Тема: файли та файлові системи
1. Файли та файлові системи
Розглянуті вище (а також і ряд інших) типи і структури даних зв’язуються з зовнішніми пристроями ЕОМ через концепцію файлу (структурованого набору даних). Фізичне розміщення даних на периферійних пристроях і логічне «сприйняття» їх прикладними програмами здійснюються операційними системами (ОС) і системами управління базами даних (СУБД), які реалізують функцію управління даними, центральне місце в якій належить саме файлам. На рівні ОС здійснюється зв’язок між адресою даних та ім’ям (файлу). На рівні СУБД - між вмістом і адресою даних.
Поняття файлу з’являється вперше в операційній системі OS / 360 фірми IBM, причому в ранніх версіях системи «справжнім файлом» вважався тільки перфокартковий масив («file» = «картотека»), дані на магнітних дисках і магнітних стрічках позначалися як DS (Data Set - набір даних ). У наступних ОС (RSX, UNIX, MS DOS) файлами стають іменовані організовані набори даних на будь-яких носіях і пристроях, за збереження і оновлення яких (а також передачу в прикладні програми / з прикладних програм) несе відповідальність ОС ЕОМ.
В якості простого прикладу розглянемо структуру файлів на магнітній стрічці, яка була прийнята в OS / 360 (так звана стрічка без міток - NL).
Хоча магнітні стрічки для цифрового запису даних розміщуються на бобінах чи касетах (подібно стрічкам для побутового аудіо- чи відеозапису), принципи розміщення інформації на магнітній стрічці в даному випадку істотно інші (рис.):
«Інформація розміщується на носії у вигляді блоків (масивів даних фіксованою або змінною довжиною);
• Інформаційні блоки розділені порожніми проміжками (gap), що дозволяють зчитувальному пристрою розпізнати початок (закінчення) блоку. Розмір проміжку між записами вибирається достатнім для розгону стрічки до встановленої швидкості і зупинки її точно на наступному проміжку. Недолік проміжків між записами - зменшення корисного об’єму магнітної стрічки, так як області, відведені під проміжки, не можна використовувати для зберігання даних. Частково зазначений недолік усуває процес блокування, суть якого полягає в об’єднанні кількох записів у блоки;
• блоки підрозділяються на інформаційні (ІБ - розпізнаються програмами) і службові (розпізнаються пристроєм - кінець файлу, кінець тому та ін.);
• фізичний початок і фізичний кінець стрічки зазвичай визначаються оптичним або механічним датчиком (незалежно від вмісту стрічки).
Рис. Структура даних на магнітних стрічках:
1 - фізичний початок стрічки (початковий ракорд); 2 - інформаційні блоки (ІБ) I-го файлу, 3 - GAP, проміжок між блоками; 4 - кінець файлу (EOF, end-of-file), службовий блок, що задає кінець 1-го файла; 5 - інформаційні блоки (ІБ) 2-го файла; б - кінець 2-го файлу; 7 - службовий блок, що задає логічний кінець стрічки (EOV, end-of-volume); 8 - фізичний кінець стрічки (ракорд)
В даному випадку, застосовувалася дев’ятидорожкова магнітна стрічка, на яку інформація паралельно заноситься дев’ятьма магнітними головками. З дев’яти одночасно записуваних бітів інформації вісім є інформаційними (один байт) а один – контрольним бітом парності. Початок області магнітної стрічки, в яку записується інформація, називається точкою завантаження і позначається спеціальним фізичним маркером. Фізичний маркер являв собою шматочок алюмінієвої фольги, який наклеюється на відстані від початку магнітної стрічки. Кінець інформаційної галузі магнітної стрічки позначається таким самим фізичним маркером, наклеєним на деякій відстані від кінця стрічки. Наявність зазначених спеціальних маркерів, розпізнавання яких виробляється фотоелектронним способом, дозволяє здійснити перемотування магнітної стрічки до початку інформаційної області і автоматичну зупинку по досягненні її кінця.
Максимальне обмеження на розмір блоку залежить від розміру доступної оперативної пам’яті (можливість розміщення буфера зчитування файла). Блокування збільшує корисний об’єм магнітної стрічки за рахунок скорочення числа проміжків між записами. Крім того, зменшується кількість операцій введення-виведення, так як за одну операцію здійснюється пересилка не одного запису, а відразу декількох. Переваги блокування полягають у збільшенні корисного об’єму магнітної стрічки і зменшенні загального часу роботи програми на введення-виведення даних, значно перевершують виниклі недоліки пов’язані зі збільшенням обсягів даних в програмі користувача, і необхідністю виконання процедур з формування блоків і розділення прийнятих блоків на записи.