Экзамен ОС 2018

Оглавление

Типы:

●обычные файлы

-Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере.

-Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру. Например, исполняемый файл в ОС Unix имеет пять секций: заголовок, текст, данные, биты реаллокации и символьную таблицу. Любая операционная система должна уметь распознавать хотя бы один тип файлов – их собственные исполняемые файлы. Другим примером бинарного файла может быть архивный файл.

●специальные файлы

-Файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды файлового чтения и записи.

-Команды чтения/записи файла обрабатываются файловой системой, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются в команды управления соответствующим устройством. Так, например, клавиатура обычно рассматривается как текстовый файл, из которого компьютер получает данные в символьном формате.

-Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

●файлы-каталоги

Логическая организация файлов:

●Программист имеет дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей.

●Логическая запись – это наименьший элемент данных, которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством. Даже если физический обмен с устройством осуществляется большими единицами, операционная система обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи.

●Три схемы логической организации файла:

-записи фиксированной длины;

-записи переменной длины с последовательной организацией;

-записи переменной длины с индексно-последовательной организацией.

Оглавление

Оглавление

блок распределен некоторому файлу, то индекс этого блока содержит номер следующего блока данного файла.

Связанный список блоков - способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан одним числом – номером первого блока.

Перечень номеров блоков - задание физического расположения файла путем простого перечисления номеров блоков, занимаемых этим файлом.

Каталоги:

●Каталоги – системные файлы, поддерживающие структуру файловой системы.

●Каталог это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны – это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих.

●В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

Логическая организация ФС:

●Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня.

●Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть – если файл может входить сразу в несколько каталогов.

●В MS-DOS каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX'е – сетевую. Как и любой другой файл, каталог имеет символьное имя и однозначно идентифицируется составным именем, содержащим цепочку символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного каталога.

Оглавление

Оглавление

Повышение производительности файловых систем:

●Кэширование дисковых операций ввода/вывода:

-Перехват запросов к внешним блочным ЗУ, промежуточным программным слоем – подсистемой буферизации (ПБ).

-ПБ представляет собой буферный пул, располагающийся в ОЗУ, и комплекс программ, управляющих этим пулом по принципу кэш-памяти.

-Размер каждого буфера пула равен размеру одного блока.

-Кэширование может выполняться как

при выполнении операций чтения диска:

при выполнения операций записи на диск:

Оглавление

Оглавление

●Опережающее чтение:

-Второй метод увеличения производительности ФС состоит в попытке получить блоки диска в кэш прежде, чем они потребуются. В частности, многие файлы считываются последовательно.

-Когда ФС получает запрос на чтение блока k файла, она выполняет его, но после этого сразу проверяет, есть ли в кэше блок k + 1. Если этого блока в кэше нет, ФС читает его в расчете, что к тому моменту, когда он понадобится, этот блок уже будет считан в кэш.

●Снижение времени перемещения блока головок:

-Другой важный метод состоит в уменьшении затрат времени на перемещение блока головок. Достигается это помещением блоков, к которым высока вероятность доступа в течение короткого интервала времени, близко друг к другу.

-Три возможные ситуации, которые могут привести к увеличению затрат времени на перемещение блока головок:

-многократное обращение к диску при выделении дискового пространства для сохранения файла;

-чтение фрагментированного файла;

-два обращения к диску при чтении блока данных файла.

●Использование RAID-систем:

См. Вопрос №6

4. Способы учета свободного дискового пространства.

Способы учета свободного дискового пространства:

●Связанный список (linked list) – в этом случае все свободные блоки связываются в общий список, указатель на первый свободный блок

Оглавление

Оглавление

размещается в специально отведенном месте диска. Недостаток этого решения состоит в том, что для просмотра всего списка нужно выполнить много обращений к диску. Однако, обычно, необходим только первый свободный блок.

●Битовая карта (bit map) – в этом случае список свободных блоков диска реализован в виде битового вектора. Каждый блок представлен одним битом, принимающим значение 0 или 1, в зависимости от того, занят он или свободен.

●Групповой способ (grouping) – модификации подхода связанного списка, в первом свободном блоке хранятся адреса n свободных блоков. Первые n-1 этих блоков действительно используются, а последний блок содержит адреса других n блоков и т. д.

●Способ «счетчика» (counting) – каждая группа последовательных свободных блоков описывает парой чисел (номер стартового свободного блока; число последовательных свободных блоков).

Оглавление

Оглавление

5. Файловые системы FAT и FAT32. Структура логического диска. Элемент каталога. Логическая, физическая организация файлов. Хранение длинных имен. Повышение производительности файловых систем.

5.1 Файловые системы FAT и FAT32

FAT (англ. File Allocation Table — «таблица размещения файлов») — это классическая архитектура файловой системы.

5.1.1 Файловая система FAT16

Разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1976-1977 годах и первоначально использовалась в операционной системе 86-DOS. В дальнейшем 86-DOS была приобретена Microsoft и стала основой для ОС MS-DOS 1.0, выпущенной в августе 1981 года.

FAT16 была вначале предназначена для работы с гибкими дисками размером менее 1 Мбайт и не предусматривала поддержки жестких дисков.

В FAT16 имена файлов имеют формат 8.3 (8 символов, образующие имя файла, и последние 3, образующие расширение) и состоят только из символов кодировки ASCII.

Поддерживается 16-разрядная адресация кластеров – максимальное число адресуемых кластеров – 65 524.

5.1.2 Файловая система VFAT

VFAT — это расширение FAT16, появившееся в первой версии Windows 95. Во второй версии Windows 95 пользователям была предложена уже FAT32. Virtual FAT поддерживала длинные имена файлов (Long File Name, LFN) в

кодировке UTF-16LE, при этом LFN хранятся одновременно с именами в формате 8.3,

называемыми SFN (Short File Name).

LFN нечувствительны к регистру при поиске.

Длинные имена (LFN) хранятся в специально отформатированных 32-байт записях, байт атрибутов у которых равен 0x0F.

Поддерживает разделы до 4 Гб.

VFAT использует 16-разрядную адресацию кластеров.

5.1.3 Файловая система FAT32

FAT32 — последняя версия файловой системы FAT и улучшение предыдущей версии, известной как FAT16. Она была создана, чтобы преодолеть ограничения на размер тома в FAT16, позволяя при этом использовать старый код программ MS-DOS и сохранив формат.

Поддерживается 32-разрядная адресация кластеров – максимальное число адресуемых кластеров – 4 294 377 472.

Поддержка больших разделов (более 4Gb).

Оглавление

Оглавление

Поддержка длинных имен (LFN) до 255 символов, причем нет ограничений на число и размер расширения.

Корневой каталог теперь можно свободно наращивать по мере необходимости подобно подкаталогу. Отсутствуют ограничения на число записей в корневом каталоге.

Имеет более высокую надежность: FAT32 способна перемещать корневой каталог, создает резервную копию загрузочного сектора и может работать с резервной копией FAT.

5.1.4 Файловая система exFAT (иногда называют FAT64)

exFAT (Extended FAT) – проприетарная файловая система, предназначенная главным образом для флэш-накопителей большой емкости, хранящих мультимедийную информацию.

Основная причина разработки exFAT – уменьшение количества перезаписей одного и того же сектора, что очень важно для флэш-накопителей, у которых ячейки памяти необратимо изнашиваются после определённого количества операций записи.

Теоретический лимит на размер файла 2^64 байт (16 эксабайт). Максимальный размер кластера увеличен до 2^25 байт (32 мегабайта). Улучшение распределения свободного места за счёт введения битовой карты

свободного места, что может уменьшать фрагментацию диска.

Для корневого каталога ограничения на размер нет. Количество файлов в подкаталогах ограничено числом 2,796,202 ((2^23)/3).

Введена поддержка списка прав доступа.

Поддержка транзакций (опциональная возможность, должна поддерживаться устройством).

5.2 Структура логического диска

Структура логического диска для всех версий FAT одинакова

Загрузочная запись (первый сектор диска) – служит для загрузки ОС и организации хранения данных.

FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов.

FAT (копия) - копия таблицы размещения файлов.

Корневой каталог – занимает непрерывную область фиксированного размера для хранения 512 записей о файлах и каталогах, расположенных в корне файловой системы.

Вслед за корневым каталогом на логическом диске находится область файлов и подкаталогов корневого каталога.

Оглавление

Оглавление

5.3 Элемент каталога

5.3.1 Элемент каталога FAT16

5.3.2 Элемент каталога VFAT

5.3.3 Элемент каталога FAT32

Чтобы обеспечить возможность работы с возросшим числом кластеров, в записи каталога для каждого файла должно выделяться 4 байт для начального кластера файла (по сравнению с 2 байтами в FAT16 и vFAT)

Эти 2 дополнительных байта выделяются среди зарезервированных 10 байт.

Оглавление