35.Файловая система ms-dos. Командные и программные средства управления файлами.

Файловая система – часть ОС, которая управляет файлами на внешней памяти, предоставляя средства доступа к данным на программном и командном уровнях, включая совместное использование несколькими пользователями и процессами.

Файловая система включает:

- совокупность всех файлов на диске

- набор структур данных, исп. для управления файлами

- комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами.

Файловая система FAT

Аббревиатура FAT (file allocation table) расшифровывает­ся как «таблица размещения файлов». Этот термин относится к линейной табличной структуре со сведениями о файлах — именами файлов, их атрибутами и другими данными, определяющими местонахождение файлов (или их фрагмен­тов) в среде FAT. Элемент FAT определяет фактическую область диска, в кото­рой хранится начало физического файла.

Таблица размещения файлов является очень важной информационной структу­рой. Можно сказать, что она представляет собой карту (образ) области данных, в которой описывается состояние каждого участка области данных. Область дан­ных разбивают на так называемые кластеры. Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве (точнее - только в области данных). В таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу (некорневому каталогу), связываются в цепочки. Для указания номера кластера в системе управления файлами FAT-16 используется 16-бито­вое слово, следовательно, можно иметь до 216 = 65536 кластеров (с номерами от 0 до 65535).

Кластер — это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу (или некорневому каталогу). Файл или каталог занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью, что приведет к заметной потере дискового пространства при большом размере кластера. На дискетах кластер занимает один или два сектора, а на жестких дис­ках — в зависимости от объема раздела

Номер кластера всегда относится к области данных диска (пространству, зарезервированному для файлов и подкаталогов). Первый допустимый номер кла­стера всегда начинается с 2. Номера кластеров соответствуют элементам табли­цы размещения файлов.

Логическое разбиение области данных на кластеры как совокупности секторов взамен использования одиночных секторов имеет следующий смысл: прежде всего, уменьшается размер самой таблицы FAT; уменьшается возможная фрагмента­ция файлов; ускоряется доступ к файлу, так как в несколько раз сокращается длина цепочек фрагментов дискового пространства, выделенных для него.

Однако слишком большой размер кластера ведет к неэффективному использова­нию области данных, особенно в случае большого количества маленьких файлов. Как мы только что заметили, в среднем на каждый файл теряется около поло­вины кластера. При размере кластера в 32 сектора (объем раздела — от 512 Мбайт до 1023 Мбайт), то есть 16 Кбайт, средняя вели­чина потерь на файл составит 8 Кбайт, и при числе файлов в несколько тысяч потери могут составлять более 100 Мбайт. Поэтому в современных файловых системах (к ним, прежде всего, следует отнести HPFS, NTFS, FAT32 и некото­рые другие, поддерживаемые ОС семейства UNIX) размеры кластеров ограничи­ваются (обычно — от 512 байт до 4 Кбайт). В FAT32 проблема решается за счет того, что собственно сама FAT в этой файловой системе может содержать до 228 кластеров. Наконец, заметим, что системы управления файлами, созданные для Windows 9x и Windows NT, могут работать с разделами до 4 Гбайт, на которых установлена система FAT , тогда как DOS с таким разделом работать не может.

Файловая система с использованием таблицы размещения файлов FAT показана на рис.

На рис. видно, что файл с именем MYFILE.TXT размещается, начиная с восьмого кластера. Всего файл MYFILE.TXT занимает 12 кластеров. Цепочка кластеров (chain) для этого примера может записана так: 8,9,0A,0B,15,16,17,19,1A,1B,1C,1D. Кластер с номером 18 помечен специальным кодом F7 как плохой (bad), он не может быть использован для размещения данных. При форматировании обычно проверяется поверхность магнитного диска, и те секторы, при контрольном чтении с которых происходили ошибки, помечаются в FAT как плохие. Кластер 1D помечается кодом FF как конечный (последний в цепочке) кластер, принадлежащий данному файлу. Свободные кластеры помечаются кодом 00; при выделении нового кластера для записи файла берется первый свободный кластер. Поскольку файлы на диске изменяются – удаляются, перемещаются, увеличиваются, уменьшаются,- то правило выделения первого свободного кластера для новой порции данных приводит к фрагментации файлов, то есть данные одного файла могут располагаться не в смежных кластерах, а, порой, в очень удаленных друг от друга, образуя сложные цепочки. Это приводит к существенному замедлению работы с файлами.

Рис. Основная концепция FAT

Так как FAT используется при доступе к диску очень интенсивно, она обычно загружается в ОЗУ (в буфера ввода/вывода или кэш) и остается там настолько долго, насколько это возможно.

В связи с чрезвычайной важностью FAT она обычно хранится в двух идентич­ных экземплярах, второй из которых непосредственно следует за первым. Об­новляются копии FAT одновременно. Используется же только первый экземп­ляр. Если он по каким-либо причинам окажется разрушенным, то произойдет обращение ко второму экземпляру. Так, например, утилита проверки и восста­новления файловой структуры ScanDisk из ОС Windows 9x при обнаружении не­соответствия первичной и резервной копии FAT предлагает восстановить глав­ную таблицу, используя данные из копии.

Упомянутый корневой каталог отличается от обычного каталога тем, что он, по­мимо размещения в фиксированном месте логического диска, еще имеет и фик­сированное число элементов. Для каждого файла и каталога в файловой системе хранится информация в соответствии со структурой, изображенной в табл. 4.4.

Таблица 4.4. Элемент каталога

Размер поля данных, байт	Содержание поля
11	Имя файла или каталога
1	Атрибуты файла
1	Резервное поле
3	Время создания
2	Дата создания
2	Дата последнего доступа
2	Зарезервировано
2	Время последней модификации
2	Дата последней модификации
2	Номер начального кластера в FAT
4	Размер файла

Структура системы файлов является иерархической. Это иллюстрируется рис. 4.8, из которого видно, что элементом каталога может быть такой файл, который сам, в свою очередь, является каталогом.

Рис. 4.8. Структура системы файлов