11) Физическая организация файлов на диске.

Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Основным типом устройства которое используется в современных вычислительных системах для хранения файлов является дисковый накопитель – блок ориентированное устройство – информация пишется и считывается блоками. Файл состоит из физических записей - блоков. Блок - наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с оперативной памятью. Основными критериями эффективности физической организации файлов является:

• Скорость доступа к данным

• Степень фрагментированности дискового пространства

• Максимально возможный размер файла

Сущ несколько способов размещения файлов на диске:

1. Непрерывное размещение - простейший вариант физической организации, при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих непрерывную область памяти. Для задания адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого метода – простота. Недостатки: 1) во время создания файла заранее не известна его длина, а значит не известно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла; 2) при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, так как отдельные участки маленького размера (минимально 1 блок) могут остаться не используемыми.

Современные ФС такой способ не используют.

2. Размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти. При таком способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан одним числом - номером первого блока. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков. Недостатком является сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла: для того, чтобы прочитать пятый по порядку блок файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков.

Популярным способом, используемым, например, в файловой системе FAT операционной системы MS-DOS, является использование связанного списка индексов. С каждым блоком связывается некоторый элемент - индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска (в MS-DOS это таблица FAT). Если некоторый блок распределен некоторому файлу, то индекс этого блока содержит номер следующего блока данного файла. При такой физической организации сохраняются все достоинства предыдущего способа, но снимаются оба отмеченных недостатка: во-первых, для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное количество блоков файла по цепочке и определить номер нужного блока, и, во-вторых, данные файла занимают блок целиком, а значит имеют объем, равный степени двойки.

3. Перечисление номеров блоков, занимаемых файлом. Этот перечень является адресом файла. Недостаток: длина адреса зависит от длины файла, для большого файла может составлять значительную величину. Достоинство: высокая скорость доступа к файлу. Такой способ используется во многих версиях семейства Unix.

Для справки:

Сектор – физическая еденица данных(512б);

Кластер – логическая единица данных, включает 1 или несколько секторов. Информация пишется и считывается кластерами.

12) Файловая система FAT. Особенности ее реализации.

файловая система - одна из основных составляющих любой операционной системы, так как она обеспечивает хранение информации на физических носителях и доступ приложений к этой информации. Информация на жестком диске хранится в секторах (обычно 512 байт) и сам жесткий диск может выполнить только команду считать или записать блок данных в какой-либо сектор на диске. А файловая система позволяет оперировать с более удобным понятием - файл.

Файловая система FAT (File Allocation Table) была в 1977 году и первоначально использовалась в операционной системе 86-DOS. FAT была предназначена для работы с гибкими дисками размером менее 1 Мбайта, и вначале не предусматривала поддержки жестких дисков. В настоящее время FAT поддерживает файлы и разделы размеров до 2 Гбайт.

В FAT применяются следующие ограничения на имена файлов:

• имя должно начинаться с буквы или цифры и может содержать любой символ ASCII, за исключением пробела и символов "/\[]:;|=,^*?

• максимальная длина имени - 8 символов, за ним следует точка и необязательное расширение длиной до 3 символов.

• регистр символов в именах файлов не различается и не сохраняется.

Структура раздела FAT изображена на рисунке ниже. В BIOS содержится необходимая информация о характеристиках жесткого диска. Файловая система FAT не способна контролировать отдельно каждый сектор, поэтому она объединяет смежные сектора в кластеры. Этим достигается, уменьшение общего количества единиц хранения данных, за которыми следит файловая система. Размер кластера в FAT является степенью двойки и определяется размером тома при форматировании диска (таблица 1). Кластер представляет собой минимальное пространство, которое может занимать файл. Из за этого часть пространства диска не используется.

Файловая система FAT заполняет свободное место на Hdd последовательно от начала к концу. При создании нового файла или увеличении уже существующего она ищет первый свободный кластер в таблице размещения файлов. Если одни файлы были удалены, а другие изменились в размере, то появляющиеся в результате пустые кластеры будут рассеяны по диску. Если кластеры, содержащие данные файла, расположены не подряд, то файл оказывается фрагментированным. Сильно фрагментированные файлы значительно снижают эффективность работы, так как головки чтения/записи при поиск е очередной записи файла должны будут перемещаться от одной области диска к другой.

Также недостатком FAT является то, что ее производительность зависит от количества файлов, находящихся в одном каталоге. При большом количестве файлов (около тысячи), выполнение операции считывания списка файлов в каталоге может занять несколько минут.

FAT не предусматривает хранения такой информации, как сведения о владельце или полномочия доступа к файлу. FAT является наиболее одной из самых распространенных файловых систем и ее поддерживают большинство ОС. FAT - простая файловая система, не предотвращающая порчи файлов из-за ненормального завершения работы компьютера.