Организация файловой структуры хранения информации

Любая информация на магнитных носителях (дисках), в том числе и ОС, хранится в виде файлов.

Файл – информационный массив произвольной длинны, расположенный на магнитном носителе и имеющий наименование (спецификацию).

Особенность хранения информации на магнитных дисках в том, что файлы на них размещаются порционно (фрагментарно). Это обусловлено тем, что любой магнитный диск представляет собой физическую систему концентрически расположенных дорожек, которые выполнены в виде секторов.

сектор

Дорожка (трек) – последовательность секторов, расположенных на одном расстоянии (радиусе) от центра диска.

Любая информация (содержимое конкретного файла) разбивается ОС на порции, соизмеримые с размером непрерывной области (секции трека), тогда общий объем, занимаемой на носителе памяти будет равен общему объему информации, деленному на объем одного сектора. При этом определяется количество фрагментов, используемых для его хранения, т.е. секторов, либо кластеров.

Сектор – физическая единица хранения информации на магнитном диске, т.е. отрезок конкретного трека (дорожки).

В противовес геометрической интерпретации диска, секторы всех дорожек имеют одинаковый размер. Размер определяется как 2ⁿ, приnв диапазоне:. Следовательно, размер сектора колеблется в диапазоне от 2⁷=128 до 1024 единиц хранения. В виду недостаточно большого объема сектора возможно объединение нескольких последовательно расположенных на одной дорожке в кластер. Первые магнитные диски имели небольшую плотность выражаемую в цифру как 30 дорожек по 30 секторов: 30/30. В настоящее время плотность записи существенно увеличена, т.е. количество секторов и дорожек возрастает с совершенствованием технологий записи. В любом случае каждый сектор каждой дорожки имеет свой собственный номер для возможности обращения к нему. Определение номера каждого конкретного сектора помогает выполнить специальная таблица размещения файлов илиFAT-таблица. ПервыеFAT-таблицы под названиемFAT16 позволяли в качестве адресов каждого сектора использовать двухбайтовое обозначение, при этом максимальное количество адресов определялось пределом 65536. При увеличении плотности записи количество секторов на диске существенно возрастало на порядки, что привело к необходимости вместо секторов использовать кластеры.

Кластер – минимальная единица адресации информации на дисках, физически реализуемая последовательностью непрерывных секторов одной дорожки.

Все кластеры конкретного диска имеют фиксированный размер равный 2^m, где.

Лекция №8

Указанные размеры позволяют использовать для адресации файлов таблицы размещения традиционного варианта FAT32, однако, при размерах дисковых пространств в гига и терабайтах, размеры кластеров 16-ти разрядной нумерации становятся настолько значительными, что использование их для размещения множества файлов как больших, так и небольших по размеру все равно ограничивается традиционным количеством 65536. При этом площадь свободных компонентов кластеров на диске может достигать 40% всего дискового пространства, т.к. последний из кластеров под каждый файл остается практически мало заполненным. Выход из этого положения был найден переходом к использованию 32-х разрядных таблиц (FAT32), когда под нумерацию каждого кластера отводится двоичная ячейка в 32 разряда: 2³². Это значение 2³²=4294967296 позволяет существенно уменьшить размер каждого кластера (для 16-ти разрядных таблиц достигал 64 Кбайт, для 32-х разрядных уменьшился практически на порядок). Использование 32-х разрядныхFATтаблиц позволяет размер каждого кластера сделать оптимальным, но основной недостаток новых таблиц в том, что старые системы поиска файлов с помощьюFAT16 напрямую использоваться не могут, требуют специальных дополнительных программных модулей (преобразователей). Для человека размещение и поиск любой информации, в том числе и файлов, удобнее в иерархическом варианте:

Поэтому связь файлов, объединенных человеком в каталоги (папки), и системой размещения их на дисках может быть выражена следующей схемой:

Каталог (подкаталог)

Файл (спецификация, №1 кластера)

№2 кластера
			№4 кластера

		№3 кластера		№5 кластера
					FFFF

Схема определяет, что спецификации любого файла, указанного в папке (каталоге подкаталоге), указывается операционной системой лишь номер первого кластера, с которого начинается файл. При обращении к файлу, например, считывание его, происходит обращение к FATтаблице и из ячейки, номер которой указан в спецификации файла, считывается номер второго кластера и информация, размещенная в нем, а также номер третьего кластера с продолжением. Цепочка работает до тех пор, пока в предпоследней ячейке таблицы не будет указан номер завершения чтения, что приведет к прекращению выборки информации из кластеров. В виду чрезвычайной важностиFATтаблицы хранятся в двух экземплярах, т.к. разрушение таблицы приводит к практически полной потере информации на диске. С точки зрения операционных систем работа с файловыми структурами являются основополагающей для хранения и обработки информации.