Поддержка файловой системы как функция операционной системы

Операционная система предоставляет пользователям и програм­мам простую модель доступа к данным на внешних носителях, пред­ставляя данные в виде файлов и обеспечивая возможность работы с ними с помощью простых запросов типа «открыть файл», «прочи­тать из файла», «записать в файл» и т. п. Файлы имеют с точки зрения пользователя линейную (последовательную) организацию.

Файлы могут храниться на внешних устройствах разного типа, например, магнитных дисках, компакт-дисках, флэш-картах и т. п. Независимо от типа устройства, посредством механизма файловой системы операционная система обеспечивает единообразный доступ к информации на всех типах устройств.

Физически данные хранятся на внешних носителях, имеющих сложную организацию. Например, на дисках информация хранит­ся на пластинах, разделённых на секторы и дорожки. Чтобы полу­чить доступ к порции информации необходимо указать номера по­верхности (или считывающей головки), дорожки (цилиндра) и сек­тора. Возможно считывание или запись только блока информации (сектора) полностью.

Операционная система берёт на себя преобразование запросов пользователей (программ) на доступ к файлам в последовательности команд на доступ к конкретным физическим единицам пространства диска, производит буферизацию ввода-вывода, блокирование и раз­блокирование данных при необходимости.

Операционная система поддерживает структуры данных (фай­ловую систему), обеспечивающие размещение на устройстве файлов, выделение им необходимого пространства, поддержание их целостно­сти и непротиворечивости, защиту от несанкционированного досту­па, а также решение других задач.

Варианты организации доступа к файлам в операционной системе. Преимущества и недостатки

Доступ к файлам в современных ОС может быть организован одним из двух способов:

- с предварительным установлением связи с файлом;

- без предварительного установления связи с файлом.

В первом случае перед началом работы с файлом его необхо­димо открыть. При открытии ОС производит поиск файла по его имени, создаёт в ОП структуру, описывающую файл, и возвращает указатель на эту структуру, называемый дескриптором файла. Опе­рации чтения и записи выполняются со ссылками на этот дескриптор, причём ОС сама отслеживает положение указателя чтения (записи) в файле, а также обнаруживает конец файла, то есть прикладной программе, как правило, нет необходимости явно указывать место в файле, где должны располагаться данные. По окончании работы с файлом его необходимо закрыть. При этом осуществляется сброс на носитель файловых буферов и из ОП удаляется структура, описы­вающая файл.

Во втором случае нет необходимости открывать и закрывать файл. Программа выполняет только обращения к файлу на чтение, либо на запись. Но при каждом обращении необходимо указывать полную информацию — имя файла, смещение данных от начала файла, тип операции.

Способ с предварительным установлением связи обеспечивает более эффективный режим работы, в том числе за счёт возможности промежуточной буферизации данных и использования метода кача­ющихся буферов. Но его применение нежелательно для сетевых фай­ловых систем. Информация об открытом файле должна храниться на стороне сервера, и при его отказе (зависании, падении) после вос­становления работоспособности вероятнее всего будет потеряна, что не позволит продолжать работу прикладным программам клиентов, находящимся на других компьютерах.

Поэтому в сетевых файловых системах применяется способ до­ступа к файлам без предварительного установления связи с файлом.

На самом деле ОС на стороне клиента скрывает от прикладных программ этот механизм. Обычно прикладные программы осуще­ствляют работу с любыми файлами по способу с предварительным установлением связи. А ОС поддерживает необходимые таблицы и структуры данных, самостоятельно выполняя обращения к файлам, находящимся на сетевых файловых системах, способом без предва­рительного установления связи с ними.