроме того, загрузочный
сектор FAT32 был расширен по сравнению с
FAT16 и содержит резервные копии жизненно
важных структур данных. Повышенная
устойчивость FAT32 обусловлена именно
этими факторами.
Недостатки FAT:
ограничения, налагаемые на размер файлов и дискового пространства;
ограничение длины имени файла;
фрагментация файлов, приводящая к снижению быстродействия системы и износу оборудования;
непроизводительные затраты памяти, вызванные большими размерами кластеров;
подверженность потерям данных.
Информатика в МУПК — Файловая система
Файловая система
Главная | Теоретические уроки по информатике | Операционная система Windows | Файловая система
- Общие сведения о файловой системе
- Объекты файловой системы
- Каталоги
- Файлы
- Путь к файлу
- Поиск файлов
Вся информация, имеющаяся на компьютере, хранится на запоминающих устройствах (на винчестере, на дискетах, на CD) в виде файлов.
, &, (,), —, @, !, „
Символы ., :, /, \ ,*, ?, >, < не могут использоваться в имени файлов
Имя и тип файла используются совместно для идентификации файла
Полное имя файла образуется из двух слов – имени и типа, разделенных знаком «.»
Если в имени файла отсутствует тип, точку можно опускать.
При создании файла или изменении его содержимого, автоматически регистрируется дата и время, которые система считывает из показаний встроенных календаря и часов.
Имя, тип, дата и время являются атрибутами файла, которые фиксируются в каталоге.
Типы файлов:
- загрузочные (exe; com; bat)
- текстовые (txt; doc; hlp)
- графические (bmp; jpg; png)
- системные (sys; dat; dll)
Пример:
C:\windows\mouse.com
файл «mouse» является загрузочным и находится в каталоге «windows» на жестком диске «с:».
Каталог
Каталог (папка) содержит информацию о группе файлов, хранимых совместно на одном носителе.
Каталог имеет имя и, в свою очередь, может быть зарегистрирован в другом каталоге. В этом случае он становится подкаталогом.
На каждом дисковом носителе всегда имеется корневой каталог, который создается при форматировании диска, и в котором начинают регистрироваться обычные файлы и подкаталоги 1 уровня.
В них, в свою очередь, могут регистрироваться файлы и подкаталоги 2 уровня и т.д.
Так образуется иерархическая файловая система.
Пример:
C:\ word\ документы \письма \ №…
Каталог word зарегистрирован в корневом каталоге, подкаталог 1 уровня \документы – в каталоге \word, подкаталог 2 уровня \письма – в подкаталоге \документы, файл \ №… — зарегистрирован в подкаталоге 2 уровня \письма.
Путь к файлу
Для доступа к файлу необходимо указать путь (маршрут) к этому файлу.
Например:
C:\word\документы\письма\№…
При указании пути, сначала указывается имя запоминающего устройства, на котором расположен файл (дискеты – а, b; жесткие диски c, d; CD – буквой следующей за жестким диском).
Далее необходимо указать всю последовательность каталогов, по которым необходимо пройти к данному файлу.
При указании пути к файлу сначала записывается имя запоминающего устройства, затем баз пробелов записываются имена подкаталогов, после имени подкаталога ставится знак «\».
Существует понятие текущий каталог — это тот подкаталог, в котором мы сейчас находимся.
Для файла, который находится в текущем каталоге можно не указывать имени устройства и пути к этому файлу.
Поиск файлов на диске
Шаблон имени файла часто употребляется в командах для обозначения сразу нескольких файлов или для сокращения записи имен файлов. Очень удобно использовать шаблоны при поиске файлов.
В шаблонах употребляется знак «*», обозначающий, что, начиная с данной позиции до конца имени или расширения могут располагаться любые символы, которые допускаются в именах и типах файлов.
Для создания шаблона используют специальные символы:
? – этот символ заменяет один любой символ в имени файла;
* — этот символ заменяет любой символ в имени файла.
Примеры составления поисковых запросов с использованием специальных символов:
*.* — шаблон для выбора всех файлов с любым расширением.
???.* — шаблон для выбора всех файлов с именем, состоящим из любых трёх символов и с любым расширением.
t*.txt — шаблон для выбора всех файлов, которые начинаются на букву «t», после которой может располагаться любое количество символов и с расширением «txt».
b?.??? — шаблон для выбора всех файлов, которые состоят из двух символов и начинаются на «b», с любым расширением состоящим из любых трёх символов.
Вопросы
- Где хранится информация на компьютере?
- Что такое файл?
- Что такое каталог?
- Что является подкаталогом?
- Из каких частей состоит имя файла?
- Кто задаёт имя файлу?
- Какие символы могут содержаться в имени файла?
- Какие символы не могут содержаться в имени файла?
- Почему знаки ? и * не используют при задании имени файла?
- Что относится к атрибутам файла?
- Что такое каталог?
- Что такое подкаталог?
- Как указать путь к файлу?
- Какие типы файлов являются самыми распространёнными?
- Создайте шаблон для поиска всех рисунков с расширением jpg на диске D?
Файловые системы в операционной системе
Файл представляет собой набор связанной информации, записанной во вторичном хранилище.
Или файл представляет собой набор логически связанных сущностей. С точки зрения пользователя файл — это наименьшая часть логического вторичного хранилища.
Имя файла разделено на две части, как показано ниже:
- имя
- расширение, разделенные точкой.
Атрибуты файлов и их операции:
| Attributes | Types | Operations |
|---|---|---|
| Name | Doc | Create |
| Type | Exe | Open |
| Size | Jpg | Read |
| Данные создания | Xis | Запись |
| Автор | C | Добавление |
| Последнее изменение | 0030 JavaTruncate | |
| protection | class | Delete |
| Close |
| File type | Usual extension | Function | |
|---|---|---|---|
| Исполняемый | exe, com, bin | Чтение для запуска программы на машинном языке | |
| Object | obj, o | Скомпилировано, машинный язык не связан | |
| Source Code | C, java, pas, asm, a | Source code in various languages | |
| Batch | bat, sh | Commands to the command interpreter | |
| Text | txt, DOC | Текстовые данные, документы | |
| текстовый процессор | WP, TEX, RRF, DOC | Различные форматы процессора. 0031 | |
| Multimedia | MPEG, MOV, RM | для содержания аудио/видео информации | |
| Markup | XML, HTML, TEX | . a ,so, dll | Содержит библиотеки подпрограмм для программистов |
| Печать или просмотр | gif, pdf, jpg | Это формат для печати или просмотра ASCII или двоичного файла. |
КАТАЛОГ ФАЙЛОВ:
Коллекция файлов представляет собой файловый каталог. Каталог содержит информацию о файлах, включая атрибуты, местоположение и владельца. Большая часть этой информации, особенно касающаяся хранения, управляется операционной системой. Каталог сам по себе является файлом, доступным для различных процедур управления файлами.
Информация, содержащаяся в каталоге устройств:
- Имя
- Тип
- Адрес
- Длина тока
- Максимальная длина
- Дата Последняя доступная
- Дата Последняя обновленная
- Идентификатор владельца
- Информация о защите
Операция. Преимущества обслуживания каталогов: ОДНОУРОВНЕВЫЙ КАТАЛОГ ДВУХУРОВНЕВЫЙ КАТАЛОГ ТРЕВООБРАЗНЫЙ КАТАЛОГ : МЕТОДЫ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ФАЙЛОВ : 1. Непрерывное размещение — Недостаток – 2. Связанное распределение (несмежное распределение) – Недостаток – 3. Индексированное размещение – Управление свободным пространством на диске : Так же, как пространством, выделенным для файлов, необходимо управлять, так и пространством, которое в данный момент не выделено ни для одного файла, необходимо управлять. Чтобы выполнить любой из методов размещения файлов, необходимо знать, какие блоки на диске доступны. Таким образом, нам нужна таблица размещения дисков в дополнение к таблице размещения файлов. Ниже приведены подходы, используемые для управления свободным пространством. В этом векторе каждый бит соответствует определенному блоку, и 0 означает, что этот конкретный блок свободен, а 1 означает, что блок уже занят. Битовая таблица имеет то преимущество, что относительно легко найти один или непрерывную группу свободных блоков. Таким образом, битовая таблица хорошо работает с любым из методов размещения файлов. Еще одним преимуществом является то, что он как можно меньше. Эта статья предоставлена Aakansha yadav 
Создать файл
В этом каталоге поддерживается один общий каталог для всех пользователей.
В этом отдельном каталоге для каждого пользователя поддерживается.
Каталог поддерживается в виде дерева. Поиск эффективен, а также есть возможность группировки. У нас есть абсолютный или относительный путь к файлу.
Единый непрерывный набор блоков выделяется для файла во время создания файла. Таким образом, это стратегия предварительного распределения с использованием порций переменного размера. В таблице размещения файлов требуется только одна запись для каждого файла, показывающая начальный блок и длину файла.
Этот метод лучше всего подходит с точки зрения отдельного последовательного файла. Одновременно можно считывать несколько блоков, чтобы улучшить производительность ввода-вывода для последовательной обработки. Также легко получить один блок. Например, если файл начинается с блока b, а требуется i-й блок файла, его местоположение во вторичном хранилище просто равно b+i-1.
Распределение осуществляется на основе отдельных блоков. Каждый блок содержит указатель на следующий блок в цепочке. Опять же, в таблице файлов требуется только одна запись для каждого файла, показывающая начальный блок и длину файла.
Хотя предварительное выделение возможно, чаще просто выделяют блоки по мере необходимости. Любой свободный блок может быть добавлен в цепочку. Блоки не обязательно должны быть непрерывными. Увеличение размера файла всегда возможно при наличии свободного места на диске. Внешней фрагментации нет, потому что требуется только один блок за раз, но может быть внутренняя фрагментация, но она существует только в последнем дисковом блоке файла.
Он решает многие проблемы непрерывного и связанного распределения. В этом случае таблица размещения файлов содержит отдельный одноуровневый индекс для каждого файла: Индекс имеет одну запись для каждого блока, выделенного для файла.
Распределение может осуществляться на основе блоков фиксированного размера или блоков переменного размера. Размещение блоками устраняет внешнюю фрагментацию, тогда как размещение блоками переменного размера улучшает локальность. Этот метод размещения поддерживает как последовательный, так и прямой доступ к файлу и, таким образом, является наиболее популярной формой размещения файлов.
Каждая запись для 0 соответствует свободному блоку, а каждая 1 соответствует используемому блоку.
Например: 00011010111100110001 CSC — File System
Детали программы
12 АТАР Справочная информация
Управление пространством
Имена файлов
Каталоги
Дальнейшие исследования
