Geum.ru

Системное программное обеспечение

Вид материалаДокументы

Содержание


Вопрос № 12. Файловые системы. Размещение информации.
Структура логического диска
Sec – это секторы зарезервированы для дальнейшего развития операционной системы; FAT1, FAT2
Размещение файлов А и В по кластерам
Файловая система HPFS (high performance file system)
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10

Вопрос № 12. Файловые системы. Размещение информации.


Назначение систем управления файлами – организация более удобного доступа к данным, организованным как файлы. Благодаря системам управления файлами (они могут быть разными) вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной записи появилась возможность использовать логический доступ с указанием имени файла и записи в нем.

Любая система управления файлами (СУФ) не существует сама по себе – она разработана для работы в конкретной операционной системе и может работать с конкретной файловой системой.

СУФ выделяется в отдельную категорию программного продукта, т.к. некоторые ОС могут работать с несколькими файловыми системами, причем либо с одной из них, либо сразу с несколькими одновременно. Любая файловая система разработана для работы в конкретной ОС. Например, файловая система FAT имеет различные реализации: FAT-16 для MS DOS; super-FAT для OS-2; FAT-32 для Windows-98 и т.п.

Файл – набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для их управления создаются соответствующие системы управления файлами. Файл рассматривается пользователями и приложениями как единое целое. Обращение к нему осуществляется по имени, которое должно быть уникальным. Ограничение доступа осуществляется на уровне файла. Пользователь может быть допущен к работе с файлом или лишен такой возможности. В сложных системах (не рассматриваемых нами) управление доступом осуществляется на уровне записи, а иногда на уровне поля записи.

Не следует путать понятия файловая система и база данных. База данных представляет собой набор связанных между собой данных. База данных спроектирована специально для использования большим количеством различных приложений. Обычно база данных служит для какого-то конкретного проекта, например, содержит совокупность данных научного исследования. Обычно разрабатывается отдельная система управления базой данных (СУБД). Изучение СУБД составят отдельный курс программы.

Файловая система – это набор спецификаций и программное обеспечение для их реализаций.

Они отвечают за: -создание; -уничтожение; -организацию; -чтение; -запись; -модификацию; -перемещение; -управление доступом к файлам; управление ресурсами, которыми пользуются файлы.

Файловая система определяет способ организации данных на диске или ином носителе (CD). Для каждой ОС разрабатывается своя файловая система, например, FAT, которая реализована на абсолютном большинстве ОС, работающих на ПК.

FAT (file allocation table)

Сначала была просто FAT (расшифровывается как “таблица размещения файлов”) и разработана была для дискет (это FAT-12), ее модернизировали для жесткого диска (это FAT-16, реализация MS-DOS). Есть версии этой системы для Windows 95/98, NT и других. И реализация в каждой ОС своя, но если одна не подходит для другой ОС, то файлы, созданные одной ОС могут без труда быть обработаны другой ОС.

Элемент FAT определяет фактическую область диска, в которой хранится начало физического файла. В файловой системе FAT логическое дисковое пространство делится на 2 части: системную область и область данных (Рис. 11).

Системная область логического диска создается и инициализируется при форматировании (может быть создана и при манипулировании файловой структурой).

Область данных логического диска содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому каталогу. Эта область (в отличие от системной области) доступна через пользовательский интерфейс.

Системная область состоит из расположенных друг за другом частей:
  • загрузочной записи (boot record);
  • зарезервированных секторов (reserved sector);
  • таблицы размещения файлов (file allocation table);
  • корневого каталога (root directory).


Системная область Область данных

BR

Sec

FAT1

FAT2

Dir

Каталоги и файлы



Структура логического диска

BR – это загрузочная запись, которая прочитывается первой после включения вычислительной системы или при перезагрузке;

Sec – это секторы зарезервированы для дальнейшего развития операционной системы;

FAT1, FAT2 – таблицы (основная и копия) размещения файлов;

Dir – корневой каталог.

Это системная область, входящая в ядро супервизора.

Область данных содержит каталоги и файлы, подчиненные корневому каталогу. Эта область доступна пользователям через интерфейс.

Таблица размещения файлов является важной информационной структурой. Область данных разбита на кластеры. Кластер представляет собой один или несколько слитных секторов в логическом дисковом адресном пространстве. В таблице FAT кластеры, принадлежащие одному файлу, связываются в цепочки. Цепочки могут быть прерывистыми, если файлу не хватило подряд идущих свободных кластеров. Пример распределения двух файлов (А, В) приведен ниже:


Начало файла В Начало А













10
9
8
5



11
FF
13
23



























24
FF















А
В
А
А
В
А
А
В
В



























В
В



1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25




Размещение файлов А и В по кластерам


В настоящее время размер кластеров может быть различным в зависимости от емкости раздела.

Первый допустимый номер кластера начинается с 2. Номера кластеров соответствуют элементам таблицы размещения файлов. Логическое разбиение области данных на кластеры взамен использования одиночных секторов имеет и достоинства и недостатки:
    1. уменьшается размер FAT, уменьшается возможная фрагментация файла, ускоряется доступ к файлу;
    2. большой кластер ведет к неэффективному использованию области данных, особенно когда файлы небольшие.

В среднем на файл теряется около 0,5 кластера. При размере ОП от 512 до 1023 байт – кластер 16 Кбайт. При числе файлов несколько тысяч потери могут достигать более 10 Мбайт.

Структура элемента таблицы FAT (Используются Windows 95/98, NT):

Имя и расширение файла
а



Время
Дата
Кластер
размер




файл или каталог

VFAT и FAT32

VFAT (виртуальная FAT) и FAT32 используются одной из редакций ОС Windows 95/98.

FAT32 ныне используется Windows Millenium и всем семейством Windows2000. Имеются реализации FAT32 для Windows NT и ОС Linux.

VFAT появилась для ОС Windows 3.11 и предназначалась для файлового ввода-вывода в защищенном режиме. В этой версии есть изменения, но она сохраняет совместимость с исходным вариантом FAT. VFAT может использовать длинные имена файлов, 32-х разрядные драйверы.

Основными недостатками файловых систем FAT и VFAT являются большие потери на кластеризацию при больших размерах логического диска. На смену системе VFAT пришла FAT32, которая является полностью самостоятельной, имеет 32-х разрядный код для всех файловых операций, содержит многочисленные усовершенствования и дополнения.

FAT32 намного эффективнее использует дисковое пространство. FAT и VFAT могут использовать только 65535 кластеров и при большом дисковом пространстве каждый кластер имел большие размеры. FAT32 даже при дисковом пространстве в 8 Гбайт может использовать кластер в 4 килобайта.

Файловая система HPFS (high performance file system)

Высокопроизводительная файловая система. Структура как у FAT – каталоги.

Достоинства:
  • поддержка длинных имен
  • имеет расширенные атрибуты, например, каждому файлу может представлено уникальное графическое изображение, сведения о владельце файла и др.
  • сортировка каталогов
  • новые базовые принципы хранения информации и местоположении файлов

Принципы размещения файлов на диске увеличивают производительность файловой системы. Главным отличием являются новые принципы хранения информации о расположении файлов. Принципы размещения файлов на диске увеличивают производительность файловой системы, надежность и отказоустойчивость.

В этой системе каталоги располагаются в середине дискового пространства, используется метод бинарных сбалансированных деревьев для ускорения поиска информации о файле. Система HPFS стремится расположить файл в смежных кластерах. Если такой возможности нет, то разместить его на диске таким образом, чтобы ЭКСТЕНТЫ (фрагменты) файла физически были как можно ближе друг к другу. Такой подход существенно уменьшает время позиционирования.

В начале диска расположено несколько управляющих блоков. Все остальное дисковое пространство разбито на части («полосы» или «ленты») из смежных секторов по 8 Мб и каждая полоса, в свою очередь, имеет собственную битовую карту, которая показывает, какие секторы заняты (1) или свободны (0).

Дисковое пространство здесь выделяется не кластерами, как в FAT, а блоками, и потери на файл могут составить только (в среднем) 256 байт на файл.


Носитель
Характеристика

CD
Компакт-диск. Не стираемый диск, хранящий аудиоинформацию в цифровом виде. Стандартная система использует 12-сантиметровые диски и может записать не более 60 минут непрерывного времени звучания.

CD-ROM
Компакт-диск с постоянной памятью. Не стираемый диск, используемый для хранения компьютерных данных. Стандартная система использует 12-сантиметровые диски и способна содержать более 650 Мбайт информации.

CD-R
CD с возможностью записи. Подобен CD-ROM. Пользователь может записать информацию на диск только один раз.

CD-RW
CD с возможностью перезаписи. Подобен CD-ROM. Пользователь может стирать и производить перезапись данных на диске до 1000 раз.

DVD
Универсальный цифровой диск. Технология для хранения как цифрового сжатого представления видеоинформации, так и больших объемов других цифровых данных. Используется как 8-, так и 12-сантиметровые диски, с двухсторонней записью объемом до 15,9 Гбайт. Базовый DVD – с постоянной памятью (DVD-ROM)

DVD-R
DVD с возможностью записи. Подобен DVD-ROM. Пользователь может записать информацию только 1 раз.

DVD-RW
DVD с возможностью записи. Подобен DVD-ROM. Пользователь может записывать и перезаписывать информацию на диске до 1000 раз.

Магнитооптический диск
Диск, использующий оптическую технологию для считывания и технологию магнитной записи при содействии оптической фокусировки. Используется как 3,25-дюймовые, так и 5,25-дюймовые диски. Общий объем хранимой информации – 5 Гбайт.