26. Назначение и понятие файловой системы. Примеры конкретных файловых систем в ос

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

совокупность всех файлов на диске,

наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, Windows NT в своей новой файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.

При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен.

Длинные имена поддерживаются не только новыми файловыми системами, но и новыми версиями хорошо известных файловых систем. Например, в ОС Windows 95 используется файловая система VFAT, представляющая собой существенно измененный вариант FAT. Среди многих других усовершенствований одним из главных достоинств VFAT является поддержка длинных имен. Кроме проблемы генерации эквивалентных коротких имен, при реализации нового варианта FAT важной задачей была задача хранения длинных имен при условии, что принципиально метод хранения и структура данных на диске не должны были измениться.

Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов. В некоторых системах одному и тому же файлу не может быть дано несколько разных имен, а в других такое ограничение отсутствует. В последнем случае операционная система присваивает файлу дополнительно уникальное имя, так, чтобы можно было установить взаимно-однозначное соответствие между файлом и его уникальным именем. Уникальное имя представляет собой числовой идентификатор и используется программами операционной системы. Примером такого уникального имени файла является номер индексного дескриптора в системе UNIX.

28. Логическая организация файловых систем FAT16/FAT32: файл, каталог. Команды управления файлами: просмотр каталога, создание/удаление каталога, смена каталога, копирование/переименование файла, удаление файла.

29. Физическая организация файловых систем FAT16/FAT32: кластер, структура FAT-таблицы. Средства ОС Windows для создания файловой системы.

Аббревиатура FAT (file allocation table) означает «таблица размещения файлов». Этот термин относится к линейной табличной структуре со сведениями о файлах – именами файлов, их атрибутами и другими данными, определяющими местоположение файлов или их фрагментов в среде FAT. Элемент FAT определяет фактическую область диска, в котором хранится начало физического файла.

В файловой системе FAT логическое дисковое пространство любого логического диска делится на две области: - системную область; - область данных. Системная область создается при форматировании и обновляется при манипулировании файловой структурой. Область данных содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому, и доступна через пользовательский интерфейс. Системная область состоит из следующих компонентов: - загрузочной записи; - зарезервированных секторов; - таблицы размещения файлов (FAT); - корневого каталога. Таблица размещения файлов представляет собой карту (образ) области данных, в которой описывается состояние каждого участка области данных. Область данных разбивается на кластеры. Кластер – один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (только в области данных). В таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу (некорневому каталогу), связываются в цепочки. Для указания номера кластера в системе управления файлами FAT16 используется 16-битовое слово, следовательно, можно иметь до 65536 кластеров. Кластер – минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу или некорневому каталогу. Файл или каталог занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью, что приведет к заметной потере дискового пространства при большом размере кластера. Так как FAT используется при доступе к диску очень интенсивно, она загружается в ОЗУ и находится там максимально долго. Корневой каталог отличается от обычного каталога тем, что он размещается в фиксированном месте логического диска и имеет фиксированное число элементов. Для каждого файла и каталога в файловой системе хранится информация в соответствии со следующей структурой: - имя файла или каталога – 11 байт; - атрибуты файла – 1 байт; - резервное поле – 1 байт; - время создания – 3 байта; - дата создания – 2 байта; - дата последнего доступа – 2 байта; - зарезервировано – 2 байта; - время последней модификации – 2 байта; - номер начального кластера в FAT – 2 байта; - размер файла – 4 байта. Структура системы файлов является иерархической. Файловая система FAT32  FAT32 является полностью независимой 32-разрядной файловой системой и содержит многочисленные усовершенствования и дополнения по сравнению с FAT16. Принципиальное отличие FAT32 заключается в более эффективном использовании дискового пространства: FAT32 использует кластеры меньшего размера, что приводит к экономии дискового пространства. FAT32 может перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT вместо стандартной. Расширенная загрузочная запись FAT32 позволяет создавать копии критических структур данных, что повышает устойчивость дисков к нарушениям структуры FAT по сравнению с предыдущими версиями. Корневой каталог представляет собой обычную цепочку кластеров, поэтому может находиться в произвольном месте диска, что снимает ограничение на размер корневого каталога.

Список команд включаетс в сябя наиболее полный перечень, представленный не только внутренними командами CMD, но и утилитами командной строки. В разных версиях операционных систем семейства Windows набор команд, их входные параметры, синтаксис и отображение результатов могут различаться. Одна и та же утилита командной строки может присутствовать в стандартной поставке одной версии Windows, но отсутствовать или входить в состав, например, Resource Kit для другой. Некоторые из приведенных команд, устарели, и не поддерживаются в современных операционных системах. Названия некоторых команд являются ссылками и ведут на страницу с подробным описанием и примерами использования.  APPEND - позволяет программам открывать файлы данных из указанных папок так, как будто они находятся в текущей папке.  ARP - просмотр и изменение таблиц ARP (Address Resolution Protocol) ASSOC - просмотр или изменение сопоставлений расширений файлов приложениям AT - управление планировщиком задач ATTRIB - изменение атрибутов файлов BCDBOOT - копирование в системный раздел файлов загрузки и создание нового хранилища конфигурации загрузки (BCD) BCDEDIT - редактирование хранилища данных конфигурации загрузки (BCD) BOOTCFG - редактирование параметров загрузки в файле boot.ini BOOTSECT - редактирование загрузочных секторов для обеспечения загрузки NTLDR или BOOTMGR CACLS - редактирование списков управления доступом к файлам (ACL - Access Control List) CALL - вызов из командного файла подпрограмм или других командных файлов CD - смена каталога (Change Directory) CHANGE - изменение настроек сервера терминалов. Контексты - LOGON, PORT, USER CHCP - просмотр или изменение текущей кодовой страницы CHGLOGON - изменение настроек сервера терминалов, аналогично CHANGE LOGON CHGPORT - изменение настроек сервера терминалов, аналогично CHANGE PORT CHGUSR - изменение настроек сервера терминалов, аналогично CHANGE USER CHKDSK - проверка диска (Check Disk) CHKNTFS - проверка признака ошибки файловой системы и управление проверкой диска при загрузке Windows CHOICE - реализация пользовательского ввода в командном файле CIPHER - отображение или изменение шифрования файлов CLEANMGR - управление очисткой диска от временных и удаленных в корзину файлов CLIP - перенаправление вывода утилит командной строки в буфер обмена Windows CLS - очистка экрана в командной строке CMD - запуск новой копии интерпретатора командной строки CMDKEY - управление учетными записями пользователей COLOR - изменение цвета текста и фона в окне CMD COMMAND - запуск новой копии интерпретатора командной строки MS-DOS COMP - сравнение содержимого файлов COMPACT - управление сжатием и распаковкой файлов и каталогов CONVERT - преобразование файловой системы из FAT в NTFS COPY - копирование файлов и каталогов DATE - отображение или изменение даты DEBUG - запуск отладчика Windows DEFRAG - дефрагментация диска DEL - удаление одного или нескольких файлов DevCon - управление устройствами в командной строке DIR - отображение списка файлов и каталогов DISKPART - управление разделами дисков из командной строки DOSKEY - редактирование и повторный вызов команд Windows DRIVERQUERY - отобразить информацию об установленных драйверах. ECHO - вывод текста на экран консоли EDIT - запуск текстового редактора ENDLOCAL - конец локальных изменений переменных окружения в командном файле ERASE - аналогично команде DEL - удаление файлов ESENTUTL - обслуживание баз данных Extensible Storage Engine для Windows EVENTCREATE - запись сообщения в журнал событий Windows EXIT - выход из процедуры или командного файла EXPAND - распаковка сжатых файлов EXTRACT - извлечение содержимого, распаковка CAB-файлов FC - сравнение содержимого файлов FIND - поиск строки символов в файле FINDSTR - поиск строк в файлах с использованием регулярных выражений FOR - организация циклической обработки результатов выполнения других команд, списков, и строк в текстовых файлах FORFILES - выполнение заданной команды для каждого файла из заданной группы FORMAT - форматирование диска FSUTIL - управление файловой системой FTP - консольный FTP-клиент FTYPE - просмотр и изменение расширений файлов и сопоставленных им приложений GETMAC - отображение физического адреса сетевого адаптера (MAC-адреса) GOTO - команда безусловного перехода в командном файле HELP - вызов справки командной строки Windows HOSTNAME - отображение имени компьютера iCACLS - управление списками доступа (ACL) IF - оператор условного выполнения команд в пакетном файле IPCONFIG просмотр и управление конфигурацией протокола IP LABEL - редактирование меток тома дисков LOGMAN - управление монитором оценки производительности системы LOGOFF - завершение сеанса пользователя MAKECAB - создание сжатых файлов формата CAB MEM - вывод справки об использовании памяти MD - создание нового каталога MKLINK - создание символической ссылки на файл или каталог MODE - конфигурирование системных устройств в среде CMD MORE - постраничный вывод в консоли MOUNTVOL - управление точками монтирования томов MOVE - перемещение файлов и каталогов MOVEFILE - перемещение файлов MSG - отправка сообщений пользователям NBTSTAT - просмотр статистических данных NETBIOS через TCP/IP NET - управление ресурсами локальной сети NETCFG - отображение конфигурации компонентов сети NETSH - командная сетевая оболочка (Network Shell) NETSTAT - отображение статистики сетевых соединений NSLOOKUP - просмотр данных DNS в командной строке OPENFILES - управление открытыми по сети или локально файлами PATH - отображение или изменение путей поиска исполняемых файлов PATHPING - трассировка маршрута с возможностью оценки качества трассы к узлу PAUSE - пауза при выполнении командного файла PING утилита проверки доступности узла POPD - возврат в каталог, ранее запомненный с помощью команды PUSHD PNPUTIL - конфигурирование драйверов устройств PnP POWERCFG - настройка параметров системы электропитания Windows PRINT - печать текстового файла PROMPT - изменение строки приглашения в консоли PUSHD - сохранить текущий путь каталога QPROCESS - отобразить состояние процесса QUERY - опросить состояние процессов и сеансов пользователей QUSER - отобразить информацию о сеансах пользователей RASDIAL - управление сеансами удаленного доступа RASPHONE - управление сеансами удаленного доступа RECOVER - восстановление файлов на поврежденном диске REG - утилита командной строки для работы с реестром Windows REGEDIT - импорт и экспорт данных реестра Windows REGSVR32 - регистрация или отмена регистрации DLL REGINI - управление доступом к разделам реестра REM - комментарий в строке командного файла REN - переименование файлов REPLACE - замена или добавление файлов в катологах RESET - сброс сеанса удаленного рабочего стола (RDP сессии) RD - удаление каталога ROBOCOPY - утилита резервного копирования и синхронизации каталогов (Robust File and Folder Copy) ROUTE - управление таблицей маршрутизации RUNAS - запуск приложения от имени другого пользователя RUNDLL32 - запуск DLL в качестве приложения SC - управление службами Windows (Service Control) SCHTASKS - управление планировщиком задач SCLIST - отображение списка системных служб SET - отображение и изменение переменных среды окружения Windows SETLOCAL - установка локальных переменных в командном файле SETX - утилита для создания системных переменных SFC - проверка и восстановление системных файлов Windows SHARE - просмотр, создание и удаление разделяемых в локальной сети ресурсов SHIFT сдвиг входных параметров для командного файла SHUTDOWN - выключение или перезагрузка компьютера SLEEP - задержка по времени в пакетном файле SORT - сортировка строк в текстовом файле  START - запуск приложения или командного файла SUBST - назначение (отмена назначения) каталогу буквы диска SYSTEMINFO - отображение информации о системе TAKEOWN - просмотр или изменение владельца файла TASKLIST - отображение списка выполняющихся приложений и служб Windows TASKKILL - принудительное завершение процесса TIME - отображение и установка системного времени TIMEOUT - задержка в пакетных файлах TITLE - изменение заголовка окна CMD.EXE TRACERT - трассировка маршрута к удаленному узлу TREE отображение структуры каталога в графическом виде TYPE - вывод на экран содержимого текстового файла TypePerf - вывод сведений о производительности на экран или в журнал TZUTIL - управление часовыми поясами в среде Windows VER - отображение версии операционной системы VERIFY - управление режимом проверки записываемых файлов VOL - вывод данных метки тома WAITFOR - организация обмена сигналами между компьютерами WHERE - определение места расположения файлов  WHOAMI - вывод имени текущего пользователя WINDIFF - сравнение содержимого файлов WINRM - удаленное управление Windows из командной строки WINRS - удаленная командная строка (Remote Shell) WINSAT - средство проверки производительности Windows WMIC - выполнение команды WMI XCOPY - копирование файлов и папок