Организация файловой системы

1. Все современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Каждая поверхность диска разделяется на кольцевые дорожки, а каждая дорожка — на угловые секторы с фиксированным размером по 512 байт.

Структура поверхности дискеты (40 дорожек, 8 секторов)

Информационный объем дискеты (байт):

V= Р * D * S * 512,

где: V— информационный объем дискеты, байт; Р — количество поверхностей дискеты (одна или две); D — количество дорожек на поверхности; S — количество секторов на дорожке.

Если дискета является системной, то ядро MS-DOS размещается начиная с 0-й дорожки, как более надежной (большая длина и меньшая плотность записи).

Для поиска файла на диске используют понятие цилиндра.

Цилиндр — это совокупность всех дорожек, равноудаленных от оси вращения диска.

Местоположение файла на жестком диске определяется номерами цилиндра, поверхности и сектора.

Операционные системы используют для адресации кластер — группу соседних секторов. Размер кластера зависит от операционной системы и размера жесткого диска (8, 16, 32 или 64 сектора).

2. Данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, но пользователю они представляются в виде иерархической структуры. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции под управлением операционной системы.

1. Создание файлов и присвоение им имен. При создание файла ему присваивается имя, а затем он регистрируется в файловой системе.

Имя файла состоит из имени и расширения имени, отделяемого от имени точкой. На имя файла отводится восемь символов, а на его расширение — три. Допустимы определенные специальные символы (!, _, -, ^~ и т.п.) и символы русского и других алфавитов. Имя, удовлетворяющее описанным требованиям, называется «коротким». Для операционной системы Windows введено понятие «длинного» имени, которое может содержать до 256 символов, кроме девяти специальных: \ / : * ? » < > |. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

При создании имен файлов полагается учитывать следующие рекомендации:

• в корневой папке диска нежелательно хранить файлы с длинными именами;

• если документ готовится для передачи, то для создания имени файла надежнее пользоваться символами английского языка;

• прописные и строчные буквы не различаются операционной системой;

• расширение имени файла приписывается автоматически.

2. Создание каталогов (папок) и присвоение им имен.

Каталоги (папки) — элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам. Файлы объединяют в каталоги по любому общему признаку. Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.

Правила присвоения имени каталогу такие же, как правила присвоения имени файлу, но без расширения имен. В иерархических структурах данных адрес объекта задается путем доступа, ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу все промежуточные каталоги разделяются символом «\».

Для обслуживания файловой структуры термины «каталог» и «папка» равнозначны. Основное различие этих понятий проявляется в организации хранения объектов иной природы. В последних операционных системах семейства Windows существуют папки, которым не соответствует ни один каталог диска.

3. Переименование файлов и каталогов (папок).

4. Копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска.

5. Удаление файлов и каталогов (папок). Существуют три режима удаления данных: удаление, уничтожение и стирание, но операционные системы обеспечивают только два первых режима (режим надежного стирания данных можно обеспечить лишь специальными программными средствами).

В операционных системах Windows 95/98/2003 удаление организовано с помощью папки Корзина. Удаление файлов и папок происходит при перемещении их в Корзину, но на уровне файловой структуры жесткого диска ничего не происходит — файлы остаются в тех же секторах, где и были записаны.

Уничтожение файлов происходит при очистке Корзины. Файл полностью удаляется из файловой системы, но в таблице размещения файлов он помечается как удаленный, хотя физически остается там же, где и был. При этом открывается возможность записи новых файлов в кластеры, помеченные как «свободные».

Операция стирания файлов, выполняемая служебными программами, состоит в том, чтобы заполнить помеченные «свободными» кластеры, оставшиеся после уничтоженного файла, случайными данными.

6. Навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке). Это одна из наиболее используемых функций операционной системы. В операционных системах, имеющих интерфейс командной строки, навигацию осуществляют путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. В связи с неудобством такой навигации широкое применение нашли специальные служебные программы, называемые файловыми оболочками.

7. Управление атрибутами файлов. Атрибуты — это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

• только для чтения (Read only), означающий, что файл не предназначен для внесения изменений;

• скрытый (Hidden), означающий, что файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций для защиты против повреждения файла;

• системный (System), который нельзя изменить средствами операционной системы;

• архивный (Archive), при котором изменение файла вручную средствами операционной системы не имеет практического значения.

Управление установкой, исполнением и удалением приложений (самостоятельно)

1. Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти установку. Дистрибутивный комплект (установочный пакет) программного обеспечения представляет собой не законченный программный продукт, а полуфабрикат, из которого в процессе установки на компьютере формируется рабочее приложение и осуществляются привязка и настройка приложения к конкретной аппаратно-программной среде.

Современные графические операционные системы берут на себя управление установкой приложений. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между приложениями, обеспечивают доступ устанавливаемых приложений к драйверам устройств вычислительной системы, формируют общие ресурсы, которые могут использоваться разными приложениями, выполняют регистрацию установленных приложений и выделенных им ресурсов.

2. С точки зрения управления исполнением приложений различают однозадачные и многозадачные операционные системы.

Однозадачные операционные системы (например, MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения (полная многозадачность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющая многозадачность). Одновременно с однозадачными операционными системами возможна работа так называемых резидентных программ. Они не опираются на операционную систему, а работают с процессором, используя его систему прерываний.

Большинство современных графических операционных систем — многозадачные. Они обеспечивают возможность:

• одновременной или поочередной работы нескольких приложений;

• обмена данными между приложениями;

• совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями.

От того, как операционная система управляет работой приложений, зависит надежность вычислительной системы. Операционная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользователя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности операционной системы может вступать в противоречие с требованием ее универсальности.

3. Процесс удаления приложений может происходить под управлением вычислительной системы. В операционных системах, где каждое приложение обеспечено собственными ресурсами (например, в MS-DOS), его удаление производится полным удалением каталога, в котором размещается приложение.

В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов (например, в Windows 95/98/ 2003), процесс удаления приложений происходит под контролем операционной системы. Полнота удаления и надежность последующего функционирования операционной системы и оставшихся приложений зависят от корректности установки и регистрации приложений в реестре операционной системы.