8. Логическая организация файловой системы fat
Файловая система - это способ организации хранения информации на каком-либо носителе в виде набора файлов.
FAT (File Allocation Table) - таблица распределения данных.
Файловая система FAT состоит из четырёх основных областей на диске:
Загрузочная запись располагается в первом секторе активного раздела (в логическом секторе 0).
Первые три байта загрузочной записи содержат инструкцию перехода на программу начальной загрузки IPL2 – исполняемый код, запускающий операционную систему. Очевидно, что инструкция перехода содержит адрес программы IPL2.
Далее в загрузочной записи находятся структура данных, называемая таблицей параметров BIOS.
Эта таблица содержит информацию, которую BIOS использует при работе с логическим диском, в том числе указывает BIOS где надо искать основные структуры файловой системы.
Последний элемент загрузочной записи – программа начальной загрузки, которая и осуществляет начальную загрузку операционной системы.
Таблица размещения файлов - FAT - запись, которая отслеживает размещение каждого файла на диске и то, какие кластеры использованы, а какие - свободны для записи в них новых данных.
Файлы и каталоги
Специальная директория, которая всегда должна присутствовать на диске, это корневая директория ROOT, которая располагается сразу после последней копии FAT.
Файловая система имеет древовидную структуру – в корневом каталоге располагаются 32-байтовые элементы (дескрипторы), которые содержат информацию о других (вложенных) каталогах, те в свою очередь содержат вложенные каталоги следующего уровня и так далее.
Размер корневого каталога задается при форматировании и определяет максимальное количество файлов и каталогов, которые могут быть описаны в корневом каталоге.
После корневого каталога на диске следуют сектора, где собственно и хранятся файлы и каталоги. Эта область называется областью файлов и каталогов. Эта область предназначена для размещения всех файлов и всех каталогов, кроме корневого каталога. Вся эта область разделена на так называемые кластеры. Кластер – это логическая единица хранения данных, объединяющая группу секторов. Каждый кластер имеет свой номер, который может использоваться для указания места на диске.
Структура каталога
Дескриптор - 32-х байтовый элемент, описывающий файлы и другие каталоги.
Поля дескриптора описывают различные характеристики файла (или каталога):
В любом каталоге, кроме корневого, два первых дескриптора имеют специальное назначение. Первый дескриптор содержит в поле имени строку «.». Этот дескриптор указывает на содержащий его каталог, то есть каталог имеет ссылку сам на себя. Второй специальный дескриптор имеет имя «..». Этот дескриптор указывает на каталог более высокого уровня (родительский). Эти ссылки можно использовать для проверки целостности структуры каталогов файловой системы.
Фрагментация - процесс разбиения файла на небольшие фрагменты при записи на диск. Если на диске много фрагментированных файлов, скорость чтения носителя уменьшается, поскольку поиск кластеров, в которых хранятся файлы, на жестких дисках требует времени. Для ускорения работы производится дефрагментация т.е. перераспределение файлов на диске, при котором они располагаются в непрерывных последовательностях кластеров.
NTFS
Достоинства:
Быстрая скорость доступа к файлам малого размера;
Размер дискового пространства на сегодняшний день практически не ограничен;
Фрагментация файлов не влияет на саму файловую систему;
Высокая надежность сохранения данных и собственно самой файловой структуры;
Высокая производительность при работе с файлами большого размера;
Недостатки:
Более высокие требования к объему оперативной памяти по сравнению с FAT 32;
Работа с каталогами средних размеров затруднена из-за их фрагментации;
Более низкая скорость работы по сравнению с FAT 32;
FAT 32
Достоинства:
Высокая скорость работы;
Низкое требование к объему оперативной памяти;
Эффективная работа с файлами средних размеров;
Более низкий износ дисков, вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.
Недостатки:
Низкая защита от сбоев системы;
Не эффективная работа с файлами больших размеров;
Ограничение по максимальному объему раздела и файла (4Гбайта);
Снижение быстродействия при фрагментации;
Снижение быстродействия при работе с каталогами, содержащими большое количество файлов;
Транзакция - это действие, которое должно быть выполнено целиком и полностью, в противном случае оно вообще не будет выполнено.
Потерянные кластеры – это когда система производит запись информации в область данных и в элементы FAT, но не успевает поместить в каталог соответствующий дескриптор файла (в следствии например отключения питания). При этом кластеры в FAT помечаются как используемые, хотя на самом деле таковыми не являются.