Структурная организация файлов

С точки зрения структурной организации файлов имеется целый спектр различных подходов. Существует некоторая установившаяся систематизация методов структурной организации файлов. Рассмотрим модели в соответствии с хронологией их появления.

Первой моделью файла явилась модель файла как последовательности байтов. В этом случае содержимое файла представляется как неинтерпретируемая информация (или интерпретируемая примитивным образом). Задача интерпретации данных ложится на пользователя. Данная модель файла наиболее распространена на сегодняшний день: большинство широко используемых файловых систем поддерживают возможность представлять содержимое файла как последовательности байтов, а это означает, что программные интерфейсы, обеспечивающие доступ к содержимому файла, позволяют считывать и записывать произвольные порции данных.

Следующие модели представляют файл как последовательность записей переменной и постоянной длины. Первая из этих моделей является аналогом магнитной ленты. Соответственно, эта организация файла и рассчитана на работу с магнитными лентами. В этом случае возникают проблемы, такие как коррекция данных в середине файла, вследствие чего меняется размер файла, и появляется необходимость сдвигать «хвост» файла на ленте.

Модель файла как последовательности записей постоянной длины является также аппаратно-ориентированной: она является аналогом перфокарты. Перфокарта представляет собою картонный листок прямоугольной формы, на котором изображены двенадцать строк по 80 позиций в каждой. Каждая позиция соответствует одному биту информации. Соответственно, перфокарта может хранить лишь фиксированное количество данных, поэтому для отображения колоды перфокарт в файл подходит модель файла как последовательности записей фиксированного размера (каждая запись являлась образом одной перфокарты). Данная модель имеет следующие недостатки. Во-первых, из-за того, что каждая запись имеет фиксированный размер, возникает внутренняя фрагментация: т.е. если хотя бы один байт занят в записи, то занят и весь объем записи. Также остаются проблемы, возникающие при необходимости вставить или удалить запись из середины файла.

И, наконец, модель иерархической организации файла. В данной модели организация файла имеет сложную логическую структуру, позволяющую организовывать динамическую работу с данными. Одной из наиболее распространенных структур является дерево, в узлах которого расположены записи. Каждая запись состоит из двух полей: поле ключа и поле данных. В качестве ключа может выступать номер записи. Данная модель является удобной для редактирования файла, но с другой стороны требует достаточной сложной реализации.

Еще одной исторической характеристикой файлов были режимы доступа, отражавшие организацию внешних устройств. Были файлы прямого доступа и файлы последовательного доступа. Режим доступа задавался на этапе создания файла. В современных файловых системах эти режимы не используются. Зато актуальны режимы доступа с точки зрения разрешения или запрета на определенные операции: возможно иметь доступ только по чтению, только по записи или по чтению-записи информации в файл.