ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (СГУПС)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Л Е К Ц И И

 

 

 

 

 

«Информатика и программирование»

1. Файловые системы, файлы, директории, пути

 

Файловая система - функциональная часть операционной системы, отвечающая за обмен данными с внешними устройствами хранения информации. Также файловой системой называют всю совокупность файлов на диске и взаимосвязи между ними.

Типы файловых структур:

Одноуровневая - простая последовательность файлов на носителе. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь его имя. Данные файловые структуры используются на простейших учебных компьютерах, оснащенный лишь дисководами гибких дисков.

Многоуровневая (иерархическая) - древовидный способ организации файлов на диске. Можно провести аналогию с "бумажным" способом хранения данных. В такой аналогии файл представляется как некоторый озаглавленный документ. Следующий по величине элемент файловой структуры - каталог. Его можно представить как папку, в которую можно вложить "листы"-файлы. Каталог также может входит в другой, высший каталог. Каталог самого верхнего уровня, который не вложен ни в какие другие, называется корневым каталогом.

Путь к файлу на диске - это последовательность, состоящая из имен каталогов, начиная от корневого и заканчивая тем, в котором непосредственно хранится файл.

Полное имя файла - это последовательно записанные имя логического диска, путь к файлу, имя данного файла. Короткое имя файла - это само имя файла. Оно используется в одноуровневых файловых системах, или в том случае, если необходимый файл находится в активной (или текущей) директории.

FAT16 (MS-DOS)

Одно из понятий файловой системы MS DOS - логический диск, имеющий своё уникальное имя (A-B – для флоппи -дисков, С-Z – винчестер). Системными могут быть только A и С.

Для обеспечения доступа к файлам - файловая система MS DOS организует и поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру.

Элементы файловой структуры :

- стартовый сектор [сектор начальной загрузки, Boot-сектор] - здесь записана информация, необходимая MS-DOS для работы с диском (идентификатор OS(если диск системный), размер сектора диска, количество секторов в кластере, количество резервных секторов в начале диска и тд)

- таблица размещения файлов [FAT - File Allocation Table] - это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.

- корневой каталог [Root-Directory] - это определенная область диска,создаваемая в процессе инициализации (форматировании) диска, где содержится информация о файлах и каталогах, хранящихся на диске. На одном диске всегда бывает только один корневой каталог.

- область данных (оставшееся свободным дисковое пространство) – представлена как последовательность пронумерованных кластеров.

FAT 32 (Windosw 9x)

Эта файловая система предусматривает ряд специальных областей на диске, выделенных для организации пространства диска в процессе его форматирования - головную запись загрузки, таблицу разбиения диска, запись загрузки, таблицу размещения файлов (от которой система FAT и получила свое название) и корневой каталог.

Сняты ограничения на использование больших винчестеров (более 32 Гб)

Работает сразу с двумя (с любой из двух) таблиц размещения файлов.

На физическом уровне пространство диска разбивается на 512-байт области, называемые секторами. В системе FAT место для файлов выделяется блоками, которые состоят из целого числа секторов и именуются кластерами. Файлам всегда выделяется целое число кластеров. На 1,2-Гбайт жестком диске с 32-Кбайт кластерами в каталоге может быть указано, что размер текстового файла, содержащего слова "hello, world", составляет всего 12 байт, но на самом деле этот файл занимает 32 Кбайт дискового пространства. Неиспользованная часть кластера называется потерянным местом (slack). В небольших файлах почти весь кластер может быть потерянным местом, а в среднем потери составляют половину размера кластера. Один из способов высвобождения пространства на диске - с помощью программ сжатия диска, например DriveSpace, которая выделяет "потерянные места" для использования другими файлами.

Корневой каталог, раньше имевший фиксированный размер и строго определенное место на диске, теперь можно свободно наращивать по мере необходимости подобно подкаталогу. Теперь не существует ограничений на число записей в корневом каталоге.

NTFS (New Technology File System)

- поддерживают операционные системы, базирующиеся на ядре NT - Windows NT 4.0, Windows 2000 и Windows XP. Базисом NTFS является главная таблица файлов (Master File Table, MFT). MFT изначально резервирует под себя одну восьмую часть раздела (примерно 12%). Если место на разделе заканчивается, MFT сокращается в два раза, освобождая для файлов пользователя свободное пространство. Процедура может повторяться несколько раз. При появлении незанятого места MFT снова резервирует под себя 12% от объема раздела, что приводит к нежелательному эффекту - фрагментации MFT. При этом эффективность работы с NTFS-диском падает В NTFS любой элемент является файлом, включая каталоги и главную таблицу файлов. Элемент состоит из двух частей: обязательной записи о нем в MFT и опциональных параметров, называемых потоками. Все данные файла представляют собой опциональные параметры (его содержимое, версия, дата последней модификации, автор и т. д.).  Каталоги в NTFS представляют собой ссылки на другие директории и файлы. Практически нет ограничений при создании логического диска. Дело в том, что объем раздела NTFS теоретически не ограничен, так как он может занимать до двух экзабайт (2 000 000 Гбайт). Кластер не зависит от объема раздела, и стандартом де-факто является объем в 4 Кбайт.

Возможность шифрования была введена в Windows 2000. Система журналирования. Любое действие в разделе NTFS выполняется транзакцией. Транзакция - это пакет операций, который или выполняется полностью или не выполняется совсем, третьего не дано. Любое действие с данными записывается в журнал; из него в случае какого-либо сбоя в дальнейшем можно узнать, какая транзакция не смогла успешно завершиться и почему. Основные объекты NTFS ко всему прочему зеркалируются, т. е. делается резервная копия загрузочной записи и некоторых элементов MFT. Такая логика операций с данными приводит к высокой стабильности файловой системы.  Такой режим работы - с помощью записей и контрольных точек - с одной стороны, по прежнему гарантирует полностью корректную работу журналирования, а с другой стороны практически совершенно не приводит к замедлению работы: простановка контрольных точек производится, считай, мгновенно, а запись в журнал о начале операции соответствует по трудозатратам записи самих данных без отложенного кэширования. Реальная же запись, осуществляемая позже, в подавляющем числе случаев не мешает никаким операциям и не идет в ущерб производительности системы. 

Рассматриваемая файловая система обладает еще одной интересной функцией - возможностью сжатия. Сжатым может быть каталог, файл или даже часть файла. И уплотненный элемент не будет чем-либо отличаться от обычного в понимании приложений, его использующих. Таким образом, достигается увеличение свободного пространства, но время доступа к данным возрастает.