Тема 6. Файловая система

1. Файловая система ОС

2. Определение

Файловая система - это часть ОС, назначение
которой состоит в том, чтобы обеспечить
пользователю удобный интерфейс при работе
с данными, хранящимися на носителе
информации (диске, кассете и т.д.), и
обеспечить
совместное
использование
файлов несколькими пользователями и
процессами.

3. В широком смысле понятие "файловая система" включает:

В широком смысле понятие
"файловая система" включает:
совокупность всех файлов;
наборы структур данных, используемых
для
управления
файлами,
такие,
например, как каталоги файлов, таблицы
распределения свободного и занятого
пространства на диске;
комплекс
системных
программных
средств,
реализующих
управление
файлами,.

4. Имена файлов

Файлы
идентифицируются символьными
именами, которые им дают пользователи.
Общий формат символьного имени файла:
ИМЯ.РАСШИРЕНИЕ (для Windows)
Символьные имена могут быть различной
длины в зависимости от типа ФС.
Поддержка национальных алфавитов.
Присваивание нескольких символьных имен
одному файлу.
Возможное различие строчных и прописных
букв.

5. Имена файлов

Так в популярной файловой системе FAT длина
имен ограничивается известной схемой (8
символов - собственно имя, 3 символа расширение имени),
В ОС UNIX имя не может содержать более 14
символов.
Windows NT в своей новой файловой системе
NTFS устанавливает, что имя файла может
содержать до 255 символов, не считая
завершающего нулевого символа.
В Linux имена файлов и каталогов могут быть
длиной не более 256 символов, и могут
содержать любые символы, кроме "/".

6. Типы файлов

Файлы бывают разных типов:
обычные файлы:
текстовые - 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 - не используют ASCII-коды, они
часто имеют сложную внутреннюю структуру,
например, объектный код программы или
архивный файл;

7. Типы файлов

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.;
файлы-каталоги - 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).

8. Атрибуты файлов

В разных файловых системах могут использоваться в
качестве атрибутов разные характеристики:
информация о разрешенном доступе;
пароль для доступа к файлу;
владелец файла;
создатель файла;
флаги
«только для чтения», «скрытый файл»,
«системный
файл»,
«архивный
файл»,
«двоичный/символьный», «временный» (удалить после
завершения процесса), флаг блокировки;
времена создания, последнего доступа и последнего
изменения;
текущий размер файлов;
максимальный размер файла.

9. Физическая организация файловой системы

Файл,
имеющий
образ
цельного,
непрерывающегося набора байт, на самом
деле очень часто разбросан «кусочками» по
всему диску.
Принципы размещения файлов, каталогов и
системной
информации
на
реальном
устройстве
описываются
физической
организацией файловой системы.
Очевидно, что разные файловые системы
имеют разную физическую организацию.

10. Диски, разделы, секторы, кластеры

Основным
типом устройства, которое
используется в современных вычислительных
системах для хранения файлов, являются
дисковые накопители. Эти устройства
предназначены для считывания и записи
данных на жесткие и гибкие магнитные диски.
Жесткий диск состоит из одной или
нескольких стеклянных или металлических
пластин, каждая из которых покрыта с одной
или двух сторон магнитным материалом.
Таким образом, диск в общем случае состоит
из пакета пластин.

11.

На каждой стороне каждой пластины размечены тонкие
концентрические кольца — дорожки (traks), на которых
хранятся данные. Количество дорожек зависит от типа диска.
Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к центру
диска. Когда диск вращается, элемент, называемый головкой,
считывает двоичные данные с магнитной дорожки или
записывает их на магнитную дорожку.

12.

Головка может позиционироваться над заданной
дорожкой.
Головки
перемещаются
над
поверхностью диска дискретными шагами,
каждый шаг соответствует сдвигу на одну
дорожку.
Каждая дорожка разбивается на фрагменты,
называемые секторами (sectors), или блоками
(blocks), так что все дорожки имеют равное число
секторов, в которые можно максимально записать
одно и то же число байт. Сектор имеет
фиксированный для конкретной системы размер,
выражающийся степенью двойки. Чаще всего
размер сектора составляет 512 байт. Сектор —
наименьшая адресуемая единица обмена
данными дискового устройства с оперативной
памятью.

13.

Операционная
система при работе с
диском
использует,
как
правило,
собственную
единицу
дискового
пространства, называемую кластером.
При создании файла место на диске ему
выделяется кластерами. Например, если
файл имеет размер 2560 байт, а размер
кластера в файловой системе определен
в 1024 байта, то файлу будет выделено на
диске 3 кластера.

14. Способы физической организации

Непрерывное размещение - простейший вариант
физической организации, при котором файлу
предоставляется последовательность блоков диска,
образующих единый сплошной участок дисковой памяти.
«+»
Для задания адреса файла в этом случае достаточно
указать только номер начального блока.
Другое достоинство этого метода - простота.
«-»
Во-первых, во время создания файла заранее не известна
его длина, а значит не известно, сколько памяти надо
зарезервировать для этого файла,
Пространство на диске используется не эффективно, так
как отдельные участки маленького размера (минимально 1
блок) могут остаться не используемыми.

15. Способы физической организации

Размещение в виде связанного списка блоков
дисковой памяти. При таком способе в начале
каждого блока содержится указатель на
следующий блок. В этом случае адрес файла
также может быть задан одним числом номером первого блока.
«-»
Недостатком является сложность реализации
доступа к произвольно заданному месту файла:
для того, чтобы прочитать пятый по порядку
блок файла, необходимо последовательно
прочитать четыре первых блока, прослеживая
цепочку номеров блоков.

16. Способы физической организации

Популярным
способом,
используемым
операционной системы MS-DOS, является
использование связанного списка индексов.
С каждым блоком связывается некоторый
элемент - индекс. Индексы располагаются в
отдельной области диска.
«+»
При
такой
физической
организации
сохраняются все достоинства предыдущего
способа.

17. Логическая организация файловой системы

Каталоги
могут
образовывать
иерархическую
структуру за счет того, что каталог более низкого
уровня может входить в каталог более высокого
уровня.
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-DOS каталоги образуют древовидную структуру,
а в UNIX’е – 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.

18. Логическая организация файловой системы

19. Примеры файловых систем.

Файловая система NTFS
Файловая система NTFS разрабатывалась как часть ОС
Windows NT.
NTFS - это восстанавливаемая файловая система.
Файловая система NTFS представляет файлы в виде
объектов, состоящих из большого количества атрибутов.
Windows причисляет к атрибутам файла всю возможную
информацию о нем, включая признаки, даты, размер, имя и
даже собственно его содержимое.
NTFS обладает характеристиками защищенности. NTFS единственная файловая система в Windows, которая
позволяет назначать права доступа к отдельным файлам.
Файл, скопированный из раздела или тома NTFS на раздел или
том FAT, теряет все права доступа и другие уникальные
атрибуты, присущие файловой системе NTFS.
Файловая система NTFS, как и FAT, использует кластеры в
качестве фундаментальной единицы дискового пространства
(это минимальное пространство, выделяемое на диске для
файлов).

20.

Основные отличия NTFS от файловых систем семейства FAT
В NTFS используются имена В FAT допускается 11 символов в
файлов длиной до 256 символов. имени файла (8 – имя, 3 Это на 248 символов больше, чем разрешение).
можно было использовать в ОС
DOS.
В NTFS имена файлов могут FAT в именах файла поддерживает
содержать символы как верхнего, регистр только одного вида.
так и нижнего регистра
В файловой системе NTFS ведется В FAT нет журнала транзакций.
журнал выполняемых действий,
поэтому в случае сбоя можно
восстановить состояние диска.
NTFS
обеспечивает
контроль Файловая система FAT не обладает
доступа на уровне файлов. В обеих такими возможностями.
системах можно устанавливать
ограничения доступа на уровне
каталогов.

21.

Некоторые из возможностей,
обеспечиваемых только файловой
системой NTFS, перечислены ниже:
Структура папок файловой системы NTFS
позволяет существенно ускорить доступ к
файлам в папках большого объема по
сравнению с системой FAT.
Использование возможностей сжатия
NTFS позволяет осуществлять сжатие
отдельных папок и файлов.

22.

К основным недостаткам FAT могут
быть отнесены следующие:
ограничения, налагаемые на размер
файлов и дискового пространства;
непроизводительные затраты памяти;
подверженность потерям данных.

23. Зачем нужна FAT?

Одна из причин заключается в
облегчении доступа к дискам с
компьютеров, использующих другие
ОС. FAT полностью совместима с DOS
и любой ОС с файловой системой на
основе DOS.

24. Разрешения для файлов и каталогов

Для файлов существуют следующие основные группы
разрешений:
Full control - Полный контроль
Modify – Изменение
Read & Execute – чтение и выполнение
Read – чтение
Write – запись
Для каталогов используются следующие группы разрешений:
Full control - Полный контроль
Modify – Изменение
Read & Execute – чтение и выполнение
Read – чтение
Write – запись
List Folder Contents – просмотр содержимого папки

25. Права доступа к файлу

создание файла
уничтожение файла
открытие файла
закрытие файла
чтение файла
запись в файл
дополнение файла
поиск в файле
получение атрибутов файла
установление новых значений атрибутов
переименование
выполнение файла
чтение каталога

26.

Определить права доступа к файлу -
значит определить для каждого
пользователя
набор,
операций,
которые он может применить к
данному файлу.
В разных файловых системах может
быть
определен
свой
список
дифференцируемых операций доступа.