6. Файл. Файловая система,ее задачи. Физический диск. Логический диск. Классификация файлов по функциональному назначению.

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов и (каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. 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, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, 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 (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше)[1]. 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.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Классификация файловых систем

По предназначению файловые системы можно классифицировать на нижеследующие категории.

Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates — в BSD системах.

Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.

Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, HFS, UDF и др.

Виртуальные файловые системы: AEFS и др.

Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.

Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS, exFAT.

Немного выпадают из общей классификации специализированные файловые системы: ZFS (собственно файловой системой является только часть ZFS), VMFS (т. н. кластерная файловая система, которая предназначена для хранения других файловых систем) и др.

Задачи файловой системы

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

именование файлов;

программный интерфейс работы с файлами для приложений;

отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;

содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

В многопользовательских системах появляется ещё одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру, при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

Для хранения информации на ПК обычно применяются жесткие диски или подобные им устройства (флешки, SSD-диски и др.) Внутри одного ПК может быть один жесткий диск, а может их быть несколько.

Но даже если внутри ПК установлен один единственный жесткий диск, то пользователь ПК может видеть несколько дисков. Почему так может происходить?

Дело в том, что физические жесткие диски можно условно разделить на несколько логических жестких дисков. Так что же такое физический диск и логический диск, и чем они отличаются друг от друга?

Физические диски – это настоящее физическое реально существующее устройство, которое, что называется, можно физически подержать в руках, либо дотронуться рукой, например:

жесткий диск внутри компьютера (ноутбука),

внешний жесткий диск, который подключается через порт USB,

флешка.

Жесткий диск можно «разбить» на один, два или более логических дисков. Дотронуться рукой до подобного логического диска никак не получится, поскольку он существует как бы внутри жесткого диска, существует логически, согласно логике и здравому смыслу. Но он не существует физически, так как является частью дискового пространства внутри реального физического устройства.

Если на компьютере работает несколько пользователей, то удобно, чтобы у каждого из них был свой логический диск на жестком диске. Тогда каждый пользователь на таком компьютере хранит свою информацию на своем логическом диске.

Как правило, логические диски на жестком диске имеют имена C:, затем по алфавиту D:, E: и т.д.

Имена A: и B: раньше использовались как имена для гибких дисков (дискет), но сейчас дискеты не актуальны.

Уже стало правилом хорошего тона (по сути, стандартом) следующее:

операционная система хранится на логическом диске C: (его иногда еще называют системным диском),

а остальная информация пользователя ПК хранится на диске D:

При таком раскладе, если с операционной системой «караул, все пропало», тогда восстанавливаем ее на диске C:, не затрагивая информацию на диске D:. Тогда информация пользователя на диске D: (его наработки, «созданные непосильным трудом») останутся в сохранности.

Я не рассматриваю здесь случаи, когда жесткий диск неисправен. Тогда может пропасть все, в том числе, все логические диски, размещенные на таком неисправном физическом устройстве, тоже станут недоступными.

Впрочем, диск D: нужен далеко не всегда (то есть, будет достаточно одного системного диска C:), например:

когда компьютер используется не столько для работы, сколько для досуга;

когда для хранения своих файлов активно используются облачные технологии: Яндекс.Диск, Гугл.Диск, личный кабинет ВКонтакте и пр.