Файловые системы

Цель работы: ознакомление с файловыми системами и принципами их работы.

Развитие файловых систем (ФС) ПК определялось двумя факторами – появлением новых стандартов на носители информации и ростом требований к характеристикам ФС со стороны прикладных программ. Первоначально для ФС первостепенное значение имело увеличение скорости доступа к данным и минимизация объема хранимой служебной информации. Впоследствии с появлением более быстрых жестких дисков и увеличением их объемов, на первый план вышло требование надежности хранения информации, которое привело к необходимости избыточного хранения данных.

Развитие ФС привело к изменению самого понятия "файл" – от первоначального толкования как упорядоченная последовательность логических записей, до понятия файла, как объекта, имеющего набор характеризующих его атрибутов.

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. Например, в ФС FAT длина имен ограничивается схемой 8.3 (8 символов – собственно имя, 3 символа – расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные ФС поддерживают длинные символьные имена файлов (до 255 символов).

Типы файлов. Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги. Обычные файлы подразделяют на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде (документы, исходные тексты программ и т. п.). Двоичные файлы имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Специальные файлы – это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делят на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

Каталог – это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений, а с другой стороны – это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

Каталоги могут непосредственно содержать значения характеристик файлов или ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики, как это реализовано в ОС UNIX (см. рис. 1). Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня (см. рис. 2).

Рис. 1. Структура каталогов:

а – структура записи каталога MS-DOS (32 байта); б – структура записи каталога ОС UNIX.

Рис. 2. Логическая организация файловой системы:

а – одноуровневая; б – иерархическая (дерево); в – иерархическая (сеть).

Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть – если файл может входить сразу в несколько каталогов. В MS-DOS каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX'е – сетевую.