Организация данных на машинных носителях

С общепринятой точки зрения к вопросам организации данных относятся (слайд 2):

- выбор типа записи – единицы обмена в операциях ввода-вывода;

- выбор способа размещения записей в файле и, возможно метода оптимизации размещения;

- выбор способа адресации и метода доступа к записям.

Целесообразность выделения именно таких аспектов организации была предельно очевидна на начальной стадии развития таких запись-ориентированных систем и устройств внешней памяти, как магнитные ленты и диски. Но, следует отметить, что широкое использование современных поток-ориентированных систем ввода-вывода не уменьшило принципиальное, да и практическое, значение давно известных методов и решений, построенных на запись-ориентированных принципах. Основные понятия и подходы к физической организации и обработке данных иллюстрируются на слайде

19.1.1. Типы записей (слайд 3)

Логическая запись, с которой работает прикладная программа – это совокупность элементов или агрегатов данных, воспринимаемая и, обычно, физически отдельно размещаемая в рабочей области памяти прикладной программой как единое целое. Последовательность записей в логике обработки образует файл.

Физическая запись, с которой работает файловая система - это совокупность данных, которые размещаются в файле обычно на внешнем носителе, и могут быть считаны или записаны как единое целое одной командой ввода-вывода. Здесь файл[14] – это последовательность физических записей, размещаемых в линейном пространстве носителя но, в общем случае, не обязательно в линейном порядке.

Организация данных в случаях логического и физического представления может не совпадать, в частности, одна физическая запись может включать несколько логических (блокирование записей). При этом алгоритмы выделения логических записей из физической в значительной степени зависят от типа записи, рассматриваемого как характер организации последовательности байтов.

На логическом уровне выделяют следующие типы:

- записи фиксированной длины, для размещения каждой из которых выделяется всегда память фиксированной длины, объявляемой заранее. В этом случае данные, образующие запись, имеют устойчивую природу и представляются жесткими структурами, например ряд числовых полей или символьная последовательность заданной длины;

- записи переменной длины, когда каждый экземпляр записи может иметь длину отличную от длины другой записи в том же наборе. В этом случае запись содержит либо элементы данных переменной длины (например, текстовую строку), либо переменное число элементов фиксированной длины.

Организация физической записи для достаточно часто встречающегося случая блокирования логических записей фиксированной или переменной длины представлена на слайде (слайд 4).

При этом структура представления логической записи переменной длины (в современных файловых системах практически не используется) отличается тем, что байтам содержания - собственно данным, образующим логическую запись, предшествуют байты значения длины содержания этой логической записи.

Существует и другая физическая структура представления записей, имеющих переменную длину – запись неопределенной длины, когда данные, образующим логическую запись, завершаются разделителем «конец записи» (в поток-ориентированных файловых системах этому соответствует организация текстовых файлов, где запись – это последовательность символов, образующих строку, которая завершается специальными кодами «CR» «LF»).

Порядок доступа к записи может быть только последовательным, поскольку для определения начала следующей записи надо считать значение длины текущей.

Для файлов записей фиксированной длины доступ будет проще, так как адрес начала любой записи может быть вычислен умножением относительного номера нужной записи на длину записи.

Физические записи на носителе следуют непосредственно друг за другом. При этом выделение отдельной записи может производиться двумя способами, определяемыми технологиями записи данных на носитель.

Первый способ, применяемый в запись-ориентированных устройствах внешней памяти мэйнфреймов, основан на том, что каждая запись отделяется от соседней физическим промежутком, неиспользуемым для записи, и воспринимаемым устройством чтения как сигнал «конец записи».

Другой способ – это размещение байтов следующей записи непосредственно за последним байтом предыдущей записи без каких либо разделителей. Для этого способа характерна меньшая зависимость от особенностей устройства: оптимизация процессов ввода-вывода, в том числе блокирование записей, переносится в прикладную программу.