28. Файловые системы

К долговременным устройствам хранения информации предъявляются следующие требования:

1) Устройства должны позволять хранить очень большие объёмы данных.

2) Информация должна сохраняться после прекращения работы процесса, использующего её.

3) Несколько процессов должны иметь возможность получения одновременного доступа к информации.

Для решения этих проблем информация хранится в виде модулей – файлов.

Файл – это совокупность данных, доступ к которой осуществляется по её имени.

В ОС семейства UNIX файл представляет собой более широкое понятие – там файлом называется любой объект, имеющий имя в файловой системе, и они бывают простые (регулярные) и специальные.

Директория, или каталог – средство для преобразования имён файлов в адреса. Также является средством логического структурирования расположения информации на носителе.

В каталоге хранится имя файла и другая информация о файле, такая как его размер и местоположение на диске. Как правило, хранят также дату создания файла, дату его последней модификации, а в многопользовательских системах – идентификатор хозяина этого файла и права доступа к нему для других пользователей. Во многих файловых системах эта информация хранится не в самом каталоге, а в специальной структуре данных – иноде, метафайле и т.д. В этом случае запись в каталоге содержит только имя и указатель на управляющую структуру файла.

Большинство современных ОС позволяет делать вложенные каталоги – файлы, которые сами являются каталогами. В таких системах файл задается полным именем, состоящим из цепочки имен вложенных каталогов и имени файла в последней из них.

Файловая система – часть ОС, работающая с файлами, представляет собой совокупность каталогов, а также системных структур данных, отслеживающих размещение файлов на диске и свободное дисковое пространство.

Современные ОС часто позволяют размещать на одном физическом диске несколько ФС, выделяя каждой из них фиксированную часть диска – раздел (partition) или срез (slice).

Важное свойство файловых систем — поддержка журналирования. Журналируемая файловая система ведёт постоянный учёт всех операций записи на диск. Благодаря этому после сбоя электропитания файловая система всегда автоматически возвращается в рабочее состояние.

Некоторые типы ФС: Ext2/3/4, ReiserFS (подходит для хранения огромного числа маленьких файлов, похожа на базу данных), FAT12/16/32, NTFS.

29. Структуры файловых систем

ФС делятся на простые и «сложные».

– Простые ФС

Наиболее простой файловой системой можно считать структуру, создаваемую архиватором системы UNIX — программой tar.

Tar не упаковывает файлы. Доступ к файлам – последовательный, для доступа к конкретному файлу нужно «промотать» все остальные. Изменение длины файла или его стирание влечёт большие трудности. Поэтому tar используется для того, чтобы собрать файлы с диска в некую единую сущность, например, для передачи по сети или для резервного копирования, а для работы файлы обычно распаковываются на диск или другое устройство с произвольным доступом.

***

В RT-11 каждому файлу выделяется непрерывная область на диске. Благодаря этому в каталоге достаточно хранить адрес первого блока файла и его длину, также измеренную в блоках. При этом порядок записей в каталоге совпадает с порядком файлов на диске, и началом файла считается окончание предыдущего файла. Фактически эта структура отличается от формата tar только тем, что каталог вынесен в начало диска, и существует понятие свободного участка внутри области данных. Но эта простая организация имеет очень серьезные недостатки: проблемы работы с длиной файла и фрагментация.

***

FAT – таблица размещения файлов. В этой таблице каждому блоку, предназначенному для хранения данных, соответствует 12-, 16- или 32-битовое значение, определяющее тип и характер блока (принадлежит ли файлу, первый или последний, плохой и т.д.).

Недостатки:

1) при каждой операции над файлами система должна обращаться к FAT –> изнашивается головка

2) чем больше диск, тем больше FAT.

– Сложные ФС

Основные идеи:

– ФС начинается с заголовка (суперблока), хранящего информацию о размерах дискового тома, указателях на начала системных структур данных и другую информацию.

– ФС разделяют блоки и информацию об их размещении, которую выносят в отдельные структуры и таблицы – иноды, метафайлы и т.д.

– ФС включают в себя символические связи.

В ФС ОС семейства Unix каталог содержит лишь имя файла и номер его инода. Все иноды собраны в одну таблицу. Т.к. инод не содержит имени файла, в подобных ФС один и тот же файл может иметь несколько различных имён.