Файлові системи

Передумови виникнення файлових систем

Всі комп'ютерні програми мають потребу у одержанні та зберіганні інформації. Працюючий процес у власному адресному просторі може зберігати лише обмежену кількість даних, отже ємність сховища обмежена розміром віртуального адресного простору. Багатьом додаткам цілком достатньо і цього обсягу, але є й такі, наприклад системи резервування авіаквитків, системи банківського або корпоративного обліку, для яких його явно недостатньо. Інша проблема, пов'язана із зберіганням інформації в межах адресного простору процесів, полягає в тому, що при завершенні процесу ця інформація втрачається. Для багатьох додатків (наприклад, для баз даних) інформація повинна зберігатися тижнями, місяцями або навіть вічно. Її втрата із завершенням процесу абсолютно неприйнятна. Більш того, вона не повинна втрачатися і при аварійному завершенні процесу, при відмові комп'ютера.

Третя проблема полягає в тому, що найчастіше виникає необхідність у наданні одночасного доступу до якоїсь інформації (або її частини) декільком процесам. Якщо інтерактивний телефонний довідник буде зберігатися в межах адресного простору тільки одного процесу, то доступ до нього зможе отримати тільки цей процес. Ця проблема вирішується за допомогою зберігання інформації як такої, незалежно від будь-яких процесів.

Таким чином, до довготривалого сховища інформації у нас є три основні вимоги:

1. Воно повинно надавати можливість зберігання великої кількості інформації.

2. Інформація повинна пережити припинення роботи процесу, що її використовує.

3. До інформації повинні мати паралельний доступ декілька процесів.

В якості такого довготривалого сховища впродовж довгих років використовуються магнітні диски. Також використовуються магнітні стрічки і оптичні диски, але їх продуктивність значно нижча. Нам цілком достатньо уявляти собі диск у вигляді пристрою з лінійною послідовністю блоків фіксованого розміру, який підтримує дві операції:

1. Читання блоку k.

2. Запис блоку k.

Насправді цих операцій є набагато більше, але для вирішення проблеми довготривалого зберігання інформації достатньо цих двох операцій.

Проте ці операції неефективні, особливо на великих системах, що використовуються багатьма додатками і, можливо, кількома користувачами (наприклад, на сервері). Наведемо деякі питання які можуть виникнути :

1. Як ведеться пошук інформації?

2. Як вберегти дані одного користувача від читання їх іншим користувачем?

3. Як дізнатися, які з блоків вільні?

Дані проблеми можна вирішити за допомогою нової абстракції: файлу.

Файли - є логічними інформаційними блоками, створюваними процесами. На диску зазвичай містяться тисячі або навіть мільйони незалежних один від одного файлів. Фактично, якщо розглядати кожен файл як різновид адресного простору, то це буде досить близько до істини, за винятком того, що файли використовуються для моделювання диска, а не оперативної пам'яті.

Процеси можуть зчитувати існуючі файли і, якщо потрібно, створювати нові. Інформація, що зберігається у файлах, повинна мати довготривалий характер, тобто на неї не повинно впливати створення процесу і його завершення. Файл повинен припиняти своє існування тільки в тому випадку, якщо його власник видаляє його явним чином. Хоча операції читання і запису файлів є найпоширенішими, існує безліч інших операцій, деякі з них будуть розглянуті далі.

Файли керуються операційною системою. Структура файлів, їх імена, доступ до них, їх використання, захист, реалізація та управління ними є основними питаннями розробки операційних систем.

З позиції користувача найбільш важливим аспектом файлової системи є її представлення, тобто що собою являє файл, як файли іменуються і захищаються, які операції дозволено проводити з файлами і т. д. А детальніше про те, що саме використовується для відстеження вільного простору сховища - зв’язані списки або бітова матриця, і про те, скільки секторів входить в логічний дисковий блок, йому не цікаво, хоча це важливо для розробників файлової системи..

Файли Розглянемо файли з точки зору користувача, тобто розглянемо, як вони використовуються і якими властивостями володіють.