Какие объекты входят в состав файловой системы
Цели, состав и функции
Цели использования файловой системы:
- Экранирование физической организации долговременного хранилища данных.
- Создание простой модели (логической) этого хранилища.
- Предоставление программам и пользователям удобного набора команд для манипулирования файлами.
Состав файловой системы определяется следующими компонентами:
- Все файлы на диске.
- Наборы структур данных, которые используются для управления файлами.
- Комплекс системных программных средств которые реализуют различные операции над файлами (создание, запись, чтение, поиск и другие).
Функции файловой системы:
- Отображение логической модели данных на физическую организацию хранилища данных. То есть структура файлов и папок на компьютере переноситься на физический жесткий диск. А именно на конкретные сектора.
- Обеспечение устойчивости файловой системы к сбоям и ошибкам.
- Предоставление программного интерфейса для приложений. Что бы программы могли работать с файлами.
- Обеспечение совместного доступа к файлу несколькими процессами. О процессах я рассказывал в основах операционных систем.
- Защита файлов от несанкционированного доступа.
Учет свободных кластеров
Использование связного списка номеров свободных кластеров. В каждом кластере, входящем в список, помещаются номера свободных кластеров и ссылка на следующий кластер из списка. При этом в оперативной памяти достаточно хранить один кластер из списка.
Использование битового массива. Свободные кластеры помечаются 1, а занятые 0 (или наоборот). В оперативной памяти достаточно хранить один кластер битового массива. Выделяемые файлу свободные кластеры располагаются близко друг к другу, что приводит к увеличению быстродействия.
Монтирование логических дисков
Монтированием логических дисков называют встраивание логического диска в иерархическую структуру файлов операционной системы.
В качестве точки монтирования может выступать любой пустой каталог существующей файловой системы. При монтировании он становится корневым для файловой системы монтируемого диска.
Какие бывают файловые системы
Для Windows используются два файловые системы:
- FAT (File Allocation Table).
- NTFS (New Technology File System).
Для UNIX систем это:
- UFS (Unix File System).
- S5 (применительно к System V).
Сайт учителя информатики. Технологические карты уроков, Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ, полезный материал и многое другое.
Информатика. 7 класса. Босова Л.Л. Оглавление
Логические имена устройств внешней памяти компьютера
К каждому компьютеру может быть подключено несколько устройств внешней памяти. Основным устройством внешней памяти ПК является жёсткий диск. Если жёсткий диск имеет достаточно большую ёмкость, то его можно разделить на несколько логических разделов.
Наличие нескольких логических разделов на одном жёстком диске обеспечивает пользователю следующие преимущества:
- можно хранить операционную систему в одном логическом разделе, а данные — в другом, что позволит переустанавливать операционную систему, не затрагивая данные;
- на одном жёстком диске в различные логические разделы можно установить разные операционные системы;
- обслуживание одного логического раздела не затрагивает другие разделы.
Каждое подключаемое к компьютеру устройство внешней памяти, а также каждый логический раздел жёсткого диска имеет логическое имя.
В операционной системе Windows приняты логические имена устройств внешней памяти, состоящие из одной латинской буквы и знака двоеточия:
- для дисководов гибких дисков (дискет) — А: и В:;
- для жёстких дисков и их логических разделов — С:, D:, Е: и т. д.;
- для оптических дисководов — имена, следующие по алфавиту после имени последнего имеющегося на компьютере жёсткого диска или раздела жёсткого диска (например, F:);
- для подключаемой к компьютеру флеш-памяти — имя, следующее за последним именем оптического дисковода (например, G:).
В операционной системе Linux приняты другие правила именования дисков и их разделов. Например:
- логические разделы, принадлежащие первому жёсткому диску, получают имена hdal, hda2 и т. д.;
- логические разделы, принадлежащие второму жёсткому диску, получают имена hdbl, hdb2 и т. д.
Файл
Все программы и данные хранятся во внешней памяти компьютера в виде файлов.
Файл — это поименованная область внешней памяти.
Файловая система — это часть ОС, определяющая способ организации, хранения и именования файлов на носителях информации.
Файл характеризуется набором параметров (имя, размер, дата создания, дата последней модификации) и атрибутами, используемыми операционной системой для его обработки (архивный, системный, скрытый, только для чтения). Размер файла выражается в байтах.
Файлы, содержащие данные — графические, текстовые (рисунки, тексты), называют документами, а файлы, содержащие прикладные программы, — файлами-приложениями. Файлы-документы создаются и обрабатываются с помощью файлов-приложений.
Имя файла, как правило, состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имени файла и расширения. Собственно имя файлу даёт пользователь. Делать это рекомендуется осмысленно, отражая в имени содержание файла. Расширение имени обычно задаётся программой автоматически при создании файла. Расширения не обязательны, но они широко используются. Расширение позволяет пользователю, не открывая файла, определить его тип — какого вида информация (программа, текст, рисунок и т. д.) в нём содержится. Расширение позволяет операционной системе автоматически открывать файл.
В современных операционных системах имя файла может включать до 255 символов, причём в нём можно использовать буквы национальных алфавитов и пробелы. Расширение имени файла записывается после точки и обычно содержит 3-4 символа.
В ОС Windows в имени файла запрещено использование следующих символов: \, /. *, ?, «, , |. В Linux эти символы, кроме /, допустимы, хотя использовать их следует с осторожностью, так как некоторые из них могут иметь специальный смысл, а также из соображений совместимости с другими ОС.
Операционная система Linux, в отличие от Windows, различает строчные и прописные буквы в имени файла: например, FILE.txt, file.txt и FiLe.txt — это в Linux три разных файла.
В таблице приведены наиболее распространённые типы файлов и их расширения:
В ОС Linux выделяют следующие типы файлов:
- обычные файлы — файлы с программами и данными;
- каталоги — файлы, содержащие информацию о каталогах;
- ссылки — файлы, содержащие ссылки на другие файлы;
- специальные файлы устройств — файлы, используемые для представления физических устройств компьютера (жёстких и оптических дисководов, принтера, звуковых колонок и т. д.).
Каталоги
На каждом компьютерном носителе информации (жёстком, оптическом диске или флеш-памяти) может храниться большое количество файлов. Для удобства поиска информации файлы по определённым признакам объединяют в группы, называемые каталогами или папками.
Каталог также получает собственное имя. Он сам может входить в состав другого, внешнего по отношению к нему каталога. Каждый каталог может содержать множество файлов и вложенных каталогов.
Каталог — это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (вложенных каталогов).
Каталог самого верхнего уровня называется корневым каталогом.
В ОС Windows любой информационный носитель имеет корневой каталог, который создаётся операционной системой без участия пользователя. Обозначаются корневые каталоги добавлением к логическому имени соответствующего устройства внешней памяти знака «\» (обратный слэш): А:\, В:\, С:\, D:\, Е:\ и т. д.
В Linux каталоги жёстких дисков или их логических разделов не принадлежат верхнему уровню файловой системы (не являются корневыми каталогами). Они «монтируются» в каталог mnt. Другие устройства внешней памяти (гибкие, оптические и флеш-диски) «монтируются» в каталог media. Каталоги mnt и media, в свою очередь, «монтируются» в единый корневой каталог, который обозначается знаком « / » (прямой слэш).
Файловая структура диска
Файловая структура диска — это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними.
Файловые структуры бывают простыми и многоуровневыми (иерархическими).
Простые файловые структуры могут использоваться для дисков с небольшим (до нескольких десятков) количеством файлов. В этом случае оглавление диска представляет собой линейную последовательность имён файлов (рис. 2.8). Его можно сравнить с оглавлением детской книжки, которое содержит названия входящих в неё рассказов и номера страниц.
Иерархические файловые структуры используются для хранения большого (сотни и тысячи) количества файлов. Иерархия — это расположение частей (элементов) целого в порядке от высшего к низшим. Начальный (корневой) каталог содержит файлы и вложенные каталоги первого уровня. Каждый из каталогов первого уровня может содержать файлы и вложенные каталоги второго уровня и т. д. (рис. 2.9). В этом случае оглавление диска можно сравнить с оглавлением нашего учебника: в нём выделены главы, состоящие из параграфов, которые, в свою очередь, разбиты на отдельные пункты и т. д.
Пользователь, объединяя по собственному усмотрению файлы в каталоги, получает возможность создать удобную для себя систему хранения информации. Например, можно создать отдельные каталоги для хранения текстовых документов, цифровых фотографий, мелодий ит. д.; в каталоге для фотографий объединить фотографии по годам, событиям, принадлежности и т. д. Знание того, какому каталогу принадлежит файл, значительно ускоряет его поиск.
Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом. В Windows каталоги на разных дисках могут образовывать несколько отдельных деревьев; в Linux каталоги объединяются в одно дерево, общее для всех дисков (рис. 2.10). Древовидные иерархические структуры можно изображать вертикально и горизонтально.
Полное имя файла
Чтобы обратиться к нужному файлу, хранящемуся на некотором диске, можно указать путь к файлу — имена всех каталогов от корневого до того, в котором непосредственно находится файл.
В операционной системе Windows путь к файлу начинается с логического имени устройства внешней памяти; после имени каждого подкаталога ставится обратный слэш. В операционной системе Linux путь к файлу начинается с имени единого корневого каталога; после имени каждого подкаталога ставится прямой слэш.
Последовательно записанные путь к файлу и имя файла составляют полное имя файла. Не может быть двух файлов, имеющих одинаковые полные имена.
Пример полного имени файла в ОС Windows:
Пример полного имени файла в ОС Linux:
Задача 1. Пользователь работал с каталогом С:\Физика\Задачи\Кинематика. Сначала он поднялся на один уровень вверх, затем ещё раз поднялся на один уровень вверх и после этого спустился в каталог Экзамен, в котором находится файл Информатика.dос. Каков путь к этому файлу?
Решение. Пользователь работал с каталогом С:\Физика\Задачи\Кинематика. Поднявшись на один уровень вверх, пользователь оказался в каталоге С:\Физика\Задачи. Поднявшись ещё на один уровень вверх, пользователь оказался в каталоге СДФизика. После этого пользователь спустился в каталог Экзамен, где находится файл. Полный путь к файлу имеет вид: С:\Физика\Экзамен.
Задача 2. Учитель работал в каталоге D:\Уроки\7 класс\Практические работы. Затем перешёл в дереве каталогов на уровень выше, спустился в подкаталог Презентации и удалил из него файл Введение, ppt. Каково полное имя файла, который удалил учитель?
Решение. Учитель работал с каталогом D:\Уроки\7 класс\Практические работы. Поднявшись на один уровень вверх, он оказался в каталоге D:\Уроки\8 класс. После этого учитель спустился в каталог Презентации, путь к файлам которого имеет вид: D:\Уроки\ 7 класс\Презентации. В этом каталоге он удалил файл Введение.ppt, полное имя которого D:\Уроки\8 класс\ Презентации \Введение.ррt.
Работа с файлами
Создаются файлы с помощью систем программирования и прикладного программного обеспечения.
В процессе работы на компьютере над файлами наиболее часто проводятся следующие операции:
- копирование (создаётся копия файла в другом каталоге или на другом носителе);
- перемещение (производится перенос файла в другой каталог или на другой носитель, исходный файл уничтожается);
- переименование (производится переименование собственно имени файла);
- удаление (в исходном каталоге объект уничтожается).
При поиске файла, имя которого известно неточно, удобно использовать маску имени файла. Маска представляет собой последовательность букв, цифр и прочих допустимых в именах файлов символов, среди которых также могут встречаться следующие символы: «?» (вопросительный знак) — означает ровно один произвольный символ; «*» (звездочка) — означает любую (в том числе и пустую) последовательность символов произвольной длины.
Например, по маске n*.txt будут найдены все файлы с расширением txt, имена которых начинаются с буквы «n», в том числе и файл n.txt. По маске п?.* будут найдены файлы с произвольными расширениями и двухбуквенными именами, начинающимися с буквы «n».
Вопросы
1. Ознакомьтесь с материалами презентации к параграфу, содержащейся в электронном приложении к учебнику. Дополняет ли презентация информацию, содержащуюся в тексте параграфа?
В статье рассматриваются основные положения структуры файловой системы, её компонентов, объектов и взаимосвязей.
Формально файловой системой (filesystem) называется специализированная база данных для организации, хранения и управления данными. Файловая система представляет собой специальным образом размеченную область хранилища данных. В задачи операционной системы входит управление доступом к данным, расположенным в файловой системе.
Существует множество различных типов файловых систем. Фактически, каждой операционной системой используется своя реализация (например, UFS в семействе BSD, ext2/ext3 в Linux и т.д.), но, тем не менее, во многом принципы их организации похожи. Целью данной статьи является не сравнение разных типов, поэтому остановимся на кратком общем описании организации файловой системы в Unix-системах.
Основные компоненты файловой системы включают в себя суперблок, группы цилиндров, индексные дескрипторы и блоки. Суперблок (superblock) содержит информацию о файловой системе, такую как «магическое» число, идентифицирующее тип файловой системы, присущий ей набор атибутов, количество индексных дескрипторов и блоков и их размеры. Всё пространство файловой системы разделено на группы цилиндров (cylinder groups), каждая из которых содержит копию суперблока, таблицу индексных дескрипторов, принадлежащих группе, список свободных блоков в группе и некоторую прочую информацию. Индексный дескриптор или инод (inode) хранит информацию об объекте файловой системы: его типе, правах доступа к объекту, данные о владельце объекта, размере, времени изменения, а также список блоков, в которых этот объект расположен. Блоки (blocks) являются непосредственными хранителями данных.
К объектам файловой системы относятся файлы, каталоги, жёсткие и символические ссылки, специальные файлы устройств, именованные каналы, сокеты и некоторые другие.
Файл (regular file) — это объект файловой системы, предназначенный для непосредственного хранения данных. С точки зрения операционной системы файл представляет собой простой набор байтов, структура файла определяется приложением, которое его использует. Вся информация о самом файле содержится в индексном дескрипторе, кроме его имени, которое хранится в каталоге.
Каталог (directory) — это специальный файл, содержащий информацию о других файлах. Эта информация связывает имена файлов, расположенных в каталоге, с их индексными дескрипторами.
Один и тот же файл может иметь несколько имён. При этом ссылаться на этот файл можно по любому из них. В индексном дескрипторе есть специальный атрибут с количеством связей файла или, проще говоря, количеством имён, под которым системе известен тот или иной файл. Например, если каталог dir содержит информацию о двух именах файлов file1 и file2 , которые ссылаются на один и тот же индексный дескриптор, то количество связей такого файла будет как минимум равно двум. Такие связи называются жёсткими ссылками (hard links). Следует помнить, что файл как сущность в данном случае будет один (так как индексный дескриптор один), поэтому при изменении файла под именем file1 мы автоматически получим изменение файла под именем file2 .
В отличие от жёстких ссылок, символические ссылки (symbolic links) представляют собой специальные файлы, в которых содержится имя другого файла. Символическая ссылка действует как указатель на другой файл, что позволяет избежать некоторых ограничений жёстких ссылок. Например, жёсткая ссылка может быть только в пределах той же файловой системы, что и оригинальный файл; символическая ссылка может указывать на объект, расположенный на других файловых системах, включая сетевые. Также жёсткие ссылки не могут ссылаться на каталоги, что не относится к ссылкам символическим.
Специальные файлы устройств (block special file и character special file) — это файлы для доступа к различным устройствам, управляемым операционной системой. Их, а также именованные каналы (named pipes) и сокеты (sockets) — средства межпроцессного взаимодействия в системе, — мы рассмотрим более подробно в одной из последующих статей.
Объекты в файловой системе организованы в древовидную иерархическую структуру. На вершине этого дерева находится так называемый корневой каталог (root directory), который обозначается символом косой черты / (slash). Корневой каталог (как и любой другой) может содержать файлы, другие каталоги (подкаталоги — subdirectories) и прочие перечисленные выше объекты. При этом запись таких объектов будет начинаться с символа косой черты, после которой следует имя объекта, например, /bin , /home , /somefile . Подкаталоги также могут вмещать в себя файлы, каталоги и пр. Способ записи состоит из перечисления имён подкаталогов, разделённых всё тем же символом косой черты, вплоть до имени адресуемого объекта, например, /bin/sh , /var/log/messages , /home/bofh/somedir/somefile и т.д.
Показанный выше способ записи называется путём (path) к объекту. Если записан путь, начиная от корневого каталога, то такой путь называется полным (full path) или абсолютным (absolute path). Если же путь указан относительно какого-то другого каталога (например, /home/bofh ), то путь называется относительным (relative path). При этом запись начинается сразу с имени подкаталога или объекта без предварительного символа косой черты, то есть если текущим рабочим каталогом является /home/bofh , то обратиться к файлу somefile в подкаталоге somedir текущего каталога, можно при помощи относительного пути somedir/somefile .
Каждый каталог имеет две специальные записи, обозначаемые сиволом «точка» ( . ) и «две точки» ( .. ). Первая является ссылкой на сам каталог, вторая — на родительский каталог. Эти обозначения часто применяются в относительных путях для ссылки на объект, расположенный, скажем, в «соседнем» каталоге. Например, в каталоге /home/bofh существуют два подкаталога somedir1 и somedir2 , в каждом из которых присутствуют файлы с именем somefile . Если текущим рабочим каталогом является /home/bofh/somedir1 , то обратиться к файлу в этом же каталоге можно либо просто по имени somefile , либо с использованием символа «точка»: ./somefile . Если же мы хотим обратиться к файлу в каталоге somedir2 , то относительный путь к нему записывается как ../somedir2/somefile .
Отдельные части иерархического дерева могут быть выделены в отдельные файловые системы. Делается это с целью обеспечения большей гибкости, надёжности и управляемости. Например, часто домашние каталоги пользователей, традиционно расположенные в каталоге /home , выделяют в отдельную файловую систему, чтобы неосторожные действия пользователя, решившего создать, скажем, огромный файл, не могли привести к краху всей системы из-за переполнения корневого каталога. Ещё один вариант — предоставление домашних каталогов по сети с другой системы. В любом случае системе необходимо указать, какие части должны быть в каком месте файловой системы. Делается это при помощи операции монтирования (mount) отдельных файловых систем в определённые каталоги, называемыми точками монтирования (mount points). В качестве точки монтирования может выступать практически любой каталог. После монтирования файловая система становится частью иерархического дерева каталогов и с точки зрения пользователя обращение к объектам этой файловой системы выглядит точно так же, как и к любым другим объектам, расположенным в других местах дерева.
Напоследок приведён краткий обзор основных каталогов, присутствующих практически во всех Unix-системах.
/ — корневой каталог. Как было сказано выше, этот каталог является «началом» всей файловой системы.
/bin , /usr/bin — эти каталоги содержат основные пользовательские утилиты.
/dev — этот каталог предназначен для специальных файлов устройств.
/etc — в этом каталоге находятся системные конфигурационные файлы.
/home — здесь хранятся домашние каталоги пользователей.
/mnt — каталог, предназначенный для временного монтирования файловых систем.
/sbin , /usr/sbin — эти каталоги содержат утилиты преимущественно для системного администрирования.
/tmp , /var/tmp — каталоги для временных файлов.
/usr — часто отдельная файловая система, содержащая разделяемые утилиты, библиотеки, документацию и пр.
/var — поддерево каталогов, предназначенное для изменяющихся файлов, таких как журнальные файлы или логи, почтовые и временные файлы и др.
Для более подробного описания назначения различных системных каталогов можно обратиться к страницам Справочного руководства hier(7) (BSD, Linux), hier(5) (HP-UX), filesystem(5) (Solaris).
Ссылки по теме:
Unix File System — обзор файловой системы Unix на Wikipedia.
Filesystem Hierarchy Standard — стандарт, описывающий набор требований и правил расположения каталогов в Unix-системах.
Все программы и данные хранятся в долговременной (внешней) памяти компьютера в виде файлов.
Файл — это определенное количество информации (программа или данные), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти.
Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имя файла и расширение, определяющее его тип (программа, данные и т. д.). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании.
В различных операционных системах существуют различные форматы имен файлов. В операционной системе MS-DOS собственно имя файла должно содержать не более восьми букв латинского алфавита и цифр, а расширение состоит из трех латинских букв, например: proba.txt
В операционной системе Windows в имя файла:
Единицы измерения информации.doc
1. Разрешается использовать до 255 символов.
2. Разрешается использовать символы национальных алфавитов, в частности русского.
3. Разрешается использовать пробелы и другие ранее запрещенные символы, за исключением следующих девяти: /\:*?"<>|.
4. В имени файла можно использовать несколько точек. Расширением имени считаются все символы, стоящие за последней точкой.
Роль расширения имени файла чисто информационная, а не командная. Если файлу с рисунком присвоить расширение имени ТХТ, то содержимое файла от этого не превратится в текст. Его можно просмотреть в программе, предназначенной для работы с текстами, но ничего вразумительного такой просмотр не даст.
Файловая система. На каждом носителе информации (гибком, жестком или лазерном диске) может храниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется установленной файловой системой.
Файловая система - это система хранения файлов и организации каталогов.
Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) удобно применять одноуровневую файловую систему, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска файлы организуются в многоуровневую иерархическую файловую систему, которая имеет «древовидную» структуру (имеет вид перевернутого дерева).Начальный, корневой, каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь, в каждом из них бывают вложенные каталоги 2-го уровня и т. д. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы.
Для облегчения понимания этого вопроса воспользуемся аналогией с традиционным «бумажным» способом хранения информации. В такой аналогии файл представляется как некоторый озаглавленный документ (текст, рисунок и пр.) на бумажных листах. Следующий по величине элемент файловой структуры называется каталогом. Продолжая «бумажную» аналогию, каталог будем представлять как папку, в которую можно вложить множество документов, т.е. файлов. Каталог также получает собственное имя (представьте, что оно написано на обложке папки).
Каталог сам может входить в состав другого, внешнего по отношению к нему каталога. Это аналогично тому, как папка вкладывается в другую папку большего размера. Таким образом, каждый каталог может содержать внутри себя множество файлов и вложенных каталогов (их называют подкаталогами). Каталог самого верхнего уровня, который не вложен ни в какие другие, называется корневым каталогом.
А теперь полную картину файловой структуры представьте себе так: вся внешняя память компьютера — это шкаф с множеством выдвижных ящиков. Каждый ящик — аналог диска; в ящике — большая папка (корневой каталог); в этой папке множество папок и документов (подкаталогов и файлов) и т.д. Самые глубоко вложенные папки хранят в себе только документы (файлы) или могут быть пустыми.
Путь к файлу. Для того чтобы найти файл в иерархической файловой структуре необходимо указать путь к файлу. В путь к файлу входят записываемые через разделитель "\" логическое имя диска и последовательность имен вложенных друг в друга каталогов, в последнем из которых находится данный нужный файл.
Например, путь к файлам на рисунке можно записать так:
C:\Рефераты\
C:\Рефераты\Физика\
C:\Рефераты\Информатика\
C:\Рисунки\
Полное имя файла.
Путь к файлу вместе с именем файла называют полным именем файла.
Пример полного имени файлов:
C:\Рефераты\Физика\Оптические явления.doc
C:\Рефераты\Информатика\Интернет.doc
C:\Рефераты\Информатика\Компьютерные вирусы.doc
C:\Рисунки\Закат.jpg
C:\Рисунки\ Зима.jpg
В операционной системе Windows вместо каталогов используется понятие «папка». Папка – это объект Windows, предназначенное для объединения файлов и других папок в группы. Понятие папки шире, чем понятие «каталог».
В Windows на вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол. (Следующий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети).
Графический интерфейс Windows позволяет производить операции над файлами с помощью мыши с использованием метода Drag&Drop (тащи и бросай). Существуют также специализированные приложения для работы с файлами, так называемые файловые менеджеры.
NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») — стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows
NTFS заменила использовавшуюся в MS-DOS и Microsoft Windows файловую систему FAT. NTFS поддерживает систему метаданных и использует специализированные структуры данных для хранения информации о файлах для улучшения производительности, надёжности и эффективности использования дискового пространства
FAT (англ. File Allocation Table — «таблица размещения файлов») — классическая архитектура файловой системы, которая из-за своей простоты всё ещё широко используется для флеш-накопителей. Используется в дискетах, и некоторых других носителях информации. Ранее использовалась и на жестких дисках.
Дефрагмента́ция — процесс обновления и оптимизации логической структуры раздела диска с целью обеспечения хранения файлов в непрерывной последовательности кластеров. После дефрагм 4 ентации ускоряется чтение и запись файлов, а, следовательно, и работа программ, ввиду того, что последовательные операции чтения и записи выполняются быстрее случайных обращений
Файловая система . На каждом носителе информации (гибком, жестком или лазерном диске) может храниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется используемой файловой системой.
Каждый диск разбивается на две области: обла сть хранения файлов и каталог. Каталог содержит имя файла и указание на начало его размещения на диске. Если провести аналогию диска с книгой, то область хранения файлов соответствует ее содержанию, а каталог - оглавлению. Причем книга состоит из страниц, а диск - из секторов.
Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) может использоваться одноуровневая файловая система , когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов (табл. 1.2). Такой каталог можно сравнить с оглавлением детской книжки, которое содержит только названия отдельных рассказов.
Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска используется многоуровневая иерархическая файловая система , которая имеет древовидную структуру. Такую иерархическую систему можно сравнить, например, с оглавлением данного учебника, которое представляет собой иерархическую систему разделов, глав, параграфов и пунктов.
Начальный, корневой каталог содержит вложенные каталоги 1-го уровня, в свою очередь, каждый из последних может содержать вложенные каталоги 2-го уровня и так далее. Необходимо отметить, что в каталогах всех уровней могут храниться и файлы.
Например, в корневом каталоге могут находиться два вложенных каталога 1-го уровня (Каталог_1, Каталог_2) и один файл (Файл_1). В свою очередь, в каталоге 1-го уровня (Каталог_1) находятся два вложенных каталога второго уровня (Каталог_1.1 и Каталог_1.2) и один файл (Файл_1.1) - рис. 1.3.
Файловая система - это система хранения файлов и организации каталогов.
Рассмотрим иерархическую файловую систему на конкретном примере. Каждый диск имеет логическое имя (А:, В: - гибкие диски, С:, D:, Е: и так далее - жесткие и лазерные диски).
Пусть в корневом каталоге диска С: имеются два каталога 1-го уровня (GAMES, TEXT), а в каталоге GAMES один каталог 2-го уровня (CHESS). При этом в каталоге TEXT имеется файл proba.txt, а в каталоге CHESS - файл chess.exe (рис. 1.4).
Рис. 1.4. Пример иерархической файловой системы |
Путь к файлу . Как найти имеющиеся файлы (chess.exe, proba.txt) в данной иерархической файловой системе? Для этого необходимо указать путь к файлу. В путь к файлу входят записываемые через разделитель "\" логическое имя диска и последовательность имен вложенных друг в друга каталогов, в последнем из которых содержится нужный файл. Пути к вышеперечисленным файлам можно записать следующим образом:
Путь к файлу вместе с именем файла называют иногда полным именем файла.
Пример полного имени файла:
Представление файловой системы с помощью графического интерфейса . Иерархическая файловая система MS-DOS, содержащая каталоги и файлы, представлена в операционной системе Windows с помощью графического интерфейса в форме иерархической системы папок и документов. Папка в Windows является аналогом каталога MS-DOS
Однако иерархическая структура этих систем несколько различается. В иерархической файловой системе MS-DOS вершиной иерархии объектов является корневой каталог диска, который можно сравнить со стволом дерева, на котором растут ветки (подкаталоги), а на ветках располагаются листья (файлы).
В Windows на вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол. Следующий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети) - рис. 1.5.
Рис. 1.5. Иерархическая структура папок |
Если мы хотим ознакомиться с ресурсами компьютера, необходимо открыть папку Мой компьютер.
1. В окне Мой компьютер находятся значки имеющихся в компьютере дисков. Активизация (щелчок) значка любого диска выводит в левой части окна информацию о его емкости, занятой и свободной частях.
Файловая система обеспечивает работу пользователей и программ с файлами (чтение и запись информации на диске), а так же ведет учет свободных и занятых кластеров на диске.
Файловая система осуществляет работу с данными на диске, основываясь на адресах секторов.
Работа с программами основывается на именах файлов.
Физическая организация файловых систем
Обычные HDD диски состоят из:
- Дорожек. Концентрических колец предназначенных для хранения данных, размеченных на диске. Они состоят из одинакового числа секторов.
- Секторов. Сектор является наименьшей адресуемой единицей дискового устройства для обмена данными. Размер сектора фиксирован.
- При низкоуровневом форматировании создаются дорожки и сектора, на диск записывается информация для определения границ секторов.
Дисковые квоты
Дисковая квота – максимальное количество файлов и блоков (кластеров), назначаемое пользователю для хранения данных.
Гибкий лимит – при превышении гибкого лимита во время регистрации пользователю выдается предупреждение, и счетчик предупреждений уменьшается на 1. Если счетчик равен 0, то в регистрации отказывается.
Жесткий лимит – лимит который не может быть превышен.
Возможности файловой системы
Логические диски
При работе в операционной системы мы работаем с логическими дисками или разделами. Физический диск может быть разбит на один или несколько логических дисков.
Логический диск или раздел это часть (или весь) физического диска, которую операционная система представляет пользователю как логическое устройство.
На одном логическом диске может использоваться только одна файловая система.
На моем примере.
В моем случае диск C это часть физического SSD диска. Диски D и E — полностью два физических диска. Часто один физический диск разбивают на два логически C и D.
Возможные варианты организации логических дисков:
- Один физический – один логический.
- Один физический – несколько логических.
- Несколько физических – один логический.
Вариант несколько физических = дин логический обычно используется в RAID массивах.
На картинке выше видно что один диск (диск C) помечен как загружаемый (системный) иконкой слева.
Высокоуровневое форматирование диска
Высокоуровневое форматирование диска необходимо для создания логического диска и файловой системы на нем.
При форматировании пространство логического диска разбивается на кластеры определенного размера.
Кластер (блок) является минимальной единицей хранения данных, используемой в файловой системе.
При форматировании на диск записывается следующая информация:
- Загрузчик операционной системы.
- Сведения о границах областей отведенных под файлы и каталоги.
- Информация о поврежденных областях.
- Информация о доступном и неиспользуемом пространстве.
Служебная область содержит общую информацию о файловой системе, свободных кластерах, о размещении файлов в кластерах.
Главная таблица файлов – MFT содержит как минимум одну запись для каждого файла и запись для себя. На кластеры делится весь раздел диска, а не только область данных.
В файловой системе NTFS данные организуются следующим образом.
Организация данных в NTFS
Возникает вопрос, а что же такое файл?
Файл это неструктурированная последовательность байтов, в которую можно записывать и из которой можно считывать информацию. Файл это логический объект, позволяющий обращаться к информации по имени.
За счет использования файлов в операционной системе появилась возможность простого доступа пользователей и приложений к информации по имени.
Наличие имени файла позволяет получать доступ к информации независимо от адресов кластеров, в которых располагается файл. Существует возможность определения прав доступа пользователей к файлу.
Типы файлов
Обычные файлы — это файлы которые содержат информацию произвольного характера. Они имеют произвольную структуру. Операционная система должна распознавать как минимум один тип файлов, это собственные исполняемые файлы.
Специальные файлы – фиктивные файлы, которые ассоциируются с устройствами ввода-вывода.
Каталоги – файлы, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователем по какому-либо признаку. Каталоги могут содержать файлы любых типов, включая каталоги.
Другие — тип файлов, содержащий символьные связи, именованные конвейеры, отображаемые в памяти.
Иерархическая структура файловой системы состоит из следующих элементов:
- Дерево – файл может входить только в один каталог.
- Сеть – файл может входить в несколько каталогов.
Корневым называют каталог верхнего уровня.
Иерархическая структура файловой системы
Резервное копирование
Резервное копирование это процесс создания на носителе, предназначенном для восстановления данных в оригинальном месте их расположения в случае их повреждения или разрушения.
Существуют следующие способы повышения эффективности и удобства резервного копирования:
- Сохранение не всей файловой системы, а только некоторых каталогов.
- Инкрементное резервное копирование: сохраняются только файлы, изменявшиеся после последнего резервного копирования.
- Хранение резервных копий на других носителях, а так же в удаленном месте.
- Сжатие резервируемых данных.
- Быстрое фиксирование состояния файловой системы путем копирования критических структур данных для решения проблемы изменения данных во время резервного копирования.
- Возможность восстановления в исходное место размещения, в другое место с сохранением структуры каталогов и без сохранения структуры.
Физическое резервное копирование это последовательное копирование всех кластеров диска.
Логическое резервное копирование это проверка каталогов и сохранение содержащихся в них информации.
Преимущества физического копирования:
- простота реализации;
- высокая скорость.
- резервирование свободных кластеров;
- невозможность восстановления отдельных файлов;
- невозможность инкрементного резервного копирования.
Логическое резервирование происходит следующим образом:
- Резервируются файлы, которые были изменены. Резервируются каталоги, содержащиеся в пути к этому файлу.
- Создается битовый массив, индексированный по номеру индексного дескриптора.
- Рекурсивно исследуется каталоги, пометки снимаются с каталогов, в которых нет модифицированных файлов и каталогов.
- Резервируются все помеченные каталоги, перед каталогом записывается его атрибуты.
- Резервируются все помеченные файлы, перед файлом записываются его атрибуты.
- Исследуются все элементы начального каталога и помечаются модифицированные файлы и все каталоги, в которых рекурсивно ищутся все модифицированные файлы.
Далее создается резервная копия.
Восстановление файловой системы из резервной копии происходит следующим образом:
- Создается пустая файловая система.
- Восстанавливаются данные последней полной архивации, сначала каталоги, а затем файлы.
- Восстанавливаются данные из инкрементных резервных копий.
- Восстанавливается список свободных кластеров.
Теперь вы знаете основы файловых систем.
Обучаю HTML, CSS, PHP. Создаю и продвигаю сайты, скрипты и программы. Занимаюсь информационной безопасностью. Рассмотрю различные виды сотрудничества.
Читайте также: