40. Файловая система. Определение, состав, типы файлов. Логическая организация файловой системы.

Файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать/ считывать данные

Основные назначения файлов:

• Долговременное и надежное хранение информации

• Совместное использование информации

Файловая система - часть операционной системы, включающая:

• Совокупность всех файлов на диске

• Набор структур данных для управления файлами ( Каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного/занятого пространства)

• Комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами(создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и др)

Типы файлов:

• Обычные файлы - содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в результате работы системных и пользовательских программ.В них может храниться что угодно(Текст, картинки и тд)

• Специальные файлы - файлы, ассоциированные с устройствами ввода - вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файлы или чтение из файла

• Файлы Каталоги - содержат справочную системную информацию о наборе файлах, сгруппированных пользователем по какому либо признаку

• Другие типы файлов - символьные связи, именованные конвейеры, файлы отображаемые на память.

Логическая организация файловой системы

• Одноуровневая - Один корневой каталог, в нем вложено множество файлов, поиск осуществляется долго.

• Иерархическая(дерево) - Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог

  • У каждого файла есть короткое, уникальное имя в пределах каталога.

  • У каждого файла есть относительное имя - это путь от текущего каталога, до файла.

  • У каждого файла есть уникальное полное имя - это путь от корневого каталога до файла

• Иерархическая(сеть) - Каталоги образуют сеть, если файл может входить сразу в несколько каталогов

  • допускает появление нескольких полных имен. Один и тот же файл может находиться в нескольких каталогов, поэтому у одного файла может быть несколько полных имен

41. Физическая организация и адресация файлов.

Критерии эффективности:

• скорость доступа к данным;

• объем адресной информации файла;

• степень фрагментированности дискового пространства;

• максимально возможный размер файла.

а)Непрерывное размещение — простейший вариант физической организации, при котором файлу предоставляется последовательность кластеров диска, образующих непрерывный участок дисковой памяти.

Достоинства:

• Высокая скорость доступа, так как затраты на поиск и считывание кластеров файла минимальны.

• Минимален объем адресной информации — достаточно хранить только номер первого кластера и объем файла.

• Максимально возможный размер файла не ограничен.

Недостатки:

• Неизвестен размер непрерывной области, выделяемой файлу(после каждой модификации размер может увеличиться)

• Фрагментация

б) Связанный списка кластеров дисковой памяти. При таком способе в начале каждого кластера содержится указатель на следующий кластер.

Достоинства:

• Адресная информация минимальна(расположение файла может быть задано одним числом — номером первого кластера.)

Недостатки:

• Сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла — чтобы прочитать пятый по порядку кластер файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых кластера, прослеживая цепочку номеров кластеров.

в)Связанный список индексов. Этот способ является некоторой модификацией предыдущего.

• Файлу также выделяется память в виде связанного списка кластеров. Номер первого кластера запоминается в записи каталога, где хранятся характеристики этого файла. Остальная адресная информация отделена от кластеров файла. С каждым кластером диска связывается некоторый элемент — индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска — в MS-DOS это таблица FAT (File Allocation Table), занимающая один кластер. Когда память свободна, все индексы имеют нулевое значение. Если некоторый кластер N назначен некоторому файлу, то индекс этого кластера становится равным либо номеру М следующего кластера данного файла, либо принимает специальное значение, являющееся признаком того, что этот кластер является для файла последним. Индекс же предыдущего кластера файла принимает значение N, указывая на вновь назначенный кластер.

Достоинства:

• Минимальность адресной информации

• Отсутствие фрагментации

• Отсутствие проблем при изменении размера.

• Для доступа к произвольному кластеру файла не требуется последовательно считывать его кластеры, достаточно прочитать только секторы диска, содержащие таблицу индексов, отсчитать нужное количество кластеров файла по цепочке и определить номер нужного кластера.

• Данные файла заполняют кластер целиком, а значит, имеют объем, равный степени двойки.

г)Последний подход с некоторыми модификациями используется в традиционных файловых системах ОС UNIX s5 и ufs1. Для сокращения объема адресной информации прямой способ адресации сочетается с косвенным.

Схема адресации кластеров файла:

Для хранения адреса файла выделено 15 полей, каждое из которых состоит из 4 байт.

• Если размер файла меньше или равен 12 кластерам, то номера этих кластеров непосредственно перечисляются в первых двенадцати полях адреса.

  • Если кластер имеет размер 8 Кбайт (максимальный размер кластера, поддерживаемого в ufs), то таким образом можно адресовать файл размером до 98 304 байт.

• Если размер файла превышает 12 кластеров, то следующее 13-е поле содержит адрес кластера, в котором могут быть расположены номера следующих кластеров файла.

  • При размере в 8 Кбайт кластер, на который указывает 13-й элемент, может содержать 2048 номеров следующих кластеров данных файла и размер файла может возрасти до 16 875 520 байт.

• Если размер файла превышает 2060 кластеров, то используется 14-е поле, в котором находится номер кластера, содержащего 2048 номеров кластеров, каждый из которых хранят 2048 номеров кластеров данных файла. Здесь применяется уже двойная косвенная адресация. С ее помощью можно адресовать кластеры в файлах, содержащих до 3,43766x10'° байт.

• Если файл включает более 4 196 364 кластеров, то используется последнее 15-е поле для тройной косвенной адресации, что позволяет задать адрес файла, имеющего следующий максимальный размер: 7,0403х1013 байт.

Рисунок. Схема адресации файловой системы ufs