5.4. Хранение и управление информацией. Файловые системы.

До появления DOS запись данных проводилась единым фрагментом. Эти фрагменты назывались наборами данных. При увеличении набора данных приходилось полностью переписывать его в конец заполненного пространства носителя. На старом месте образовывался свободный промежуток.

С появлением DOS (дисковая операционная система) принцип хранения данных изменился.

Принцип хранения данных в DOS. Диск разбивается на фрагменты фиксированной длины (кластеры). Данные записываются в кластер. Кроме данных, кластер содержит служебную информацию. Если данные целиком не входят в кластер, то остаток переносится в другой кластер, а в первый кластер записывается служебная информация о месте нахождения продолжения данных. Такой набор данных называется файл.

В операционных системах DOS и Windows этот принцип реализован с помощью файловых систем FAT и NTFS.

Файловая система представляет собой совокупность служебной информации, записанной на носитель.

При форматировании пространства информационного носителя он разбивается на кластеры. То есть на него записывается служебная информация – разметка кластеров.

Также записывается таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table) и ее резервная копия.

По сути таблица размещения файлов является аналогом оглавления в книге, а файл –главы. То есть в начале диска находится таблица, в которой написано, с какого кластера начинаются файлы.

Возможно, вы сталкивались с ситуацией, когда вирус уничтожил все данные на диске. Если дать команду на стирание диска, то этот процесс займет длительное время, а вирус это делает практически мгновенно. Каким образом он это делает? На самом деле вирус не стирает информацию на диске, он портит FAT, то есть он портит оглавление. Таким образом Вы теряете доступ к данным. Существуют программы, которые позволяют восстановить информацию, читая ее непосредственно с носителя, без использования FAT.

Таблица размещения файлов записывается в начале диска, и содержит информацию о том, с какого кластера начинаются файлы.

FAT также содержит информацию о кластерах, в частности их размер и состояние (существует 4 состояния: используется, не используется, плохой, последний кластер файла).

Итак, файловая система представляет собой совокупность служебной информации, записанной на носитель. К этой информации относится: таблица размещения файлов FAT, пространство диска, размеченное на кластеры, резервная копия FAT.

5.5. Логические и физические диски

Наверняка Вы слышали такие понятия как физический диск и логический диск. Между ними существуют достаточно серьезные различия. Разберём их.

Физический диск – это материальный предмет, оборудование, например, жесткий диск, который находится в корпусе компьютера, или FLASH носитель, который может находиться в цифровом плеере, фотоаппарате и пр.

Когда физический диск форматируют, то есть записывают на него служебную информацию, появляется логический диск. На одном физическом диске может находиться один, два, или несколько логических дисков.

Физический диск – это железо, его видит только BIOS, операционная система работает только с логическими дисками.

На одном физическом диске может находиться один или несколько логических дисков. Файловая система работает с логическими дисками. По сути, файловая система, помещенная на физический диск – это и есть логический диск.

Не следует путать два разных понятия – FAT таблица размещения файлов, и FAT - как название файловой системы. До сих пор речь шла о таблице размещения файлов, которая присутствует в обеих файловых системах – и в FAT, и в NTFS. Рассмотрим файловую систему FAT.

Различают следующие файловые системы FAT: FAT 12, FAT 16 и FAT 32.

FAT 12 использовался для 5-ти дюймовых дискет, которая содержала 360 кбайт.

FAT 16 использовалась в 3-х дюймовых дискетах и дисках емкостью до 2Гб.

FAT 32 используют в настоящее время в жестких дисках емкостью от 32 Гб до 2Тб.

Числа 12,16 и 32 означают разрядность счетчика кластеров (то есть предельное количество кластеров). Например, в FAT 12 можно иметь до 2¹²=4096 кластеров, в FAT 32- 2³².

В FAT 12 и FAT 16 размер кластеров постоянен.

В FAT 32 размеры кластера варьируются для разных жестких дисков от 4кб до 32кб в зависимости от размера диска (чем больше жесткий диск, тем больше и каждый его кластер). Это дает возможность оптимизировать размеры кластеров. Необходимость такой оптимизации вызвана следующим. Если сделать большой размер кластера, например, 32 кб, а записать туда файл, содержащий одну букву, то есть 1 байт, получается, что для записи 1 байт мы потратили 32кб дискового пространства. С другой стороны, если сделать размер кластера в 1кб, то для диска емкостью 1 Тб понадобится 10¹² кластеров, а их всего может быть не более 2³², что в 200 раз меньше. То есть мы сможем занять только 1/200 пространства на диске. Значит, оптимальным размером кластера будет кластер минимального размера, но при этом их количество не должно превышать предельное количество кластеров. Если объем диска разделить на предельное количество кластеров, получим оптимальный размер кластера.

Файловая система NTFS (образовано от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT. Основные отличия NTFS: Обеспечивает более быстрый доступ к файлам и содержит дополнительную информацию о правах доступа к файлу.

На уровне файловой системы NTFS можно устанавливать права доступа различных пользователей. В частности, пользователь, создавший файл, является хозяином файла и в праве заблокировать доступ к файлу всех других пользователей (в том числе и администратора). Однако в случае, если файл будет переписан в файловую систему FAT, все ограничения по правам доступа пропадут.

Понятие файла, папки, ярлыка. На жёстких дисках современных компьютеров хранится огромное количество информации. Это могут быть текстовые документы, программы и их части, рисунки, фотографии, музыка, фильмы и прочее. Все эти информационные фрагменты являются целостными блоками. Операционная система обеспечивает доступ к ним. С точки зрения операционной системы все эти блоки – отдельные файлы. В зависимости от содержания файла (текст, рис, музыка) система обрабатывает его различными способами (программами). Определить тип содержания файла и, соответственно, способ обработки позволяет расширение, записанное в имени файла. То есть файл – ни что иное, как способ доступа операционной системы к данным.

Файл представляет собой совокупность собственно хранимой информации и служебной информации.

К служебной информации относятся: имя файла, расширение (doc, jpg, и т.д.), время и дата создания, дата последнего доступа, дата и время последней модификации, размер файла. Файлы могут иметь 4 установленных или сброшенных атрибута: Archive (архивный), System (системный), Hidden (скрытый), Read-only (только чтение)

Для организации данных и удобства доступа к ним в файловой системе имеются специальные файлы, называемые папками и ярлыками.

В папках содержится информация (список) о входящих в нее файлах и других папках.

Каждый логический диск обязательно содержит одну папку, называемую корневой папкой. Все остальные файлы, папки и ярлыки помещаются в корневую папку соответствующего логического диска. Логические диски на компьютере именуются одной буквой латинского алфавита, начиная с «С»: С, D, E. Эти буквы используются в качестве имен корневых папок в полном имени файла. Например, С:\Мои документы\фотография.jpg

На логическом диске доступ к файлам и папкам организован на иерархическом принципе. Иерархическая структура данных заключается в том, что конкретный файл или папка может принадлежать только одной папке более высокого уровня, т.е. в структуре нет перекрестных связей.

Однако существует способ нарушить данную иерархическую структуру – использовать ярлык. Ярлык – это файл, в котором хранится информация о месте нахождения другого файла. Ярлык позволяет запускать файл, минуя иерархию.