Организация файловой системы

Все современные дисковые ОС обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения на дисках, в основном на жёстких дисках.

Принцип организации файловой системы дисковых систем – табличный.

Жесткий диск – это набор поверхностей ("этажерка"), каждая из которых разделяется на кольцевые дорожки, а дорожка – на секторы. Размер каждого сектора фиксирован и равен 512 байт.

Считывание и запись информации осуществляется головками, которые перемещаются по дорожкам не порознь, а одновременно, поэтому вместо понятия "дорожка" используют понятие "цилиндр".

Цилиндр – это совокупность всех дорожек диска, имеющих одинаковые номера, т. е. равноудаленных от оси вращения. Поэтому местоположение файла определяется 3-мя адресными компонентами: номером сектора, номером поверхности и номером цилиндра.

Но сектор – слишком малая единица для хранения данных, поэтому при адресации используют более крупную единицу хранения данных – кластер.

Кластер – это группа соседних секторов. Его размер зависит от размера жесткого диска. Типовые значения кластера: 8, 16, 32 и 64 сектора.

В кластер можно записывать данные только одного файла, но файл может занимать несколько кластеров.

Если диск свободен, то кластеры, относящиеся к одному файлу, записываются последовательно в смежные кластеры. Но если диск заполняется, то кластеры одного файла могут быть разбросаны по всему диску, т. е. находиться в любом свободном месте дисковой памяти.

В каждом из кластеров цепочки, относящейся к одному файлу, записана ссылка на адрес следующего кластера. Это позволяет рационально использовать дисковое пространство, многократно стирать и записывать файлы различного объёма, не заботясь о том, где размещены их кластеры.

Данные о том, в каком кластере диска начинается файл, хранятся в системной области диска, а именно, в специальной таблице размещения файлов FAT-таблице (File Allocation Table) или NTFS (New Technology File System).

Для надежности она записывается в двух экземплярах, идентичность которых постоянно контролируется средствами ОС.

Устаревшая версия ОС - Windows 95 использует 16-разрядные адреса в таблице размещения файлов. Такая файловая система называется FAT 16.

Она позволяет разместить не более 65536 (2¹⁶) записей о местоположении файлов, т. е. их адресов и характеристик.

В результате этого, даже если кластер диска имеет максимальный объём, т. е. состоит из 64 секторов, и равен:

512 х 64 = 32768 байт или 32,7 КB,

то при количестве адресов 65536 можно обеспечить работу только с жесткими дисками, размер которых не превышает:

32768 х 65536 = 2¹⁵ х 2¹⁶ = 2 147 483 648 = 2,15 ГB,

что, конечно же, сдерживало развитие компьютерной техники.

Поэтому в Windows 98, Windows 2000, Windows Me была применена более совершенная, 32-разрядная файловая система - FAT 32, которая обеспечивает хранение 232 или 4,3 миллиарда адресов и работу с дисками, размер которых достигает:

32768 х 4 294 967 296 = 215 х 232 = 140 737,5 ГB > 140 ТB

т. е. обеспечивает работу с современными дисками.

Windows 2000 и более поздние версии Windows работают в более совершенной 32-разрядной файловой системе – NTFS, обеспечивающей значительно большую надежность, помехоустойчивость, производительность и безопасность хранения данных. Размер кластера в системе NTFS может устанавливаться по усмотрению пользователя при форматировании диска.

Практически же размер кластера ограничивают четырьмя килобайтами для того, чтобы более эффективно использовать дисковое пространство.

При этом теоретически максимальный размер тома NTFS равен 17,6 TB.

Однако из-за ограничений, связанных с обеспечением надёжности файловой системы, эту величину уменьшают до 2,2 TB, что на данный момент развития информационных технологий вполне достаточно.