Подходы в практической реализации файловой системы Структура «системного» диска

Системное устройство может иметь следующую структуру. Начало - основной программный загрузчик (нулевой блок системного устройства). Аппаратный загрузчик сначала обращается в основной программный загрузчик. А основной программный загрузчик уже будет обращаться к соответствующему загрузчику ОС. Далее на системном блоке находится так называемая таблица разделов. Раздел – это есть виртуальный диск. Одно пространство дискового устройства можно разделить на некоторые порции в общем случае непересекающиеся, которые называются разделами, и каждый раздел представляется в системе как отдельное дисковое устройство. Соответственно структура раздела с ФС обычно следующая: в начале идет блок загрузчика ОС. Загрузчик ОС уже знает с какой ОС он будет работать, он знает где находится информация в разделе, которая необходима для загрузки ОС и соответственно выбирает ее при запуске. Далее за блоком загрузчика ОС обычно находится последовательность блоков или блок, который называется суперблок.

Суперблок – блок ФС, в котором находится информация о настройках ФС и актуальном состоянии ФС (информация о свободных блоках, данных, которые содержат каталоги.)

Блок – порция данных, фиксированного размера, в рамках которого идет обмен данными с устройством.

1ый уровень виртуальности - блок устройства HDD

2ой уровень виртуальности – блок ФС (блок виртуального диска) использует виртуальный размер блока. Размер можно варьировать.

3ий уровень виртуальности – блок файла

Модели реализации файлов Непрерывные файлы

Файл может размещаться только в последовательных блоках ФС. Соответственно такая модель она абсолютно проста для реализации, она эффективна по доступу. Т.е. практически не нужно много дополнительной информации, которая будет описывать где и что храниться, только нужно выйти на начало файла. И практически нет необходимости для чтения любой порции данных из файла читать какую-то дополнительную системную информацию, т.е. накладные расходы по обмену (в этом случае) практически нулевые.

Достоинства:

Простота реализации

Высокая производительность

Недостатки:

Фрагментация свободного пространства (прямая и косвенная)

Увеличение размера существующего файла невозможно или каждый раз проводится операция компрессии

Файлы, имеющие организацию связанного списка.

Все блоки файла организованны в единый список. Это означает, что в нулевом блоке файла имеется ссылка на 1-й блок, в первом блоке файла имеется ссылка на второй блок и т.д. до последнего? в последнем блоке файла соответственно ссылка = ΝULL. Это означает, что фактически решается проблема внешней фрагментации файла, т.е. файл в этом случае может произвольным образом расширяться

Достоинства: Отсутствие фрагментации свободного пространства

( за исключением блочной блочной фрагментации )

Простота реализации

Эффективный последовательный доступ

Недостатки: Сложность (не эффективность) организации прямого доступа

Фрагментация файла по диску

Наличие ссылки в блоке файла (ситуации чтения 2-х блоков при необходимости чтения данных объемом один блок).

Таблица размещения файловой системы Существует таблица, в которой количество строк соответствует количеству блоков, в кот. i-ая строка соотв. Iому блоку файловой системы.

Информация о файлах размещается так: начальный блок файла – NAME, ФС использует для оперативной работы либо всю систему, либо ее часть.

Достоинства:

1.возможность использования всего блока для хранения данных файла

2.оптимизация прямого доступа (при полном или частичном размещении таблицы в ОЗУ)

Недостатки:

для оптимальной работы ФС желательно размещение всей таблицы в ОЗУ. (проблема размера, например для 60 Gb раздела и блоков размером 1Kb потребуется 60 000 000*4b = 240 Mb).