Форматы файлов

В современных системах активно используется значительно

большее разнообразие файлов, из которых мы перечислим наиболее типичные файлы данных:

• текстовые файлы — обобщенное название для простых и размеченных текстов, ASCII-файлов и других наборов данных

символьной информации, которые интерпретируются и обрабатываются текстовыми редакторами, процессорами, анализаторами (Lexicon, Word, ТЕС, анализаторы SGML, HTML);

• текст без разметки (планарный) — файл, содержащий

только отображаемые (воспроизводимые на всех печатающих

устройствах и терминалах) символы кода ASCII, а также простейшие управляющие символы: CR — возврат ка ретки; lf — перевод строки; tab — символ табуляции, иногда np — новая страница.

• текст с разметкой — планарный файл, содержащий бинарную и символьную разметку, управляющую отображением информации (программно и/или аппаратурно);

• ASCII-файл — файл, содержащий только отображаемые коды левой части кодовой таблицы ASCII (латиница и служебные символы), обычно применяется для хранения документов с символьной разметкой (RTF, SGML, HTML);

• табличный файл — файл, содержащий форматированные данные (символьные, численные и др), образующие строки и столбцы таблиц, создаваемых и обрабатываемых табличными СУБД (FoxPro, Clipper, MS Access) и/или табличными

процессорами (SuperCalc, MS Excell и др.);

• графический файл — бинарный файл, содержащий графическую

информацию. Форматы: tif (Tagged Image File), bmp (Bit-Mapped Picture), а также ряд других — PCX, pic и т. д.;

• мультимедиа-файлы — бинарные файлы, содержащие оцифрованную аудио- (типы WAW или MIDI-Sequencer), видео- (формат MPEG) или смешанную информацию.

2) Файловые системы MS DOS.

Общие характеристики FAT. Файловая система FAT (File Allocation Table) была разработана в 1977 г. и первоначально использовалась в операционной системе 86-D6S.

В дальнейшем 86-DOS была приобретена Microsoft и стала основой для ОС MS DOS 1.0, выпущенной в августе 1981 г. FAT была предназначена для работы с гибкими дисками размером менее 1 Мбайта и вначале не предусматривала поддержки жестких дисков. В настоящее время FAT поддерживает файлы и разделы размеров до 2 Гбайт.

В FAT применяются следующие соглашения для имен файлов:

• имя начинается с буквы или цифры и может содержать любой символ ASCII, за исключением пробела и символов " Л П | =, л*?;

• длина имени не превышает 8 символов, за ним следует точка и необязательное расширение длиной до 3 символов.

• регистр символов в именах файлов не различается и не сохраняется.

Файловая система FAT не может контролировать отдельно каждый

сектор, поэтому она объединяет смежные секторы в кластеры (clusters). Таким образом уменьшается общее количество единиц

хранения, которыми должна управлять файловая система.

Прежде чем переходить к рассмотрению собственно FAT, следует остановиться на общих принципах организации данных на НЖМД ПК, что охватывает более широкий спектр ФС и ОС, используемых в IBM PC-подобных ПК.

Логические и физические диски. Одно из основных понятий файловой системы — л о г и ч е с к и й д и с к. В некотором приближении можно считать, что, «с точки зрения» ОС, каждый логический диск — это отдельный накопитель на МД.

В MS DOS каждый логический диск имеет свое уникальное имя, в качестве которого используются буквы английского алфавита от а до z (включительно). Количество логических дисков, таким образом, не более 26. Буквы а: и ь: отведены строго под имеющиеся в IBM PC дисководы гибких магнитных дисков

(НГМД, FDD).

Первые персональные компьютеры IBM PC были укомплектованы

только НГМД и поскольку дискеты позволяют хранить относительно небольшие объемы информации, делить флоппи диск на части также не имело смысла. Следующие модели компьютера IBM PC ХТ/АТ имели жесткий диск объемом 10 или 20 Мбайт, что тоже не создавало проблем, которые возникли, когда производители НЖМД освоили выпуск дисков объемом более 40 Мбайт, поскольку используемый DOS механизм 16-разрядной адресации секторов не позволял использовать диски объемом,

большим, чем 32 Мбайт.

В последующих версиях MS DOS упомянутое ограничение на размер адресуемого дискового пространства диска было преодолено, однако традиция применения разделения физического диска на логические (или р а з д е л ы, «партиции», p a r t i t i o n s) полностью сохранилась и применяется повсеместно независимо от типов устанавливаемых ОС. Существует множество причины, по которым может быть оправдано разделение физического диска, в частности:

• в случае повреждения логического диска уничтожается только та информация, которая находилась именно там;

• реорганизация и выгрузка диска небольшого размера проще и быстрее, чем большого;

• возможно разделение дискового пространства между отдельными пользователями персонального компьютера;

• возможна установка для отдельных логических дисков защиты от записи, что увеличивает защищенность от вирусов и других злонамеренных программ;

• в разных разделах можно разместить несколько различных операционных систем, и в ходе начальной загрузки может быть указан раздел диска.

Общая структура жесткого диска. Первый сектор жесткого диска (рис. 2.3, а) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record — MBR), которая занимает его начальную часть и является программой, которая во время начальной загрузки с жесткого диска помещается по определенному адресу ОЗУ, после чего ей передается управление.

В конце самого первого сектора жесткого диска располагается

таблица разделов (ТР) диска (Partition Table), каждый элемент которой содержит следующие данные:

• признак активного раздела (раздел может быть использован для загрузки операционной системы). Диск может содержать одновременно несколько активных разделов, которые могут принадлежать разным ОС;

• номер головки, сектора и цилиндра начального сектора раздела;

• номер головки, сектора и цилиндра последнего сектора раздела;

• относительный номер сектора начала раздела;

• размер раздела в секторах и пр.

Загрузка операционной системы с жесткого диска двухступенчатый

процесс. Вначале модули инициализации BIOS считывают главную загрузочную запись (MBR) в память и ей передается управление. Главная загрузочная запись просматривает таблицу разделов и находит активный раздел.

Такой двухступенчатый метод загрузки операционной системы

необходим по той причине, что способ загрузки зависит от самой операционной системы.

Структура раздела (FAT)

З а г р у з о ч н а я з а п и с ь В О О Т. Первый сектор логического

диска (и первый сектор на системной дискете) занимает загрузочная запись (Boot Record). Каждый тип операционной системы имеет свою загрузочную запись.

Кроме программы начальной загрузки операционной системы, в загрузочной записи находятся параметры, описывающие характеристики данного логического диска.

В частности, Boot-ceicrop для MS DOS версии 4.0 содержит следующие данные:

• команду jmp перехода на программу начальной загрузки;

• название фирмы-производителя операционной системы и версию (например, «IBM 4.0»);

• физический номер дисковода;

• серийный номер диска (Volume Serial Number), который создается во время форматирования диска;

• метку диска (Volume Label);

• количество байтов в одном секторе диска;

• количество секторов в одном кластере;

• количество таблиц FAT;

• максимальное количество дескрипторов файлов, содержащихся в корневом каталоге диска;

• количество секторов, занимаемых одной копией FAT;

• количество секторов на дорожке;

• количество магнитных головок и пр.

Т а б л и ц а р а з м е щ е н и я ф а й л о в. Сразу после загрузочного

сектора на логическом диске находятся секторы, содержащие таблицу размещения файлов FAT (File Allocation Table), от которой и получила свое название данная ФС.

Первоначальная версия FAT, разработанная для DOS 1.00, использовала 12-битовую таблицу размещения файлов (FAT12) и поддерживала разделы объемом до 16 Мбайт (в DOS можно было создать не более двух разделов FAT).

Первый байт FAT называется «Описатель среды» (Media Descriptor) или байт ID идентификации FAT. Он имеет такое же значение, как и байт-описатель среды, находящийся в Boot-секторе логического диска. Остальная часть FAT состоит из 12- или 16-битовых ячеек, каждая ячейка соответствует одному кластеру диска. Эти ячейки содержат значения, соответствующие следующим характеристикам кластера:

• свободный кластер;

• зарезервированный кластер;

• дефектный кластер;

• последний кластер в списке (конец файла);

• номер следующего кластера в списке (для данного файла).

К о р н е в о й к а т а л о г находится сразу за последней копией FAT и занимает непрерывную область фиксированного размера. Размер корневого каталога задается при форматировании и определяет максимальное количество файлов и каталогов, которые могут быть описаны в корневом каталоге.

Корневой каталог (как и любой другой) состоит из 32-байтовых элементов (дескрипторов), описывающих файлы и вложенные каталоги, которые содержат следующую информацию:

• имя файла/каталога, выравненное влево и дополненное пробелами;

• расширение имени файла, выравненное влево и дополненное пробелами;

• байт атрибутов файла.

• дату и время создания файла (или его последней модификации).

• номер первого кластера, распределенного файлу.

• размер файла в байтах.

В любом каталоге, кроме корневого, два первых дескриптора содержат в поле имени следующие строки:

• «.» (точка) — этот дескриптор указывает на содержащий его каталог;

• «..» (две точки) — дескриптор указывает на каталог более высокого уровня.

Поскольку FAT проектировалась для однопользовательской операционной системы DOS, она не предусматривает хранения

такой информации, как сведения о владельце или полномочия доступа к файлу/каталогу. FAT является наиболее распространенной файловой системой и ее в той или иной степени поддерживает большинство современных ОС.

Надо отметить, что FAT — простая файловая система, не предотвращающая порчи файлов при аварийном завершении работы компьютера. В состав операционных систем, поддерживающих FAT, обычно входят утилиты, проверяющие структуру и корректирующие несоответствия в файловой системе.

3) Одним из способов разрешения конфликтов между процессами за доступ к ресурсам является установление их приоритетов. В настоящее время различают системы без приоритетов, системы с относительными приоритетами и системы с абсолютными приоритетами. Правильная организация приоритетов – основа эффективного функционирования вычислительных систем. Для систем без приоритетов характерно то, что все процессы в этой системе равноправны. Выполнение процессов происходит в порядке очереди. Процесс, стоящий в очереди, не будет обслужен до тех пор, пока не прекратится выполнение предыдущего. Системы с относительными приоритетами функционируют следующим образом. Если в систему поступает приоритетный процесс, то он будет принят к обслуживанию после окончания выполнения неприоритетного процесса, даже если в очереди находятся неприоритетные процессы. Если в систему поступает несколько приоритетных процессов, то они обслуживаются в порядке очереди, при этом система игнорирует неприоритетные процессы. Для систем с абсолютными приоритетами характерно то, что при поступлении приоритетного процесса прерывается выполнение неприоритетного (в системах с относительными приоритетами такого не происходит). На организации абсолютных приоритетов основано функционирование систем реального времени и многорежимных систем.

В современных ОС каждому из процессов присваивается приоритет. Планировщик выбирает для выполнения следующий процесс, находящийся в состоянии READY, в соответствии с его приоритетом. Для выполнения выбирается процесс с наивысшим приоритетом. Остальные процессы приостановлены или заблокированы.