Файловые системы

Задача файловой системы – обеспечение взаимодействия программ и физических устройств ввода-вывода. Она определяет организацию данных на носителях и правила работы с данными.

Файловая система управляет данными, хранящимися на внешнем носителе, и обеспечивает их совместное использование несколькими пользователями и процессами. Файловая система определяет структуру: хранения файлов и папок на диске; правила задания имен файлов и папок; допустимые их атрибуты и т.п.

Файловая система обеспечивает целостность данных путем контроля идентичности данных при их записи и последующем чтении. Файловую систему рассматривают с двух сторон:

• часть ОС, предназначенную для организации работы с хранящимися на диске данными;

• сами файлы, хранящиеся на устройствах ввода-вывода.

Функциональные возможности файловой системы можно разделить на три группы:

• функции для работы с файлами: создание, удаление, переименование, изменение атрибутов, определение структуры файлов;

• функции для работы с данными: чтение, запись, поиск данных, хранящихся в файлах;

• оптимизация операций ввода-вывода.

Основные понятия, используемые в файловых системах: имена файлов; атрибуты файлов; папки (каталоги); ярлыки.

Имена файлов служат для их идентификации. Пользователи дают файлам символьные имена, учитывая ограничения конкретной ОС на используемые символы и длину имени.

В качестве атрибутов файлов используются характеристики:

• размер, время создания файла;

• информация о доступе, пароль для доступа к файлу;

• время последнего доступа и последнего изменения;

• владелец и создатель файла;

• признаки: для чтения, скрытый, системный, архивный и др.

Папка – специальное место на диске, где хранятся имена файлов, сведения об их размерах, времени последнего обновления и др. свойствах. Папки создаются для удобства работы с файлами, их систематизации по назначению, содержанию, авторству и др. признакам.

Для часто используемых программ используются ярлыки. Ярлыки могут быть созданы для папки, диска, компьютера, принтера.

Ярлык к файлу можно создавать в любой папке, а также и на Рабочем столе. Наличие ярлыков ускоряет и облегчает доступ к программам и документам. Ярлык является лишь ссылкой на документ, и его удаление не приводит к удалению файла.

В рамках обслуживания файловой структуры функции ОС следующие:

• создание и именование файлов и папок, присвоение им имен и регистрация файлов в файловой системе;

• переименование файлов и папок;

• копирование, перемещение, удаление файлов и папок;

• навигация по файловой структуре;

• управление атрибутами файлов.

Типы наиболее известных файловых систем: FAT; HPFS; NTFS; CDFS; EXT2FS.

FAT (File Allocation Table) – продукт фирмы Microsoft, представляющий собой таблицу размещения файлов Ms Dos и Windows 9.х. Существует несколько ее разновидности: FAT16 и FAT32, – используют для адресации 16 и 32 битов соответственно. Преимущество FAT – поддержка большинством ОС и широкая распространенность. Но FAT имеет низкую отказоустойчивость: если при работе произойдет отключение питания, то возможна потеря данных.

Файловой системы FAT предусматривает в процессе форматирования диска выделение двух областей: системной области и области данных.

Компонентами системной области являются загрузочная запись, таблицы размещения файлов, корневой каталог.

Область данных диска содержит файлы и папки. Область данных делится на кластеры, которые представляют собой пронумерованные неделимые блоки данных одного размера.

В начале диска размещается таблица FAT, содержащая столько записей, сколько кластеров доступно на диске. Таблица FAT содержит сведения о номерах кластеров, в которых размещается файл. В ней отмечаются используемые кластеры, неиспользуемые кластеры, кластеры, содержащие нулевую информацию, поврежденные кластеры, которые помечаются определенным образом.

HPFS (High Performance File System), разработка компании Microsoft, позволяет преодолеть ряд недостатков FAT:

• использовать имена файлов до 255 символов с прописными и заглавными буквами;

• располагать информацию о файле рядом с файлом, что увеличивает скорость поиска файла и работы с ним;

• устранять фрагментацию файлов, приводящую к снижению быстродействия системы и износу дисков;

• уменьшать затраты памяти, вызванные большими размерами кластеров.

NTFS (New Technology File System) – разработка компании Microsoft для Windows NT, которая является развитием файловой системы HPFS. Достоинства системы:

• поддерживает длинные имена файлов, диски объемом до 16777216 терабайт;

• гарантирует сохранность данных в случае копирования при программно-аппаратном сбое;

• предоставляет средства для разграничения доступа и защиты информации;

• обеспечивает построение компьютерных систем от рабочей станции до сервера;

• превосходит FAT по скорости работы и эффективности использования ресурсов;

• способ хранения файлов аналогичен способу в системах управления базами данных, использующих механизм транзакций.

Файловая система CDFS (Compact Disk File System) – специальная файловая система для CD-ROM.

Файловая система EXT2FS поддерживает операционную систему Linux.