Структурная организация файлов
Существует множество разновидностей структурной организации файлов. Наиболее популярные:
1. Файл, как последовательность байтов (обмен от 1 до фиксированного числа байтов) Т.е. файл – это набор данных, практически не имеющих никакой структуры. Соответственно вопрос выделения логической структуры – это уже проблема пользователя. Пользователь записывает данные, как последовательность байтов, считывает их и сам уже интерпретирует. Как ни странно, на сегодняшний день – это одна из самых распространенных моделей структурной организации файлов. Таким образом организуются файловые системы Unix, Windows, т.е. файл там может быть представлен как просто последовательность байтов
2. Файл, как последовательность записей переменной длины (обмен в терминах записи, информация в виде последовательности записей, поле данных + символ конца записи, последовательный доступ) В этом случае каждая запись, кроме содержательной информации, должна была иметь некоторую специальную информацию. эта специальная информация могла быть либо полем, которому указывалась длина записи, либо специальная информация могла представляться в виде специального кода - маркера конца или начала записи. При такой организации внутренней фрагментации практически не было, за исключением тех потерь, которые приходились на разметку файла по записи, т.е. либо указатели длины, либо маркеры начала и конца. В этом плане эффективность организации хранения была относительно хорошей. С другой стороны такая организация исключала прямой доступ к записи. Т.е. для того, чтобы добраться до i-ой записи нужно было промотать все предыдущие: либо пересчитать маркеры начала и конца, либо пробежаться по списку через указатели длины. Файлы такой организации имели сложность с точки зрения редактирования, т.е. изменение длины существующей записи с большой вероятностью приводило к проблеме. Поскольку увеличение записи – это вообще затруднительная операция, а уменьшение – тоже есть некоторая проблема. Т.е. есть какая-то внутренняя проблема, которая приводила к неэффективности редактирования такого рода файлов. Записи постоянной длины организованы были так, что в пределах размера записи никаких проблем не возникало. Проблемы возникали только в том случае, если происходило либо удаление записи, либо вставка новой записи.
3. Файл, как последовательность записей постоянной длины (обмен в терминах записей постоянной длины) Исторически этот вариант структурной организации появился из-за использования такого носителя информации, как перфокарты. Т.е. было удобно делать файл, который был прямым аналогом колоды перфокарт. Соответственно это означает, что читать из файла или писать данные в этот файл система позволяла порциями размером в 80 байт. Понятно, что такая организации файла достаточно эффективна по скорости доступа, т.е. был прямой доступ к любой записи, потому что координаты записи внутри вычислялись всегда очень просто: (номер записи)*(размер записи). С другой стороны – внутренняя фрагментация. Один байт используется в записи и вся запись размером в 80 байтов становится занятой.
4. Иерархическая организация файла (дерево) (поиск, сортировка и т.д. осуществляется по ключам). Суть: структура файла представима в виде дерева. В каждом узле этого дерева находится информация о записи. Информация о записи – это два содержательных поля: поле ключа и поле данных. Соответственно дерево организовано таким образом, что в нем оптимизирован доступ к записям по указанию ключа, т.е. записи отсортированы по одинаковым ключам, и разные ключи отсортированы по возрастанию ключей. Поле данных может быть произвольного размера. Место расположения записи может быть в общем случае произвольно, т.е. ФС может разместить запись, где захочет, по своим каким-то критериям. имеются накладные расходы, связанные с древовидной организацией - с организацией ключей. Обычно, это достаточно специализированные ФС, которые используются или могут использоваться в высокопроизводительных, либо специальных ВС.
Дерево, в узлах записи
(возможно переменной длины)
. 
Атрибуты файла
имя
права доступа
персонификация (создатель, владелец)
тип файла
размер записи
размер файла
указатель чтения / записи
время создания
время последней модификации
время последнего обращения
предельный размер файла
.....
Полный состав атрибутов файла и способ их представления определяется конкретной файловой системой.
Основные правила работы с файлами
Операционная система и файловая система обеспечивают регистрацию возможности того или иного процесса работать с содержимым файлов. «Сеанс работы» с содержимым файла:
Начало «открытие» файла (регистрация в системе возможности работы процесса с содержимым файла)
Открытие – создание внутрисистемной структуры данных, кот. описывает состояние этого файла, проверяет права доступа, объявляет операционной системе тот факт, что с данным файлом будет работать тот или иной процесс. При открытии файла система формирует внутренние наборы данных, необходимые для работы с содержимым файла.
Работа с содержимым файла, с атрибутами файла
Завершение «закрытие» файла – информация системе о завершении работы процесса с «открытым» файлом
Закрытие файла. Закрытие файла - информация операционной системе о том, что работа с файлом завершена.
Операция закрытия файла имеет 2 вида:
закрыть и сохранить текущее содержимое файла;
уничтожить файл.