Вопрос 3. Файловая система хранения информации

Файловая система. Долговременно информация хранится на внешних носителях в виде файлов.

Файл – это поименованная целостная совокупность данных.

Такое определение сформулировано с точки зрения операционной системы. Для нее важно, что это единая совокупность данных (целостная), у которой есть имя для идентификации ее среди множества таких же записей (поименованная). Содержание, структура и прочие параметры этих данных для ОС значения не имеют, если речь идет только о хранении данных. Файл же может содержать текст программы, документы, закодированные графические изображения, исполняемые коды программ и прочие данные.

Для управления файлами и упорядочивания порядка их хранения на носителе используется файловая система,котораяявляется важным элементом компьютера, поскольку от способа организации файлов зависит как скорость доступа к нужному файлу, так и безопасность хранения данных.

Одна и та же операционная система может поддерживать одновременно несколько файловых систем (таблица 1).

Таблица 1 - Примеры файловых систем

^* FAT (File Allocation Table – таблица размещения файлов)

Основное назначение файловой системы - хранение информации о номерах кластеров, в которых записаны данные конкретного файла.

Кластер – логическое объединение нескольких секторов диска, используемое для ускорения процесса считывания и записи данных. Данные одного файла записываются в целое число кластеров. Таблица распределения файлов как раз и содержит информацию о «закреплении» кластеров за файлами. Все свободные кластеры в FAT-таблицах отмечены нулями. Операционная система хранит две копии таблицы распределения файлов. Каждая запись в таблице размещения файлов содержит следующую информацию:

Имя файла или каталога. Это поле может содержать в разных ОС до 8 или до 256 символов с некоторыми ограничениями на их состав. В частности не допускается в имени использование точек, сочетания символов, имеющих для ОС вполне конкретное значение (PRN, CОM1, LPT2 и других).

Имя выбирается таким образом, чтобы по нему можно было легко определить содержимое. В первом байте имени записывается код, позволяющий ускорить поиск информации по каталогу и оптимизировать некоторые другие процедуры.

Так, например, код 00в первом байте поля имени показывает, что этот элемент кода ранее не использовался и его можно дальше не просматривать. При стирании файла в первый байт записывается код Е5Н, а все остальные байты элемента не изменяются. Сохраняемая информация после удаления файла позволяет выполнить его восстановление, если занимаемое им ранее дисковое пространство не было выделено другому файлу. Практически такая ситуация гарантированно имеет место, если не выполнялись операции записи на диск. Код 2ЕНпоказывает, что элемент сам описывает каталог.

Имя может включать любые символы, за исключением специальных: «\», «/», «:», «*», «?», «”», «<», «>». Кроме этого, в именах файлов допускаются пробелы и несколько точек (файловые системы FAT32, NTFS и др.).

Расширение имени файла. Как правило, оно указывает на тип хранящихся в файле данных и может приложениями назначаться автоматически. Типовые расширения имен файлов приведены в табл.2.

Таблица 2- Типовые расширения имен файлов

Расширение имени файла используется для идентификации его содержимого операционной системой. Операционная система содержит информацию о зарегистрированных расширениях (типах) файлов (рис. 5). По расширению имени файла операционная система определяет тип данных и программу для редактирования файлов с таким расширением.

Атрибуты. Они определяют некоторые свойства файлов и могут иметь значения: только чтение, скрытый, системный, архивный.

Атрибут «Только чтение» ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений. Файл можно просматривать и изменять, однако пользователю будет отказано в сохранении изменений. Файл, открытый только для чтения, может быть сохранен под другим именем. При этом действие атрибута «только чтение» не распространяется на новый файл.

Атрибут «Скрытый» указывает, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного повреждения файла. Этот атрибут можно присвоить любому файлу или каталогу.

Атрибут «Системный» используется для файлов, связанными с функционированием операционной системы. Управляет данным атрибутом операционная система.

Атрибут «Архивный» используется для установления факта изменения содержимого файла или каталога подлежащего резервному копированию. При любых изменениях файла данный атрибут автоматически устанавливается. Сброс атрибута выполняется автоматически после выполнения операции резервного копирования. Однако, поскольку современные программы резервного копирования используют другие признаки для установления факта изменения файла, то данный атрибут не принимается ими во внимание.

Код времени изменения файла и код даты изменения файла назначаются автоматически по системным часам.

Номер первого кластера файла - указатель к первому кластеру файла в поле данных и к первому элементу в цепочке FAT;

Размер файла измеряется в байтах и может иметь два значения. Одно значение определяет истинный размер файла, другое – объем выделенной памяти для его хранения с учетом дискретного значения размера кластера. Последний занятый кластер может быть файлом занят не весь, но для ОС этот кластер все равно уже отмечен как занятый. Поэтому второе значение как правило больше первого.

Поддержание файловой системы включает следующие действия:

- создание файлов и присвоение им имен;

- создание каталогов и присвоение имен;

- переименование файлов и каталогов;

- копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами одного диска;

- удаление файлов и каталогов.

Для более удобной работы с данными файлы объединяют по определённым признакам в группы, например, по принадлежности разным пользователям или по общей тематике содержимого и т.д.

Группа файлов, для которой вводится общее имя, называется каталогом (директорией от англ. directory). В операционной системе Windows каталоги называются папками.

Имя каталога (папки), в отличие от имени файла, не включает расширение. В каталог, кроме файлов, могут также входить другие каталоги (подкаталоги первого уровня), которые, в свою очередь, могут включать в себя как файлы, так и каталоги (подкаталоги 2-го уровня) и т.д. По такому принципу формируется иерархическая структура – дерево каталогов (рис. 7), включающее на самом верхнем уровне единственный главный каталог (корневой каталог, root directory), к которому сходятся многочисленные ветви подкаталогов.

Физический диск - это реальный физический носитель данных, имеющий имя. В качестве имен физических дисков принято использовать буквы латинского алфавита:

А и В - гибкие магнитные диски;

С - жесткий магнитный диск;