94.Подсистема ввода-вывода. Поддержка различных файловых систем. Ifs в системах Windows nt.

Файловая система — это набор спецификаций и соответствующее им программное обеспечение, которые отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используются файлами. Именно файловая система определяет способ организации данных на диске или на каком-нибудь ином носителе данных. В качестве примера можно привести файловую систему FAT, реализация для которой имеется в абсолютном большинстве ОС, работающих в современных ПК.

Система управления файлами является основной подсистемой в абсолютном большинстве современных операционных систем, хотя в принципе можно обхо­диться и без нее. Во-первых, через систему управления файлами связываются по данным все системные обрабатывающие программы. Во-вторых, с помощью этой системы решаются проблемы централизованного распределения дискового про­странства и управления данными. В-третьих, благодаря использованию той или иной системы управления файлами пользователям предоставляются следующие возможности:

- создание, удаление, переименование (и другие операции) именованных набо­ров данных (именованных файлов) из своих программ или посредством спе­циальных управляющих программ, реализующих функции интерфейса пользо­вателя с его данными и активно использующих систему управления файлами;

- работа с не дисковыми периферийными устройствами как с файлами;

- обмен данными между файлами, между устройствами, между файлом и уст­ройством (и наоборот);

- работа с файлами с помощью обращений к программным модулям системы управления файлами (часть API ориентирована именно на работу с файлами);

- защита файлов от несанкционированного доступа.

Термин “файловая система” определяет, прежде всего, принципы доступа к данным, организованных в файлы. Этот же термин часто используют и по отношению к конкретным файлам, расположенном на том или ином носителе данных.

Термин “система управления файлами” следует употреблять по отношению к конкретной реализации файловой системы, т.е это – комплекс программных модулей, обеспечивающих работу с файлами в конкретной ОС.

Файловые системы:

FAT12, FAT16, FAT32, VFAT, HPFS, NTFS.

95.Файловые системы fat и ntfs. Отказоустойчивость в ntfs.

Проблемы, связанные с восстановлением файловой системы, могут быть решены при помощи техники протоколирования транзакций. В системе должны быть определены транзакции (transactions) — неделимые работы, которые не могут быть выполнены частично. Они либо выполняются полностью, либо вообще не выполняются.

Высокопроизводительные компьютеры и системы совместного пользования (серверы) должны обладать повышенной надежностью, которая является ключевым элементом структуры и поведения NTFS. Одним из способов увеличения надежности является ведение механизма транзакций, при котором осуществляется журналирование файловых операций. При журналировании файловых операций система управления файлами фиксирует в специальном служебном файле происходящие изменения. В начале операции, связанной с изменением файловой структуры, делается соответствующая пометка. Если во время операций над файлами происходит какой-нибудь сбой, то упомянутая отметка о начале операции указывается как незавершенная. При выполнении процедуры проверки целостности файловой системы после перезагрузки машины эти незавершенные операции будут отменены и файлы будут приведены к исходному состоянию. Если же операция изменения данных в файлах завершается нормальным образом, то в этом самом служебном файле поддержки журналирования операция отмечается как завершенная.

Для восстановления файловой системы используется упреждающее протоколи­рование транзакций. Оно заключается в том, что перед изменением какого-либо блока данных на диске или в дисковом кэше производится запись в специаль­ный системный файл — журнал транзакций (log file), где отмечается, какая тран­закция делает изменения, какой файл и блок изменяются и каковы старое и новое значения изменяемого блока. Только после успешной регистрации всех подопера­ций в журнале делаются изменения в исходных блоках. Если транзакция преры­вается, то информация журнала регистрации используется для приведения фай­лов, каталогов и служебных данных файловой системы в исходное состояние, то есть производится откат. Если транзакция фиксируется, то и об этом делается запись в журнал регистрации, но новые значения измененных данных сохраня­ются в журнале еще некоторое время, чтобы сделать возможным повторение тран­закции, если это потребуется.

Файловая система NTFS является восстанавливаемой файловой системой, однако восстанавливаемость обеспечивается только для системной информации файло­вой системы, то есть каталогов, атрибутов безопасности, битовой карты занято­сти кластеров и других системных файлов. Сохранность данных пользователь­ских файлов, работа с которыми выполнялась в момент сбоя, в общем случае не гарантируется.

Для повышения производительности файловая система NTFS использует диско­вый кэш, то есть все изменения файлов, каталогов и управляющей информации выполняются сначала над копиями соответствующих блоков в буферах оперативной памяти и только спустя некоторое время переносятся на диск. Однако кэширование, как уже было сказано, повышает риск разрушения файловой сис­темы. В таких условиях NTFS обеспечивает отказоустойчивость с помощью тех­нологии протоколирования транзакций и восстановления системных данных. Пользовательские данные, которые в момент краха находились в дисковом кэше и не успели записаться на диск, в NTFS не восстанавливаются.

Журнал регистрации транзакций в NTFS делится на две части: область рестарта и область протоколирования:

Область рестарта содержит информацию о том, с какого места необходимо будет начать читать журнал транзакций для проведения процедуры восста­новления системы после сбоя или краха ОС. Эта информация представляет собой указатель на определенную запись в области протоколирования. Для надежности в файле журнала регистрации хранятся две копии области рес­тарта.

Область протоколирования содержит записи обо всех изменениях в системных данных файловой системы, произошедших в результате выполнения транзак­ций в течение некоторого, достаточно большого периода. Все записи иденти­фицируются логическим последовательным номером LSN (Logical Sequence Number). Записи о подоперациях, принадлежащих одной транзакции, образу­ют связанный список: каждая последующая запись содержит номер предыду­щей записи. Заполнение области протоколирования идет циклически: после исчерпания всей памяти, отведенной под область протоколирования, новые записи помещаются на место самых старых.

Восстанавливаемость файловой системы — это свойство, которое гарантиру­ет, что в случае отказа питания или краха системы, когда все данные в опера­тивной памяти безвозвратно теряются, все начатые файловые операции будут либо успешно завершены, либо отменены без всяких отрицательных послед­ствий для работоспособности файловой системы. Это означает, что операции с диском рассматриваются как транзакции, которые протоколируются в спе­циальном журнале.

Свойство восстанавливаемости может распространяться на данные двух ти­пов: пользовательские данные и служебную информацию файловой системы. В некоторых файловых системах, например NTFS, поддерживается только восстанавливаемость служебной информации, что обеспечивает работоспо­собность и непротиворечивость файловой системы после сбоев, но не гаран­тирует полной сохранности данных в файлах пользователей.