Понятия файла, символьного набора, организации файлов. Средства файловой системы. (23-1, 26-1)
Для сохранения информации в компьютере используется такой абстрактный механизм как файл.
Файл – группа взаимосвязанных записей,
Запись – группа взаимосвязанных полей,
Поле – группа последовательных байт (символов),
Байт - группа взаимосвязанных бит,
Бит – 0 или 1 на машинном языке.
Поля разделяются символами: «пробел», «\t».
Записи разделяются символом: «\n».
В зависимости от комбинации битов в байте различают символьные наборы (ASCII, EBCDIC, Unicode и пр.).
Файлы могут быть структурированы различными способами:
Неструктурированные последовательности байтов.
Последовательность записей фиксированной длины со своей внутренней структурой.
Дерево записей произвольной длины (каждая запись содержит поле ключа в фиксированной позиции).
Структура файла накладывает определенные ограничения на его организацию. Под организацией файлов подразумевается способ расположения записей файлов во внешней памяти. Различают следующие виды организации:
Последовательная – записи располагаются в физическом порядке (1я, 2я, 3я и тд).
Индексно-последовательная – записи располагаются в логической последовательности в соответствии со значениями ключей, содержащихся в каждой записи. Доступ осуществляется последовательно, или прямо по ключу.
Прямая (произвольная) - доступ осуществляется напрямую по физическому адресу запоминающего устройства.
Библиотечная - файл, состоящий из последовательных подфайлов, называемых членами файла, начальный адрес каждого из которых хранится в директории файла. (папки, каталоги, оглавления библиотек и архивов)
Файлами управляет ОС. Их структура, именование, защита, использование относится к той части ОС, которая называется файловой системой.
Файловая система содержит следующие средства:
Средство доступа – определяет конкретную организацию доступа к данным, находящимся в файлах.
Средство управления файлами – создание, копирование, перемещение, удаление и т.д.
Средство управления внешней памятью – обеспечивает распределение пространства внешней памяти для размещения файлов.
Средство обеспечения целостности файлов – гарантирует сохранность информации в файлах.
Блок управления файлом. (25-1)
Информация, необходимая ОС для выполнения операций с файлами, содержится в блоке управления файлом (дескрипторе файла). Это структура данных, которая обычно хранится во внешней памяти и передается в ОП только во время открытия файла.
В дескрипторе файла содержатся следующие атрибуты:
Размещение во внешней памяти
Тип организации файла
Права доступа
Размер файла
Символическое имя файла
Время последней модификации
Время создания
Время последнего обращения
Тип файла
Диспозиция файла (постоянный, временный, рабочий)
Топология файловой системы. (26-1, 24-1)
Топология файловой системы – древовидная структура, во главе которой находиться корневой каталог.
Реализация файлов и каталогов. (9-1, 24-1)
(В билете 24 не говорить про реализацию файловой системы)
Наиболее важным аспектом в реализации хранения файлов является учет соответствия блоков диска файлам.
Реализация файлов
Неразрывные файлы – набор последовательных соседних блоков диска. При работе с неразрывными файлами производительность самая высокая, т.к. весь файл может быть прочитан за одну операцию. Но эта схема непригодна, если максимальный размер файла заранее неизвестен и из-за высокой фрагментации диска (неэффективное использование дискового пространства).
Список – однонаправленный список блоков. Первое слово каждого блока указатель на следующий блок. (В последнем блоке первое слово пустое) В остальной части блока – данные. В каталоге нужно хранить только адрес первого блока. Недостаток – прямой доступ к блокам файла довольно медленный. Чтобы получить доступ к k-му блоку, ОС должна прочитать первые k-1 блоков по очереди.
Список с индексацией – указатели на следующие блоки хранятся не прямо в блоках, а в отдельной таблице, загруженной в память: File Allocation Table (FAT). При такой организации прямой доступ к k-му блоку упрощен, т. к. вся цепочка ссылок уже хранится в памяти и дополнительных дисковых операций не требуется. В каталоге хранится одно целое число – номер первого блока. Недостаток состоит в том, что таблица должна постоянно находиться в ОП.
Индексные дескрипторы (i –узлы). С каждым файлом связана структура данных (i-узел), содержащая атрибуты файла и адреса блоков файла. Каждый конкретный i-узел находится в оперативной памяти только тогда, когда соответствующий файл открыт. Если каждый i-узел занимает n байт (в Unix – 64 байта), а одновременно открыто k файлов, то в оперативной памяти будет занято n*k байт. Обычно, эта величина меньше размера FAT таблицы и не зависит от объема диска.