46. Управление внешней памятью: карты памяти и списки. Примеры (fat, ntfs).

Управление внешней памятью и физическая организация файлов. Для реализации своих функций файловая система ОС должна реализовать управление внешней памятью: выделять дисковое пространство для размещения на нем файлов, организовывать быстрый поиск файлов и доступ к хранящимся в них данным, обеспечить надежность и отказоустойчивость работы внешних устройств.

Физическая организация файлов (на примере FAT и NTFS). FAT (File Allocation Table - таблицы распределения данных; таблица FAT в MS-DOS [FAT12, FAT16, FAT-16] и Windows 95/98/ME [FAT32, FAT-32]). FAT - таблица для динамического распределения дискового пространства под файлы. Число в аббревиатуре указывает размер элемента таблицы в битах. Единицей распределяемой памяти является кластер. В FAT записывается номер кластера или служебная информация о его состоянии. Переход с FAT16 на FAT32 вызван тем, что при использовании FAT16 размер дискового раздела не может быть больше 2 Гбайт. Таблица обеспечивает связи одного распределяемого блока (одного или нескольких кластеров) с другим. В FAT находятся списки кластеров, распределённых файлам. Все свободные кластеры отмечены нулями. Таким образом, если файл занимает несколько кластеров, то эти кластеры связаны в список. При этом элементы таблицы FAT содержат номера следующих используемых данным файлом кластеров. Конец списка отмечен в таблице специальным значением. Номер первого кластера, распределённого файлу, хранится в элементе каталога, описывающего данный файл. Если размер диска таков, что для представления всех секторов недостаточно 12-ти разрядов, можно увеличить размер кластера, например, до восьми секторов. Однако большой размер кластера приводит к неэффективному использованию дискового пространства. FAT имеет древовидную структуру. В корневом каталоге располагаются 32-байтовые элементы, которые содержат информацию о файлах и других каталогах. Корневой каталог занимает непрерывную область фиксированного размера. Размер корневого каталога задаётся при форматировании и определяет максимальное количество файлов и каталогов, которые могут быть в нём описаны. Вслед за корневым каталогом на логическом диске находится область файлов и подкаталогов корневого каталога.

NTFS (New Technology File System). NTFS обеспечивает комбинацию эффективности и надёжности, отсутствующую в FAT. Она разработана для быстрого выполнения стандартных файловых операций типа чтения, записи и поиска, а так же операций типа восстановления файловой системы после сбоев на больших дисках. NTFS так же имеет возможности безопасности, необходимые для файловых серверов и высокопроизводительных рабочих станций в корпоративной среде. Эта файловая система поддерживает управление доступом к данным и привилегии владельца, что является важным для защиты данных. NTFS файловая система Windows NT и Windows 2000, поддерживающая объектно-ориентированные приложения, рассматривая файлы как объекты с атрибутами, определенными пользователями или системой. Подразумевает также метод логической разметки диска, управления дисковой памятью и организации доступа к файлам. NTFS обеспечивает все возможности файловых систем FAT и HPFS без их ограничений. Поддерживается также Windows 95. Каждый файл на разделе NTFS представлен записью в специальном файле, называемом главной файловой таблицей (Master File Table) . NTFS резервирует первые 16 записей таблицы для системной информации. Первая запись этой таблицы описывает саму MFT; за ней следует зеркальная запись MFT. Если первая запись MFT окажется разрушенной, то ОС использует вторую запись для отыскания зеркального файла MFT, первая запись которого идентична первой записи MFT. Расположение сегментов данных MFT и её копии записаны в секторе начальной загрузки. Дубликат сектора начальной загрузки находится в логическом центре диска. Третья запись MFT — файл регистрации, используется для восстановления целостности файловой системы при сбоях. Семнадцатая и последующие записи главной файловой таблицы используются собственно файлами и каталогами (которые так же рассматриваются как файлы). Главная файловая таблица отводит определённое количество пространства для каждой записи файла. Атрибуты файла записываются

(Продолжение 14 вопроса)

в распределённое пространство MFT. Небольшие файлы и каталоги могут полностью содержаться внутри записи главной файловой таблицы. Подобный подход обеспечивает очень быстрый доступ к файлам. Записи каталога помещены внутри главной файловой таблицы так же, как и записи файла. Вместо данных каталоги содержат индексную информацию. Небольшие каталоги находятся полностью внутри структуры MFT. Большие каталоги организованы в B-Tree, имея записи с указателями на внешние кластеры, содержащие элементы каталога, которые не могут быть записаны внутри MFT.