Файловая система компьютера 

Файловая система позволяет систематизировать программы и данные и организовать упорядоченное управление этими объектами.

На операционные системы персональных компьютеров наложила глубокий отпечаток концепция файловой системы, лежащей в основе ОС Unix. В ОС Unix подсистема ввода-вывода унифицирует способ доступа как к файлам, так и к периферийным устройствам. Под файлом при этом понимают набор данных на диске, терминале или каком-либо другом устройстве.

Файловая система – это система управления данными.

Система управления данными – система, пользователи которой освобождаются от большинства операций по физическому манипулированию файлами и могут сосредоточить внимание главным образом на логических свойствах данных.

Файловые системы ОС создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств, позволяя работать с ними не на низком уровне команд управления физическими устройствами, а на высоком уровне наборов и структур данных.

Файловая система (назначение):

• скрывает картину реального расположения информации во внешней памяти;
• обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации компьютера (логический уровень работы с файлами);
• обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными.

 Файловая структура

Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Развитые операционные системы имеют иерархическую — многоуровневую файловую структуру, организованную в виде дерева.

Файловая структура в виде дерева

Используется древовидная структура каталогов – дерево каталогов. Заимствована у Unix. Иерархическая структура – структура системы, части (компоненты) которой связаны отношениями включения или подчинения.

Иерархическая структура изображается ориентированным деревом, в котором вершины соответствуют компонентам, а дуги – связям.

 

дерево каталогов диска G

Ориентированное дерево – это граф с выделенной вершиной (корнем), в котором между корнем и любой вершиной существует единственный путь. При этом возможны два варианта ориентации: либо все пути ориентированы от корня к листьям, либо все пути ориентированы от листьев к корню.

Деревья используются при описании и проектировании иерархических структур.

Корень – начальная позиция, листья – заключительная позиция.

Разделы

Любой жесткий или магнитооптический диск в процессе форматирования можно разделить на несколько частей и работать с ними как с отдельными (самостоятельными) дисками. Эти части называются разделами или логическими дисками. Разбиение диска на несколько логических дисков может быть необходимо из-за того, что ОС не могут работать с дисками, размер которых превышает определенную величину.  Очень удобно хранить данные и пользовательские программы отдельно от системных программ (ОС), ведь ОС может «слететь с компьютера».

Раздел – область диска. Под логическим диском(разделом) в компьютере понимается любой носитель информации, с которым операционная система работает как с единым целым объектом.  

Имя диска – обозначение логического диска; запись в корневом каталоге.

Логические диски (разделы)  обозначаются латинскими буквами A, B, C, D, E, … (32 буквы от A до Z).

Буквы A, B зарезервированы для обозначения дискет.

С – жесткий диск, обычно с которого производится загрузка ОС.

Остальные буквы – логические диски, компакт-диски и т.д.  Максимальное количество логических дисков для ОС Windows – бесконечное.

В таблице разделов указывается расположение начала и конца этого раздела и число секторов в этом разделе (место и размер).

Файловая структура логического диска

Чтобы обратиться к информации на диске, находящейся в файле, надо знать физический адрес первого сектора (№ поверхности + № дорожки + № сектора), общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера

Элементы файловой структуры:

• стартовый сектор (начальной загрузки, Boot-сектор);
•  таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table);
•  корневой каталог (Root Directory);
•  область данных (оставшееся свободным дисковое пространство).

Файловая структура на дискете емкостью 360 кбайт

Boot-сектор

Boot-сектор – первый (начальный) сектор диска. Находится на 0- стороне, 0-дорожке.

Boot-сектор содержит служебную информацию:

• размер кластера диска (кластер – блок, объединяющий в группу несколько секторов для сокращения размера FAT-таблицы);
•  местоположение FAT-таблицы (в вoot-секторе находится указатель на то, где расположена FAT-таблица);
•  размер FAT-таблицы;
•  количество FAT-таблиц (всегда есть как минимум 2 копии таблицы для обеспечения надежности и безопасности, т.к. разрушение FAT ведет к потере информации и трудно восстанавливается);
• адрес начала корневой директории и ее максимальный размер.

В вoot-секторе находится блок начальной загрузки (загрузчик) – загрузочная запись Boot Record.

Загрузчик – обслуживающая программа, которая помещает выполняемую программу в оперативную память и приводит ее в состояние готовности к исполнению.

FAT (таблица размещения файлов)

 FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов. В ней определено, какие участки диска относятся к каждому файлу.Область данных диска представлена в ОС как последовательность пронумерованных кластеров.

FAT – это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.

Структура таблицы размещения файлов:

FAT состоит из элементов длиной 16 /32/64 бита. Всего в таблице может быть до 65520 таких элементов, каждый из них (кроме первых двух) соответствует кластеру диска. Кластер является той единицей, в которой распределяется пространство в области данных на диске для файлов и каталогов. Первые два элемента таблицы (с номерами 0 и 1) зарезервированы, а каждый из остальных элементов таблицы описывает состояние кластера диска с тем же номером. Элемент может указывать, что кластер свободен, что кластер дефектный, что кластер принадлежит файлу и является последним кластером в файле. Если кластер принадлежит файлу  и не является его последним кластером, то элемент таблицы содержит номер следующего кластера в этом файле.

FAT – крайне важный элемент файловой структуры. Нарушения в FAT могут привести к полной или частичной потери информации на всем логическом диске. Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют специальные программы, которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.

Для разных ОС необходимы разные версии FAT

Windows 95              FAT 16, FAT 32

Windows NT (XP)    NTFS

Novell Netware        TurboFAT

UNIX                            NFS,ReiserFS

Логическая структура носителя информации

Полная информация о кластерах, которые занимают файлы, содержится в таблице размещения файлов FAT (FAT — File Allocation Table).

Количество ячеек FAT соответствует количеству кластеров на диске, а значениями ячеек являются цепочки размещения файлов, т.е. последовательности адресов кластеров, в которых хранятся файлы..

Например, для файлов Файл_1 и Файл_2  таблица FAT с 1-й по 54-ю ячейку принимает вид:

Фрагмент FAT

Корневой Каталог (root directory)

Это определенная область диска, создаваемая в процессе инициализации (форматировании) диска, где содержится информация о файлах и каталогах, хранящихся на диске. Корневой каталог всегда существует на отформатированном диске.

Он не вложен ни в какие другие каталоги, это каталог самого верхнего уровня

На одном диске бывает только один корневой каталог

Каталог — это поименнованная совокупность файлов и подкаталогов (т.е. вложенных каталогов).

Каталог (папка) – специальное место на диске, в котором хранится информация о местоположении файлов.

В каталоге хранится информация о файлах и подкаталогах — имя, размер, дата и время последнего обновления и т.п.

Каждый каталог имеет имя, и он может быть зарегистрирован в другом каталоге.

Основная цель такой структуры каталогов – организация эффективного хранения большого количества файлов на диске.

Подкаталог – каталог более низкого уровня (вложенный) по отношению к текущему каталогу.

Текущий каталог (папка)– каталог, с которым в данный момент работает пользователь (просматривает содержимое каталога).

пример файловой структуры диска С

Перейдем в следующей теме к главному элементу файловой системы — ФАЙЛУ

Понравилась статья, рекомендуйте Вашим друзьям!

Давайте дружить!