69. Файл - это совокупность элементов данных, сгруппированных для хранения и использования в информационно-вычислительных системах.
• Коллекция записей, описывающая некоторый набор объектов, связанных между собой определенными целями, называется файлом.
• В качестве постоянного носителя для файлов выступает внешняя память.
• Файл снабжается именем, • Над файлом можно выполнить функции доступа, которые позволяют проверять, извлекать или изменять информацию, содержащуюся в нем.
• Любая операционная система (ОС) в своем составе имеет систему управления файлами (СУФ), которая обеспечивает сохранение файлов и функции доступа.
• Запись (иногда называемая группой или сегментом) является коллекцией элементов информации касающейся отдельного объекта.
• Элемент записи (иногда называется полем) — это минимальная значащая единица информации об объекте. • При размещении на внешнем носителе записи объединяются в блоки или физические записи. Блок - минимальная единица данных, которая может быть передана между внешней и основной памятью.
• Количество логических записей, объединенных в один блок, называется коэффициентом блокирования.
• Блок записей передается с ВЗУ в специально выделенную область ОП - буфер. В буфере
физическая запись разблокируется и передается на обработку в другие области ОП. Максимальный размер блока ограничен объемом буфера. Буфер организован как очередь. По мере освобождения буфера в него помещается следующая физическая запись.
• Элемент данных, единственным образом идентифицирующий запись в файле, называется
ключом. Как правило, записи в файле упорядочиваются в соответствии со значениями
ключей.
• Файлы могут группироваться образуя набор файлов. Если между записями этих файлов
существуют некоторые ассоциативные связи или зависимости, то такая коллекция файлов
рассматривается как база данных.
• Отдельная операция, затрагивающая запись или несколько записей, называется
транзакцией. При обработке файлов транзакции часто представляются в форме записи
транзакций.
Логическая и физическая структура файла
• Различают логическую и физическую структуру файла • Логическую организацию файла определяет пользователь как совокупность элементов данных. Наиболее часто используются два вида элементов данных; элемент-символ и элемент-запись.
Физическая организация связана с характеристиками используемых устройств внешней памяти и принятой в ОС концепцией размещения данных на них. Обычно при инициализации томов носителей осуществляется их форматирование, которое и определяет форматы хранимых элементов данных файлов. В одних ОС они имеют вид записей. Например, в ОС фирмы IBM OS/370 записи могут иметь форматы фиксированной, переменной или неопределенной длины с ключами или без них. В других ОС, например MS DOS, Unix, Windows, данные в файлах хранятся как последовательности символов.
Файлы – система управления файлами (СУФ) • СУФ, как указывалось, реализует соответствие между логической и физической
организациями файлов. Чем ближе логическая и физическая организации друг к другу, тем
проще осуществляется эта функция. СУФ также обеспечивает независимость программы
пользователя от устройств и от конкретных файлов. Последние определяются только на
этапе выполнения программы при решении определенной задачи. • СУФ тесно связана с системой ввода-вывода ОС. Логическая связь между программой и конкретным файлом устанавливается при выполнении функции открытия файла, эта связь устраняется при закрытии файла. • Учет файлов как единиц хранения ведется посредством каталога, который содержит дескрипторы всех файлов. Форматы и содержание дескрипторов файлов определяются СУФ конкретной ОС.
• В простейшем случае каталог имеет вид линейной таблицы, которая содержит информацию о файлах всех пользователей. Однако при большом количестве файлов поиск
в таком каталоге требует много времени. Поэтому в современных ОС каталоги имеют древовидную структуру. Можно выделить два уровня управления файлами. Первый уровень — это управление файлами в целом, второй уровень обеспечивает доступ к отдельным элементам данных в файле.
7
0.
При программировании на языках высокого
уровня регистровая и кэшевая память
обычно недоступны для программиста.
Для внешней памяти характерны большой
объем и существенно замедленный по
сравнению с основной памятью доступ.
Виртуальная
память:
система
виртуальной памяти выполняет динамическое
отображение из пространства виртуальных
адресов (адресное пространство, во много
раз превосходящее основное адресное
пространство) в ocновнoe адресное
пространство. Три типа систем виртуальной
памяти: 1) системы со страничной памятью;
2) сегментно-страничные системы; 3) системы
с сегментацией. Страничные
системы: 1)
виртуальное
адресное пространство разбито на блоки
фиксированной длины, называемые
страницами.
2) пространство основной памяти разделено
на физические секции равного размера,
названные страничными
кадрами. 3)
страничный кадр и страница имеют один
и тот же размер. Преобразование
виртуального адреса в основной (или
реальный) адрес включает отображение
страницы в страничный кадр. Виртуальный
адрес в
страничной системе состоит из двух
компонентов р
и d,
где р обозначает
страницу, d —
смещение внутри страницы р.
Преобразование этого двухкомпонентного
адреса в адрес основной памяти, как
правило, требует наличия таблицы страниц
и алгоритма замены страниц. Таблица
страниц связана
с заданием каждого пользователя (т. е.
множеством программ и данных пользователя).
Каждая запись в таблице страниц содержит:1
- бит присутствия (флажок, сигнализирующий
о нахождении или отсутствии
страницы в основной памяти); 2 - Адрес страницы (в основной и во вторичной памяти); 3 - Биты защиты, необходимые для контроля типа доступа, разрешенного для страницы. Система с сегментной организацией. В системах с сегментной организацией адресная структура программы базируется на логическом делении программы. Виртуальное адресное пространство каждой программы в системах с сегментацией делится на блоки переменной длины, называемые сегментами, каждый из которых содержит одну из логических областей программы. Для доступа к слову внутри адресного пространства пользователя мы опять, как и при страничной организации, используем адрес, состоящий из двух частей. В адресе (s,d) размещение сегмента задается s, а смещение внутри сегмента — d. Сегментно-страничные системы возникли в результате попытки сохранить большинство преимуществ как страничных, так и сегментных систем. Внешняя фрагментация в них отсутствует, поскольку основной единицей информации, поддерживаемой системой, является страница. Обеспечивается разделение данных, связывание и защита программ вследствие реализации концепций сегментной организации. Внутренняя фрагментация, однако, присутствует, и она может быть снижена только уменьшением размера страницы. Адресация в сегментно-страничных системах. В сегментно-страничных системах виртуальный адрес разбивается на три
компонента —s, p и d, где s — имя сегмента (или адрес в таблице сегментов), р — индекс в таблице страниц сегмента – s и d — смещение внутри страницы, специфицированной индексом р. Пространство виртуальной памяти теперь делится на ряд сегментов переменной длины, состоящих из небольших страниц фиксированной длины. Недостатки этой системы: 1)повышенная стоимость аппаратуры; 2) дополнительные затраты времени процессора из-за необходимости преобразования трехуровневого адреса; 3) требуется больше основной памяти для хранения дополнительных таблиц преобразования адресов (т. е. таблиц сегментов и страниц).