5. Модели реализации файлов

Первой тривиальной и самой эффективной с точки зрения минимизации накладных расходов является модель непрерывных файлов (Рис. 97.). Данная модель подразумевает размещение каждого файла в непрерывной области внешнего устройства. Эта организация достаточно простая: для обеспечения доступа к файлу среди атрибутов должны присутствовать имя, блок начала и длина файла. Но тут возникают следующие проблемы. Во-первых, внутренняя фрагментация (хотя это проблема почти всех блок-ориентированных устройств). В качестве иллюстрации можно привести следующее: если необходимо хранить всего один байт, то для этого будет выделен целый блок, который, по сути, будет пустым. Во-вторых, это фрагментация между файлами (эта проблема обсуждалась при рассмотрении моделей организации работы оперативной памяти). Но данная система имеет и некоторые достоинства, и немаловажное из них — отсутствие фрагментации файла по диску: поскольку файл хранится в единой непрерывной области диска, то при считывании файла головка жесткого диска совершает минимальное количество механических движений, что означает более высокую производительность системы. Соответственно, при реализации данной модели должна решаться важная проблема, возникающая при модификации файла, в частности, при увеличении его содержательной части. Чтобы несколько упростить эту задачу, зачастую используют такой прием: при создании файла к запрошенному объему добавляют некоторое количество свободного пространства (например, 10% от запрошенного объема), но этот же прием ведет к увеличению внутренней фрагментации. Еще одной немаловажной проблемой является фрагментация свободного пространства. Файловые системы, реализующие данную модель хранения файла, являются деградирующими: в ходе эксплуатации фрагментация свободного пространства увеличивается, и в итоге на диске имеется множество мелких свободных участков, имеющих очень большой суммарный объем, но из-за своего небольшого размера эти участки использовать не представляется возможным. Для разрешения этой проблемы необходимо запускать процесс компрессии (дефрагментации), который занимается тем, что сдвигает файлы с учетом зарезервированного для каждого файла «запаса», «прижимая» их друг к другу. Эта операция трудоемкая, продолжительная и опасная, поскольку при перемещении файла возможен сбой.

97. Модель непрерывных файлов.

Следующей моделью является модель файлов, имеющих организацию связанного списка (Рис. 98.). В этой модели файл состоит из блоков, каждый из которых включает в себя две составляющие: данные, хранимые в файле, и ссылка на следующий блок файла. Эта модель также является достаточно простой, достаточно эффективной при организации последовательного доступа, а также эта модель решает проблему фрагментации свободного пространства. С другой стороны, обозначенная модель не предполагает прямого доступа: чтобы обратиться к i-ому блоку, необходимо последовательно просмотреть все предыдущие. Также эта модель предполагает фрагментацию файла по диску, т.е. содержимое файла может быть рассредоточено по всему дисковому пространству, а это означает, что при последовательном считывании содержимого файла добавляется значительная механическая составляющая, снижающая эффективность доступа. И еще одним недостатком данной модели является то, что в каждом блоке присутствует и системная, и пользовательская информация. Возможна ситуация, что при необходимости считать данные, объемом в один логический блок, реально происходит чтение двух блоков.