3.5.1 Происхождение файловых систем

Понятие файла очень тесно и органично связано с современными компьютерами.

Есть две основные области использования вычислительной техники.

Первая связана с применением ЭВМ для выполнения численных расчетов.

Вторая область — это функционирование компьютеров в автоматических или автоматизированных информационных системах. Информационная система (ИС) представляет собой управляемый человеком программно-аппаратный комплекс, функции которого состоят в надежном хранении информации, выполнении преобразований информации. Информационные системы по своей сути должны иметь дело с большими объемами сложно структурированной информации(банковские системы, системы резервирования жд билетов). Говорить о надежном и долговременном хранении можно только при наличии запоминающих устройств, сохраняющих информацию после выключения электропитания. Основная оперативная память компьютеров этим свойством не обладает.

В ранних поколениях компьютеров применялись два вида устройств внешней памяти — магнитные ленты и барабаны. Магнитные ленты по своей физической природе относятся к устройствам последовательного доступа. То есть, чтобы найти некоторую зону ленты для чтения или записи порции информации, приходится последовательно просматривать все предшествующие зоны. Емкость магнитных лент для целей информационных систем была удовлетворительной, но доступ к данным был слишком медленным.

Магнитные барабаны по принципу действия были схожи с современными жесткими дисками, только запись информации велась не на плоской, а на цилиндрической поверхности. Магнитные барабаны были первыми устройствами прямого доступа, обеспечившими возможность быстрого непосредственного доступа к любой части хранимых данных.

Для работы информационных систем постоянное потребление больших объемов данных является основой функционирования. Объективно естественным требованием к информационным системам является высокая средняя скорость выполнения поисковых операций в очень больших объемах информации. Именно требования нечисловых приложений вызвали появление съемных магнитных дисков, приведших к подлинной революции в информационной сфере. Уже первые диски обладали существенно большей емкостью, чем магнитные барабаны, и при этом обеспечивали короткое время доступа к данным в режиме произвольной выборки. Кроме того, как в случае магнитных лент, дисковые устройства позволяют заменять при необходимости дисковый пакет, что дает возможность создавать практически неограниченные архивы данных.

С появлением магнитных дисков началась история систем управления данными во внешней памяти. До этого каждая прикладная программа, которой требовалось сохранить или прочесть данные из внешней памяти, должна была сама определять расположение каждой порции данных на магнитной ленте или барабане. Программа с помощью программно-аппаратных средств низкого уровня (машинных команд или вызовов соответствующих программ операционной системы) также управляла и самим обменом между оперативной памятью и устройствами внешней памяти. Это очень затрудняло поддержание на одной ленте нескольких архивов с долговременно хранимой информацией. Кроме того, каждой прикладной программе приходилось решать проблемы структуризации данных во внешней памяти, в частности, именования отдельных фрагментов данных.

Важнейшим историческим шагом стало создание централизованных систем управления данными — файловых систем, где впервые и появилось понятие файла.

Первая широко распространенная файловая система была разработана в начале 60-х годов фирмой IBM для компьютеров серий 360/370. Понятие файла в OS/360 являлось базовой абстракцией, которой соответствовал любой внешний объект, включая внешние устройства ввода/вывода.

С точки зрения прикладной программы (и ее пользователя), файл — это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Правила именования файлов, способы (команды) доступа к ним и реальная физическая структура хранения данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Именно система управления файлами, а не пользователь, как это было ранее, берет на себя распределение внешней памяти, отображение имен файлов в соответствующие адреса во внешней памяти и обеспечение доступа к данным.

Работа с файлами на уровне пользователя в OS/360 была достаточно трудной, так как опиралась на целый ряд технических деталей. Современные операционные системы предлагают пользователям оперировать понятиями более высокого уровня. Работа с файлами во многом стала напоминать работу с обычными документами.