3. Организация файловой системы
Файловая система определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов.
Файлом называется определенная поименованная область диска, предназначенная для хранения любой информации.
Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор, его размер 512 байт.
Группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным.
При записи на диск файл разбивается на несколько кусков – кластеров и записывается в произвольные свободные на диске кластеры. Таким образом, файл разбросан по поверхности диска в некоторой, понятной компьютеру последовательности, и эта последовательность кластеров для каждого файла запоминается в таблице размещения файлов FAT (File Allocation Table, таблица размещения файлов) или NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии»). Т.е. принцип организации файловой системы - табличный.
Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска.
Операционные системы MS DOS, Windows 95 и другие используют файловую систему FAT16, основанную на основе таблиц размещения файлов, состоящих из 16-разрядных полей (выделяется 16 битов для хранения адреса кластера). Она позволяет разместить в таблицах не более 65536 (216) записей о местонахождении единиц хранения данных.
С дисками более 4 Гбайт FAT16 работать не может. Начиная с Windows98 операционные системы семейства Windows поддерживают файловую систему FAT32.
Операционные системы Windows NT и Windows XP способны поддерживать совершенно другую файловую систему – NTFS. В ней служебная информация хранится в Главной таблице файлов (Master File Table (MFT)). В системе NTFS размер кластера не зависит от размера диска. NTFS использует систему журналирования для повышения надежности файловой системы. Т.е в отдельной части файловой системы, называемой журналом или логом, файловая система перед фактической записью изменений сохраняет список этих изменений. И только после этого файловая система применит эти изменения к файлам.
При записи файлов будет занято всегда целое количество кластеров, минимальный размер файла равен размеру одного кластера.
Например, в FAT12 объем кластера равен одному сектору, минимальный объем файла будет равен 512 байтам; в FAT16 один кластер равен по умолчанию 32 Кбайтам (минимальный размер файла 32 КБ); в FAT32 или NTFS один кластер имеет объем от 512 байтов до 64 КБ, по умолчанию 4 КБ).
Для определения, какая файловая система используется данным диском, надо в контекстном меню этого диска выбрать пункт Свойства (вкладка Общие) или в контекстное меню системной папки «Мой компьютер» выбрать пункт Управление и в окне «Управление компьютером выбрать Управление дисками.
Файловая система обращается к диску непосредственно (напрямую), и поэтому она должна знать его физическую структуру (геометрию).
Магнитный диск состоит из нескольких пластин, обслуживаемых читающими/пишущими головками.
На заводе-изготовителе диски предварительно физически форматируются, т.е. происходит формирование физической структуры диска. Формирование физической структуры диска состоит в создании на диске концентрических дорожек, которые в свою очередь делятся на секторы. В определенных местах диска расставляются метки дорожек и секторов.
Дорожки, расположенные друг над другом, образуют «цилиндр». Исторически сложилось так, что точное место на диске определяется указанием трех «координат»: цилиндра, головки и сектора.
Для того, чтобы на носителе можно было хранить информацию, он должен быть отформатирован, т.е. создана логическая структура, в соответствии с определенной файловой системой.
Обычно диск разбивают на логические диски, или разделы (С:, Д: и т.д.). На один физический диск в разные разделы можно установить разные операционные системы. Первый сектор любого диска отведен под таблицу разделов (partition table). Каждая запись этой таблицы содержит адреса начального и конечного секторов одного раздела. А на каждом разделе хранится таблица файлов, позволяющая определить «координаты» файла на диске.
Логическая структура носителя информации в файловой системе FAT имеет следующие разделы:
загрузочный кластер,
таблицу размещения файлов, которая содержит в своих ячейках цепочку номеров кластеров для каждого файла,
корневой каталог;
файлы.