3.2. Типы файловых систем

В настоящее время используется несколько типов файловых систем.

1. Файловая система FAT (File Allocation Table) – это таблица размещения файлов Ms Dos и Windows 9х. Система имеет низкую отказоустойчивость. Если при работе с FAT произойдет отключение питания, то велика вероятность потери данных. Преимуществом FAT являются широкая распространенность и поддержка большинства операционных систем. Различают FAT16 и FAT32, которые используют для адресации 16 и 32 бита соответственно.

2. Файловая система HPFS (HIGH Perfomance File System), разработка компании Microsoft, позволяет преодолеть ряд недостатков FAT:

• использовать имена файлов до 255 символов с прописными и заглавными буквами;

• располагать информацию о файле рядом с самим файлом, что увеличивает скорость поиска файла и работы с ним;

• устранять фрагментацию файлов, приводящую к снижению быстродействия системы и износу дисков;

• уменьшать затраты памяти, вызванные большими размерами кластеров.

3. Файловая система NTFS (New Technology File System) – разработка компании Microsoft, является развитием файловой системы HPFS. Она поддерживает диски объемом до 16777216 терабайт и содержит две копии MTF (Master File Table) с системой транзакций. Способ хранения файлов в системе аналогичен способу хранения информации в системах управления базами данных, использующих механизм транзакций. Транзакция – это последовательность элементарных операций, которая может быть либо выполнена полностью, либо полностью отменена. Такой подход гарантирует защиту от нарушения файловой структуры даже при выключении питания компьютера. Однако поддержка механизма транзакций в файловой системе требует дополнительных затрат времени процессора и снижает производительность компьютера, что являлось основным фактором, сдерживающим широкое распространение системы NFTS для персональных компьютеров. Компьютеры, оснащенные оперативной памятью от 64 Мб и процессорами Celeron и лучше, имеют достаточный запас производительности для использования NFTS. NFTS гарантирует сохранность данных в случае копирования, перемещения и удаления файлов или папок, даже, если при этом произойдет программно-аппаратный сбой или отключение электропитания.

4. Файловая система EXT2FS поддерживает операционную систему Linux. Эта система позволяет использовать имена файлов длиной до 255 символов и различает символы заглавных и прописных букв.

Некоторые современные файловые системы используют журналирование, заимствованное из мира баз данных, которое призвано улучшить восстановление после сбоев в работе системы. Дисковые транзакции последовательно записываются в специальную зону диска, называемого журналом, или логом, перед тем как записаться в конечные пункты своего назначения в файловой системе. Реализации файловых систем варьируются на уровне того, какие данные записываются в журнал. Некоторые записывают только метаданные, другие записывают в журнал все данные.

Если сбой происходит перед внесением записи в журнал, то первоначальная версия файла сохраняется на диске, а теряются только не сохраненные изменения. Если система «падает» в момент обновления данных на диске (т.е. после внесения записи в журнал), то запись в журнале показывает, что планировалось сделать. Поэтому после перезагрузки системы прочитываются журнальные записи и прерванные операции записи на диск доводятся до своего логического конца. В любом случае останутся неповрежденными данные, и можно будет обойтись без засорения и/или разрушения дисковых разделов.

На данный момент заслуживают внимания три журналируемые файловые системы.

Первая – это ext3 разработана Stephen Tweedie, одним из ведущих разработчиков ядра. Она добавляет функцию журналирования в ext2. Файловая система ext3 является прямым потомком ext2. Одна из самых ценных ее особенностей – это 100%-ная обратная совместимость с ext2, так как ext3 – это не что иное, как ext2 с поддержкой журналирования. Недостатком ext3 является то, что в ней не реализована вся та функциональность современных файловых систем, которая повышает скорость манипулирования данными и качество их распределения на дисках.

Вторая – XPS создана компанией SGI. Версия 1.0 вышла в 2001г. Эта файловая система доказала свою работоспособность, функционируя в качестве основной файловой системы на машинах, работающих под IRIX, которые поставлялись всем клиентам SGI. Система XPS выпущена под GPL.

Третья – ReiserFS. Ее разработчик – Namesys. Оригинальная файловая система с новыми революционными принципами.

Файловая система, реализованная в Windows разработана с тем расчетом, чтобы она соответствовала особенностям многозадачной природы ядра системы. В ней реализованы:

• повышенный комфорт в работе, который достигается за счет снятия жестких ограничений на длину имен файлов, которые теперь могут достигать 255 символов, и введения такой возможности, как скрытые расширения имен. Но для сохранения совместимости со старыми приложениями расширения не уничтожаются, по умолчанию они не отображаются, но, если установить соответстствующие параметры, их можно увидеть в окне Панель управления  Вид  Параметры  Просмотр. Имена могут содержать пробелы и любые символы за исключением ? \ * “;,< > /, так как эти символы выполняют специальные функции, например, функции шаблона. Можно использовать составные расширения, например, Report.Model.1996.doc. В локальной версии (русифицированной) в именах можно использовать буквы русского алфавита, прописные и строчные буквы не различаются.

• Для приложений, разработанных для предыдущих версий Windows и Ms Dos, встроены следующие принципы именования файлов:

• для каждого файла, имеющего длинное имя, обязательно создается по специальным правилам короткое, с помощью которого файл идентифицируется традиционными приложениями. Доступ к файлу осуществляется как с помощью длинного, так и с помощью короткого имен;

• длинное имя может содержать все те же символы, что и короткое, а также: знак плюс (+), точку с запятой (;), запятую (,), знак равенства (=), квадратные скобки ([ ]);

• пробелы, расположенные в начале и в конце имени, игнорируются;

• система сохраняет использованные в длинных именах строчные буквы, не преобразуя их в прописные.

• Файловая система Windows основана на папках. Папка может содержать файлы и другие папки, т.е. файловая система имеет иерархическую структуру.

• Повышенная скорость работы. Это связано с преимуществом файловой системы ввода/вывода, построенной на использовании 32-битного кода защищенного режима, а также «интеллектуального» 32-битного механизма кэширования.

• Повышенная стабильность и надежность системы, так как файловая система Windows реализована как набор драйверов устройств в виде 32-битного кода защищенного режима.

• В Windows реализована поддержка атрибутов даты и времени, а именно: Windows проставляет не только дату и время создания файла, но и его изменения и дату и время последнего открытия. Эти атрибуты выводятся на бланке свойств файла. Windows поддерживает универсальный формат времени (Uts-формат), что позволяет более эффективно отслеживать «временную» информацию, касающуюся файлов, передаваемых по сетям, работающим в разных часовых поясах.

• Форматирование дискет в Windows не вызывает остановки всех остальных задач и может производиться в фоновом режиме.

• Файловая система Windows характеризуется многоуровневой архитектурой, поддерживающей несколько файловых систем и обеспечивающей защиту на пути от приложения к устройству.

Файловая система Windows состоит из следующих компонентов:

• диспетчера настраиваемой файловой системы, который отвечает за управление доступом к различным компонентам файловой системы;

• драйверов файловой системы, контролирующих доступ к дисковым устройствам;

• подсистемы ввода-вывода, отвечающей за взаимодействие с дисковыми устройствами;

• диспетчера ввода-вывода, отвечающего за очередность запросов на файловый сервис.