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

Файловая система (ФС) – это компонент операционной системы, обеспечивающий организацию, хранение, управление и доступ к файлам на носителях информации. Она реализует структуры данных, каталоги, метаданные и таблицы размещения, позволяя эффективно управлять файлами, контролировать права доступа и обеспечивать целостность данных.

Состав файловой системы включает каталоги, которые образуют иерархическую структуру и содержат информацию о файлах и подкаталогах; метаданные файлов, включающие имя, тип, размер, права доступа и временные отметки; таблицы размещения или индексные дескрипторы (inode), связывающие логические файлы с их физическими блоками на носителе; а также управляющие структуры, такие как суперблоки, буферы и кэши, которые обеспечивают целостность данных и эффективность операций ввода-вывода.

Типы файлов:

• Обычные (регулярные) файлы – содержат информацию произвольного характера, которую заносит пользователь или которая формируется в результате работы программ; подразделяются на текстовые и двоичные.

• Специальные файлы – ассоциированы с устройствами ввода-вывода и позволяют пользователю выполнять операции записи и чтения с использованием обычных команд; бывают блоковые и символьные.

• Каталоги – особый тип файла, содержащий системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователем по какому-либо признаку.

• Другие типы файлов – символьные ссылки, именованные конвейеры, локальные сокеты и др.

Логическая организация ФС строится как иерархическое дерево каталогов, где корневой каталог содержит подкаталоги и файлы, а каждый каталог может содержать свои подкаталоги. Для управления хранением используются таблицы размещения (FAT) и индексные дескрипторы (inode), что позволяет абстрагировать приложения от физической структуры носителя.

Монтирование ФС – процесс интеграции ФС с различными физическими или сетевыми устройствами в единое пространство каталогов. Этапы монтирования включают определение типа ФС, проверку целостности, инициализацию драйвера ФС и включение её в пространство имён. Точка монтирования становится корнем ФС, а содержимое каталога до монтирования временно скрывается.

60. Физическая организация и адресация файлов.

Физическая организация и адресация файлов – это способ размещения данных файлов на носителях информации и механизм их идентификации для доступа. Физическая организация определяет, как блоки данных распределяются на диске: это может быть непрерывное размещение, когда все блоки файла идут подряд; связанное размещение, где каждый блок содержит указатель на следующий; или индексное размещение, при котором существует отдельная таблица (индекс), связывающая логические блоки файла с физическими блоками на диске.

На физическом уровне расположение данных зависит от структуры диска: диски могут быть разделены на разделы, которые могут иметь различные файловые системы, и использовать таблицы разделов MBR (Master Boot Record) или GPT (GUID Partition Table) для хранения информации о границах разделов и их типах. MBR ограничивает количество разделов до 4 и максимальный размер диска 2 ТБ, тогда как GPT позволяет создавать до 128 разделов и поддерживает диски огромного объёма.

Адресация файлов обеспечивает соответствие между логическими блоками файла, видимыми для приложений, и физическими блоками на носителе. В системах с непрерывным размещением адреса вычисляются через начальный блок и смещение, в связанных файлах – через последовательное чтение указателей, а в индексных файлах используется специальная индексная структура (например, inode), которая хранит адреса всех блоков файла.

Критерии эффективности физической организации и адресации включают скорость доступа к данным, объем адресной информации, степень фрагментации дискового пространства и максимально возможный размер файла. Такой подход позволяет ОС эффективно управлять хранением, обеспечивать быстрый доступ к данным, поддерживать целостность и последовательность информации, а также абстрагировать приложения от конкретного физического расположения файлов на диске.