Файловая система, ввод и вывод информации. Лекция 4. Операционные системы и среды

1.

Файловая система, ввод и
вывод информации
Лекция 4. Операционные системы и среды

2.

Файловая система
• Файловая система представляет собой
структурированную систему, определяющую метод
хранения информации диске в виде файлов и
способ доступа к ней.
Файловая система – это часть операционной системы,
включающая:
• совокупность всех файлов на носителе
информации;
• наборы структур данных, используемых для
управления файлами, каталоги и дескрипторы
файлов, таблицы распределения свободного и
занятого пространства на диске и др.);
• комплекс системных программных средств,
реализующих различные операции над файлами
(создание, уничтожение, чтение, запись и др.)

3.

Имя файла. Атрибуты файла. Операции
с файлами
Файл – это именованная последовательность
байтов произвольной длины, имеющая уникальное
собственное имя. Для идентификации каждому
файлу в момент сохранения на диске
присваивается уникальное имя, состоящее из двух
частей, разделённых точкой.
Первая часть имени – собственно имя –
присваивается самим пользователем и
конкретизирует содержимое файла.
Вторая часть имени – расширение имени.

4.

Типы файлов
Условно файлы можно разделить на две
категории:
• программные файлы (программы);
• файлы-документы.
Программные файлы ещё называют
исполняемыми файлами, т.к. команды которые в
них находятся, могут быть исполнены.
Файлы-документы отличаются большим
разнообразием типов: текстовые, графические,
звуковые, видео и др. документы относящиеся к
одному типу могут различаться по методу
кодирования, если были созданы с помощью
разных программ.

5.

Атрибуты файлов
Есть у файла ещё один признак – атрибуты файла. Это
параметры, определяющие свойства файлов:
• скрытый – файлы с этим атрибутом не
отображаются на экране при проведении файловых
операций (для безопасности), хотя реально
присутствуют на диске.
• только для чтения – файлы с этим атрибутом можно
только читать, вносить изменения в их содержание
нельзя.
• системный – это атрибут важных файлов
операционной системы.
• архивный – этот атрибут в прошлом использовался
для работы программ резервного копирования и
устанавливался при изменении файла во время
работы, затем снимается после резервного
копирования. В настоящее время практического
значения данный атрибут не имеет.

6.

Размещение информации на диске
• Всё пространство физического диска разделено на
секторы ёмкостью 512 байт. Каждый сектор имеет
уникальный адрес. Если ёмкость диска велика,
обеспечить адресацию каждому сектору
невозможно. В связи с этим группы секторов
объединяют в кластеры.
• Кластер (англ. cluster) в запоминающих устройствах
— минимальный объем дискового пространства,
который может быть выделен для размещения
файла. Все файловые системы, используемые
Windows для работы с жесткими дисками, основаны
на кластерах.
• Понятие кластер используется в файловых системах
FAT и NTFS. Другие файловые системы оперируют
схожими понятиями (зоны, блоки).

7.

Выбор файловых систем
В различных операционных системах применяются
разные версии файловой системы. Отличаются
они друг от друга в первую очередь способом
размещения файлов на диске, поддержкой
средств шифрования и сжатия, устойчивостью к
сбоям и размером кластера.
На выбор файловой системы в первую очередь
влияют следующие факторы: количество жёстких
дисков, их объём и требования к безопасности.

8.

Обслуживание диска
При работе с магнитными дисками на них неизбежно
возникают дефекты, которые нужно своевременно
исправлять. Это делается с помощью специальных
утилит.
Физические дефекты – это механические повреждения
или старение магнитного слоя. Обнаружение
физических дефектов поверхности диска позволяет
исключить повреждённые участки из активной работы.
Логические дефекты – нарушение целостности
файловой структуры имеют следующие проявления:
потерянные кластеры и общие кластеры.
Потерянные кластеры – это кластеры, которые
считаются занятыми, но не относятся ни к одному
файлу. Они возникают в случае сбоя.

9.

Файловая система FAT
Ниже приведена логическая модель диска с
файловой системой FAT. В системной области
находятся загрузочная запись, таблица
размещения файлов и корневой каталог.
Загрузочная запись, иногда называемая начальным
загрузчиком, имеет размер 512 байт, всегда
хранится в нулевом секторе и используется в
процессе загрузки операционной системы.

10.

Файловая система FAT
Таблица размещения файлов, в оригинальной литературе
называемая FAT (File Allocation Table), содержит
информацию о размещении файлов в области данных. Она
всегда занимает сектора, начиная с первого. На любом
диске для обеспечения надежного доступа к данным всегда
хранится две копии FAT, которые обновляются одновременно.
• Каждый элемент таблицы соответствует одному кластеру в
области данных. Дефектные кластеры помечаются как
"bad". Если кластер свободен, то соответствующий ему
элемент FAT имеет значение "0". Если кластер выделен для
какого-либо файла, то возможны два варианта:
• элемент содержит признак конца файла "EOF", если этот
кластер является последним кластером, выделенным
файлу;
• элемент содержит значение номера следующего
кластера, выделенного файлу.

11.

Файловая система FAT
• Логическое разбиение области данных на
кластеры, как совокупность секторов, взамен
использования одиночных секторов имеет
следующий смысл:
• уменьшается размер FAT;
• уменьшается возможная фрагментация
файлов;
• ускоряется доступ к файлу, т.к. в несколько раз
сокращается длина цепочек фрагментов
дискового пространства, выделенных для него

12.

Файловая система FAT
• Корневой каталог – главный каталог диска,
который занимает сектора, следующие за FAT.
Фиксированное число элементов и размещение
в системной области корневого каталога
являются принципиальным отличием от прочих
каталогов.
• Записи корневого каталога имеют длину 32
байта, структура записей представлена в табл.

13.

14.

Файловая система FAT
• На рис.2 представлена схема работы и
организации FAT, а также фрагментация, когда
части файла разбросаны по всему диску.
Цепочка кластеров для файла FILE.TXT: 30, 31, 32, 35, 36, EOF
Цепочка кластеров для файла FILE1.TXT: 33, 34, EOF

15.

Файловая система FAT
• Файл, который занимает на диске более одного
непрерывного участка,
называется фрагментированным.
• Фрагментация диска – это появление на диске
множества свободных участков, разделенных
занятыми участками.
• Дефрагментация диска – это перемещение
данных на разделе, после которого, кластеры
содержащие части одного файла,
размещаются последовательно.

16.

Файловая система FAT
• При удалении файла обычно выполняются следующие
действия:
• в таблице размещения файлов обнуляются все элементы,
выделенные для описания этого файла;
• в соответствующем элементе каталога изменяется имя
файла – вместо первого символа в поле имени
записывается символ «х».
• Остальные характеристики файла в элементе каталога, а
также содержимое файла в кластерах диска, не
изменяются, поэтому всегда есть возможность полностью
или частично восстановить удаленный файл.
• Полное восстановление возможно, если:
• не перезаписан соответствующий элемент каталога;
• имеется доступ к каталогу;
• кластеры, ранее занимаемые файлом, не выделены
другим файлам или каталогам;
• удаленный файл был нефрагментированным.