Свежие комментарии
Посещение сайта
Благодарность: Школа StartUp.
)

Файловая система компьютера

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 функциональная часть операционной системы, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Файловая система позволяет работать с файлами и директориями (каталогами) независимо от их содержимого, размера, типа и т. д.

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

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

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
FAT

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!

Оставить комментарий