Управление файловой системой (фс)
С точки зрения ОС все данные, хранящиеся на устройствах долговременной памяти ЭВМ, являются файлами.
Файл - это именованная совокупность данных, размещенная на внешнем носителе (файл — поименованная последовательность байтов).
Файловая система (англ. file system) — правила, определяющие способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. ФС определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная ФС определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.
Именно ФС устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).
Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:
1. именование файлов;
2. программный интерфейс работы с файлами для приложений;
3. отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
4. организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
5. содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами
6. В многопользовательских системах: 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».
Практически всегда файлы на дисках объединяются в каталоги (папки). Каталог (directory — алфавитный справочник) или директория — файл, содержащий записи о входящих в него файлах. Каталоги могут содержать записи о других каталогах, образуя древовидную структуру.
С точки зрения ОС, весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше 4096 байт). Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и папки. Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.
Кластер (cluster) — логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Например, на дисках с размером секторов в 512 байт, 512-байтный кластер содержит один сектор, тогда как 4-килобайтный кластер содержит восемь секторов. Как правило, это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения файла. Понятие кластер используется в файловых системах FAT, NTFS,
Имя файла. В большинстве ФС имя файла используется для указания к какому именно файлу производится обращение. В FAT32, NTFS имя файла ограниченно 255 символами
Для MS Windows в имени файла разрешены заглавные и строчные буквы, цифры, некоторые знаки препинания, пробел. Запрещены символы > < | ? * / \ : ".
Расширение имени файла (часто расширение файла или расширение) в ФС FAT32, NTFS MS Windows используется для определения типа файла. Оно позволяет ОС определить, каким приложением следует открывать данный файл. По умолчанию в расширение скрыто от пользователя.
Накопителям на дисках присваиваются имена, состоящие из двух символов: буквы латинского алфавита и символа «:» (двоеточие). За дискетами, носителями на мягких (floppy) дисках, зарезервированы имена А: и В:. Жестким дискам присвоено имя С:, D: и т.д. Часто винчестер «делят» на несколько частей. В этом случае физический диск как бы перестает существовать как единое целое, а представляет собой несколько логических областей (разделов) томов каждый из которых обладает всеми атрибутами самостоятельного диска: имеет имя, загрузочную область, таблицу расположения файлов, корневой каталог. В этом случае первому из логических дисков присваивается имя С:, а остальным последующие буквы латинского алфавита. Если ПК снабжен устройством для работы с компакт-дисками (CD-ROM, DVD-ROM), то его именем становится первая незанятая жесткими и логическими дисками буква. Подключенным к ПК устройствам типа Zip, съемный жесткий диск, flash-память и стример также присваиваются имена дисков.
Под полным именем файла понимается точный адрес его расположения на диске.
с:\windows\command\country.sys
говорит о том, что файл country.sys находится в каталоге command каталога windows корневого каталога диска С:.
Таким образом, общий вид полного имени файла можно представить как
[имя диска:][\путь\]<имя файла>,
В некоторых ФС предусмотрены атрибуты - свойства файла. READ ONLY - только для чтения, HIDDEN-скрытый , SYSTEM-системный ... В NTFS все атрибуты, в том числе и содержимое.
Для файла могут быть определены следующие временные метки:
Время создания , Время модификации , Время последнего доступа
В некоторых ФС предусмотрено указание на владельца файла, и группу владельца.
Практически атрибуты не влияют на возможность доступа к файлам, для этого в некоторых ОС (NTFS) существуют права доступа.
FAT32 (от англ. File Allocation Table — «таблица размещения файлов») — это последняя версия ФС FAT, разработанной компанией Microsoft (появилась вместе с Windows 95 OSR2). Использует 32-разрядную адресацию кластеров. FAT32 появилась вместе с Windows 95 OSR2. Максимально возможное число кластеров в FAT32 равно 268 435 445, что позволяет использовать тома (логические диски) объёмом до 8 ТБ. При использовании размера сектора, равного 32768 байт, максимальный размер тома составит чуть менее 1024 ТБ. Хотя размер сектора может быть любым, традиционно он считается равным 1 сектору диска и равен 512 байт
NTFS (от New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная ФС для семейства ОС MS Windows NT. Журналируемая ФС в ней осуществляется ведение журнала, хранящего список изменений и, в той или иной степени, помогающего сохранить целостность файловой системы при сбоях.
Для размещения данных на различных видах носителей используются различные виды фс.
При размещении информации на НЖМД одновременно может использоваться несколько фс. Это обеспечивается благодаря тому, что один физический диск может содержать один или несколько логических дисков (C, D, E, F и т.д.).
При подготовке к работе НЖМД специальными программами форматирования может быть разделен на один или несколько основных разделов и один расширенный раздел. Основной раздел содержит один логический диск, а расширенный может содержать несколько логических дисков. Разбиение осуществляется программой fdisk, которая в том или ином виде существует в любой ОС для ПК. Разбиение диска на разделы обычно сопровождается уничтожением всей имеющейся на нем информации. Однако существуют программы, позволяющие переразбить диск на разделы без потери информации. Логический диск C: ассоциирован с одним из основных разделов (если их несколько). За счет разбиения физического диска на несколько логических дисков на одном ПК может использоваться несколько ОС и несколько файловых систем.
Для последующего использования каждый логический диск должен быть отформатирован программой format. При форматировании на логическом диске создается та или иная фс. Если на логическом диске создана фс, которая не поддерживается данной ОС, то работать с этим логическим диском под управлением данной ОС нельзя.
1.Форматирование диска на низком уровне (низкоуровневое форматирование). Это единственный «настоящий» метод форматирования диска. При этом процессе на жестком диске создаются физические структуры: треки (дорожки), сектора, управляющая информация. Этот процесс выполняется заводом-изготовителем на пластинах, которые не содержат ещё никакой информации. на магнитную поверхность диска наносятся так называемые сервометки — служебная информация, которая используется для позиционирования головок жёсткого диска.
2.Разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объём винчестера на логические диски .Этим обычно занимается ОС, и метод разбиения сильно зависит от ОС.
3.Высокоуровневое форматирование зависит как от типа ОС, так и от утилиты. Процесс записывает логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов, а также, в некоторых случаях, системные загрузочные файлы в начало диска. Это форматирование можно разделить на два вида: быстрое и полное. При быстром форматировании перезаписывается лишь таблица ФС, при полном же — сначала производится верификация (проверка) поверхности накопителя, а уже потом производится запись таблицы ФС.
Пространство для размещения файлов выделяется отдельными блоками - кластерами. Файл может занимать один или несколько кластеров. В разных фс кластеры имеют разный размер. Разные фс выделяют кластеры для размещения файлов по-разному. Файл может занимать несмежные кластеры. Поэтому его части могут быть разбросаны по диску, что снижает скорость доступа к нему. Для более эффективного доступа к данным файла следует стремиться, чтобы он занимал соседние кластеры. Для этого используют специальные программы дефрагментации диска.
Разные файловые системы обеспечивают разный уровень ограничения доступа к файлам. В FAT32 уровень защиты низкий. Намного более эффективные способы защиты файлов предоставляет файловая система NTFS. Свои эффективные, высоконадежные файловые системы поддерживаются также в ОС Linux.