Поддержание файловой системы

На одном физическом жестком диске может размещаться один или несколько логических дисков (рис. 10.5). Физический диск – это диск с точки зрения аппаратного обеспечения (устройство), а логический – с точки зрения ОС. ОС разбивает физический диск на несколько разделов, в каждом из которых создается свой логический диск.

Рис. 10.5. Структура жесткого диска

Каждый логический диск состоит из двух областей:

1) загрузочной области, содержащей программы для запуска ОС;

2) области данных, которая содержит файлы и каталоги ОС и пользователя.

Нумерация дисков осуществляется следующим образом:

A, B – дисководы для дискет;

C, D, … – логические диски на жестких дисках, дисководах CD, DVD или Blu-Ray и другие ВЗУ.

Всем компьютерным приложениям необходимо хранить и получать данные. Наиболее удобной для доступа к ВЗУ оказалась система, при которой пользователь или процесс назначает для той или иной совокупности данных некоторое имя. Файл – это поименованная конечная последовательность данных на диске. Часть ОС, работающая с файлами и обеспечивающая хранение данных на дисках и доступ к ним, называется файловой системой.

Минимальная единица хранения на жестком диске или дискете ОС – кластер. Файл занимает на диске один или несколько кластеров. Существует особый вид файлов – каталог, который может содержать другие файлы или каталоги (рис. 10.6). В ОС Winodows каталоги называются папками.

Рис. 10.6. Пример структуры каталогов

Месторасположение файла характеризуется двумя адресами:

1) пользовательским: имя файла – это адрес, по которому пользователь может получить доступ к совокупности данных этого файла;

2) аппаратным: номера дорожки, сектора и т. п. определяет физическое месторасположение файла на ВЗУ (раздел 8.6.2).

Преобразование пользовательского адреса в аппаратный и обратно осуществляется с помощью файловой системы ОС. Таким образом, файловая система ОС является промежуточным звеном между пользователем и ВЗУ.

Возможны следующие действия с файлами:

- создание: за файлом закрепляется название и выделяется место на диске;

- открытие: поиск файла на диске и выделение памяти в ОЗУ для обмена данными с файлом;

- закрытие: сохранение текущего состояния файла после действий с ним;

- изменение: модификация содержимого файла;

- копирование и перемещение файла;

- переименование: закрепление за файлом нового имени;

- удаление: освобождение места на диске, занимаемого файлом.

Каждый файл или каталог имеет следующие параметры:

- имя файла;

- расширение файла;

- объем файла в байтах;

- дата и время создания файла;

- дата и время последнего открытия (доступа) файла;

- атрибуты файла: только для чтения; скрытый файл; системный файл; архивированный файл.

Файлы относятся к абстрактному механизму. Они предоставляют способ сохранить данные на диске и считывать ее снова по мере необходимости. Пользователю не нужны такие подробности, как способ и место хранения информации, детали работы дисков. Важной характеристикой любого механизма абстракции являются принципы именования управляемых объектов, поэтому рассмотрим правила именования файлов.

В ОС Windows имя файла не может превышать 255 символов и может содержать латинские и русские буквы, знаки пунктуации. В одном каталоге не может находиться двух файлов с одинаковыми именами.

Расширения файлов используются ОС, чтобы определить какую программу необходимо запустить для обработки файла с данным расширением. Расширение определяет тип файла, но не тип – расширение. Основные расширения файлов приведены в табл. 10.1.

Таблица 10.1. Основные расширения файлов ОС Windows

Тип	Назначение
EXE, COM	Исполняемые файлы – программы
DOC, RTF, TXT	Документы
LNK	Файл ярлыка
DLL, SYS	Системные файлы
BMP, JPG, GIF, PNG	Файлы изображений
MID, MP3, WAV, WMA	Звуковые файлы
ASF, AVI, MOV, MP4, MPG	Видеофайлы

От файловой системы требуется четкое выполнение следующих действий:

- определение по имени файла физического расположения его частей;

- определение наличия свободного места и выделение его для вновь создаваемых файлов.

Скорость выполнения этих операций напрямую зависит от самой файловой системы. Разные файловые системы используют различные механизмы для реализации указанных задач и имеют свои преимущества и недостатки. Файловая система FAT (File Allocation Table – таблица размещения файлов), использующихся в ОС MS-DOS и Windows, представляют собой образ носителя в миниатюре, где детализация ведется до кластернго уровня. Поэтому операция поиска физических координат файла при его большой фрагментации будет затруднительна. Еще хуже обстоит дело с поиском свободного места для больших файлов. Приходится просматривать практически всю таблицу, поэтому быстродействие падает. Современная файловая система NTFS (New Technology File System – файловая система нового типа) в ОС Windows XP / Vista / 7 использует более компактную форму записи, что ускоряет поиск файла. Поэтому операции с выделением места под файл проходят быстрее. Ключевое преимущество файловой системы NTFS – возможность ограничения доступа к файлам и каталогам.