Файловая система 4 (стр. 1 из 12)

Лекция 4. (2 учебных часа - 1 ч 20 мин) Файловая система

4.1. Введение

Файловая система - это часть операционной системы, обеспечивающей организацию хранения и доступа к информации на различных носителях, пользовательский интерфейс при работе с данными, и обеспечения совместного использования файлов несколькими пользователями и процессами.

Рассмотрим файловые системы для наиболее распространенных в наше время носителей информации - магнитных дисков. Информация на жестком диске хранится в секторах и само устройство может выполнять лишь команды считать/записать информацию в определенный сектор на диске. В отличие от этого файловая система позволяет пользователю оперировать с более удобным для него понятием - файл. Файловая система берет на себя организацию взаимодействия программ с файлами, расположенными на дисках. Для идентификации файлов используются имена. Современные файловые системы предоставляют пользователям возможность давать файлам достаточно длинные мнемонические названия.

Под каталогом в ФС понимается, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений, с другой стороны каталог - это файл, содержащий системную информацию о группе составляющих его файлов. Файловые системы обычно имеют иерархическую структуру, в которой уровни создаются за счет каталогов, содержащих информацию о файлах и каталогах более низкого уровня.

4.2. Имена файлов

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FATдлина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени). Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, в Windowsв файловой системе NTFSустанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.

При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен.

Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов. В некоторых системах одному и тому же файлу не может быть дано несколько разных имен, а в других такое ограничение отсутствует. В последнем случае операционная система присваивает файлу дополнительно уникальное имя, так. чтобы можно было установить взаимно-однозначное соответствие между файлом и его уникальным именем. Уникальное имя представляет собой числовой идентификатор и используется программами операционной системы. Примером такого уникального имени файла в системе UNIXявляется inode- сокращение от InformationNODE(информационный узел). Inode'biхранятся на диске в таблице inode. Они существуют для всех типов файлов, которые могут храниться в файловой системе, включая каталоги, именованные каналы, файлы символьного режима и так далее. Отсюда вытекает другая известная фраза: Inode- это файл». При помощиinode'oвUNIX® идентифицирует файл уникальным способом.

4.3. Типы файлов

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы- каталоги.

Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере.Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.

Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода- вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

Каталог - это. с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр. или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики, например:

• информация о разрешенном доступе,

• пароль для доступа к файлу,

• владелец файла

• создатель файла,

• признак "только для чтения".

• признак "скрытый файл".

признак "системный файл", признак "архивный файл", признак "двоичный/символьный",

признак "временный" (удалить после завершения процесса), признак блокировки, длина записи,

указатель на ключевое поле в записи, длина ключа,

Имя файла

времена создания, последнего доступа и последнего изменения, текущий размер файла, максимальный размер файла.

Каталоги могут непосредственно содержать значения характеристик файлов, как это сделано в файловой системе MS-DOS, или ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики, как это реализовано в ОС UNIX(рисунок 4.1). Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет тою, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня (рисунок 4.2).

8 3 1 4

(а)

14

N индексного дескриптора

(б)

Рис. 4.1. Структура каталогов: а - структура записи каталога MS-DOS(32 байта); б - структура записи каталога ОС UNIX

Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов. В MS-DOSкаталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX'e- сетевую. Как и любой другой файл, каталог имеет символьное имя и однозначно идентифицируется составным именем, содержащим цепочку символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного каталога.