Файловые системы. Файлы и каталоги. Имена и типы. Файловые системы FAT32, NTFS, их характеристики

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

1) совокупность всех файлов на диске,

2) наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

3) комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

1) именование файлов;

2) программный интерфейс работы с файлами для приложений;

3) отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

4) организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;

Обычный файл - Представляет собой наиболее общий тип файлов, содержащий данные в некотором формате. Для операционной системы такие файлы представляют собой просто последовательность байтов. К этим файлам относятся текстовые файлы, двоичные данные и выполняемые программы.

Каталог - это файл, содержащий имена находящихся в нем файлов, а также указатели на дополнительную информацию - метаданные, позволяющие операционной системе производить действия с этими файлами. Каталоги определяют положение файла в дереве файловой системы.

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени.

NTFS. Размер диска: 2^64 байт; Размер тома: 2^64 минус 1 кластер; Макс.размер файла: 2^64 минус 1 килобайт; Макс.кол-во файлов: 2^32 минус 1;

Достоинства:

1. Быстрая скорость доступа к файлам малого размера;

2. Размер дискового пространства на сегодняшний день практически не ограничен;

3. Фрагментация файлов не влияет на саму файловую систему;

4. Высокая надежность сохранения данных и собственно самой файловой структуры;

5. Высокая производительность при работе с файлами большого размера;

Недостатки:

1. Более высокие требования к объему оперативной памяти по сравнению с FAT 32;

2. Работа с каталогами средних размеров затруднена из-за их фрагментации;

3. Более низкая скорость работы по сравнению с FAT 32

FAT 32. Размер диска: 8 терабайт; Размер тома: 127 гигабайт; Макс.размер файла: 4 гигабайт;

Макс.кол-во файлов: 2^28 минус 12;

Достоинства: 1. Высокая скорость работы; 2. Низкое требование к объему оперативной памяти;

3. Эффективная работа с файлами средних и малых размеров; 4. Более низкий износ дисков, вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.

Недостатки: 1. Низкая защита от сбоев системы; 2. Не эффективная работа с файлами больших размеров;

3. Ограничение по максимальному объему раздела и файла; 4. Снижение быстродействия при фрагментации;

5. Снижение быстродействия при работе с каталогами, содержащими большое количество файлов;

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов и (каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, наборатрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше)^[1]. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Классификация файловых систем[править | править исходный текст]

По предназначению файловые системы можно классифицировать на нижеследующие категории.

· Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates — в BSD системах.

· Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.

· Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, HFS, UDF и др.

· Виртуальные файловые системы: AEFS и др.

· Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.

· Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS, exFAT.

· Немного выпадают из общей классификации специализированные файловые системы: ZFS (собственно файловой системой является только часть ZFS), VMFS (т. н. кластерная файловая система, которая предназначена для хранения других файловых систем) и др.

Задачи файловой системы[править | править исходный текст]

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

· именование файлов;

· программный интерфейс работы с файлами для приложений;

· отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

· организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;

· содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

В многопользовательских системах появляется ещё одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру, при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

Катало́г (англ. directory — директория, справочник, указатель) — объект в файловой системе, упрощающий организацию файлов. Типичная файловая система содержит большое количество файлов и каталоги помогают упорядочить её путём их группировки.

В информатике используется следующее определение: каталог — поименованная совокупность байтов на носителе информации, содержащая название подкаталогов и файлов.[источник не указан 1298 дней]

Содержание [убрать]

1 Корневой каталог

2 Текущий каталог

3 Родительский каталог

4 Каталоги в UNIX

5 Иерархия каталогов в Windows

6 Термин «Папка»

7 См. также

8 Примечания

Корневой каталог[править | править исходный текст]

Каталог, прямо или косвенно включающий в себя все прочие каталоги и файлы файловой системы, называется корневым. В Unix-подобных ОС он обозначается символом / (дробь, слеш), в DOS и Windows исторически используется символ \ (обратный слеш), но с некоторого времени поддерживается и /.

Текущий каталог[править | править исходный текст]

Текущим называется каталог, с которым работает ОС, если ей не указать другого каталога. Он обозначается точкой (.).

Для смены текущего каталога на другой используется команда cd.

Родительский каталог[править | править исходный текст]

Родительским каталогом называется каталог, в котором находится текущий. Он обозначается двумя точками (..).

Пример (переход в родительский каталог):

cd..

Каталоги в UNIX[править | править исходный текст]

Каталог в UNIX — это файл, содержащий несколько inode и привязанные к ним имена.[1] В современных UNIX-подобных ОС вводится структура каталогов, соответствующая стандарту FHS.

Иерархия каталогов в Windows[править | править исходный текст]

Слева направо: системная папка Корзина, обычная папка, ярлык к папке

Каталог, который не является подкаталогом ни одного другого каталога, называется корневым. Это значит, что этот каталог находится на самом верхнем уровне иерархии всех каталогов. В Windows каждый из дисков имеет свой корневой каталог (C:\, D:\ и т. д).

Каталоги в Windows бывают системные (служебные, созданные ОС) и пользовательские (созданные пользователем). Пример системных каталогов: «Рабочий стол», «Корзина», «Сетевое окружение», «Панель управления», каталоги логических дисков и т. п.

Термин «Папка»[править | править исходный текст]

Значок сетевой папки из темы «GNOME»

Термин папка (англ. folder) был введён для представления объектов файловой системы в графическом пользовательском интерфейсе путём аналогии с офисными папками. Он был впервые использован в Mac OS, а в системах семейства Windows — с выходом Windows 95.[2] Эта метафора стала использоваться в большом числе операционных систем: Windows NT, Mac OS, Mac OS X, а также в средах рабочего стола для систем семейства UNIX (например, KDE и GNOME).

В этой терминологии папка, находящаяся в другой папке, называется подпапка, вложенная папка или дочерняя папка. Все вместе папки на компьютере представляют иерархическую структуру (дерево каталогов). Подобная древообразная структура возможна в операционных системах, не допускающих существование «физических ссылок» (таких как Windows 3.x и 9x, которые допускали только ярлыки). В общем случае файловая система представляет собой ориентированный граф.