Файловая система

1.

2.

РГГУ Домодедово
С.Евгений ИК-21/9
ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ
ОРГАНИЗАЦИЯ, УПРАВЛЕНИЕ И ДОСТУП К ДАННЫМ

3.

Файловая система — это набор правил и структур
по которым операционная система хранит, ищет и организует
файлы на носителе.
Файловая система определяет, как информация физически размещается на носителе
и как она отображается пользователю.

4.

Любой диск делится на мелкие участки:
Сектор - минимальная физическая ячейка
хранения
Обычно 512 байт или 4096 байт.
Блок - логическая единица, которую видит
файловая система.
Кластер - набор блоков, самая маленькая
часть диска, выделяемая под файл.
Файл редко занимает ровно один кластер.
Если файл больше он занимает несколько кластеров,
иногда не подряд → появляется фрагментация.
Файловая система отслеживает, какие кластеры заняты, а
какие свободны, и где лежат фрагменты каждого файла.

5.

Файловая система использует
древовидную структуру:

6.

Файловая система использует
древовидную структуру:
АБСОЛЮТНЫЙ
ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ

7.

Файловая система использует
древовидную структуру:
АБСОЛЮТНЫЙ
ОТНОСИТЕЛЬНЫЙ
Иерархия позволяет:
легко группировать данные по назначению
разделять файлы программ и личные файлы
ускорять поиск
использовать разные уровни доступа (например, системные каталоги)

8.

FAT32, NTFS, ext4, APFS

9.

FAT32, NTFS, ext4, APFS
FAT32
Тип: старая универсальная файловая система
Где используется: флешки, камеры, игровые консоли
Плюсы:
максимальная совместимость (Windows, Linux, MacOS,
приставки, телевизоры)
простая структура
Минусы:
ограничение: файл не более 4 ГБ
слабая защита от ошибок
нет журналирования
Итог: подходит для переносных накопителей, где важна
совместимость.

10.

FAT32, NTFS, ext4, APFS
NTFS (Windows)
Тип: основная файловая система Windows
Где используется: ПК, ноутбуки, серверы
Плюсы:
журналирование (защита от повреждений)
шифрование файлов (EFS)
гибкие права доступа (ACL)
поддержка больших файлов и дисков
сжатие данных
Минусы:
полная совместимость только в Windows
Итог: мощная, безопасная ФС для рабочих систем.

11.

FAT32, NTFS, ext4, APFS
Ex4 (Linux)
Тип: стандарт Linux-дистрибутивов
Где используется: Ubuntu, Debian, Arch, сервера
Плюсы:
высокая скорость
низкая фрагментация
extents (непрерывные блоки → выше производительность)
устойчивость к повреждениям
поддержка больших объёмов
Минусы:
не предназначена для Windows
нет современных функций APFS
Итог: оптимальный баланс скорости, стабильности и надёжности.

12.

FAT32, NTFS, ext4, APFS
APFS (MacOS)
Тип: новая файловая система Apple
Где используется: Mac, iPhone, iPad, Apple Watch
Плюсы:
оптимизация под SSD и NVMe
снапшоты системы
клонирование файлов и папок (почти мгновенное, без
копирования)
высокая скорость
встроенное шифрование
Минусы:
слабая поддержка вне экосистемы Apple
Итог: самая современная ФС, идеально подходящая для SSD и
экосистемы Apple.

13.

Каждая файловая система хранит метаданные:
• права чтения
• права записи
• запуск файла
• принадлежность пользователю
• группа
• дополнительные привилегии
ACL (Access Control List):
гибкая система разрешений
можно точечно выдавать доступ каждому пользователю
Пример в Linux:
rwx rwx r-x
r — read
w — write
x — execute

14.

Журналирование — это механизм защиты
данных:
все операции сначала записываются в журнал,
а затем выполняются
при сбое ОС восстанавливает файловую
систему, сверяясь с журналом
особенно важно для ноутбуков и серверов
Типы журналирования:
• журналирование метаданных
• полное журналирование
• NTFS, ext4 и APFS используют этот механизм.

15.

Операционная система подключает файловую
систему к каталогу:
каждая ФС имеет точку монтирования
например: /mnt/drive в Linux
или диск D: в Windows
Монтирование позволяет:
• работать с данными
• подключать внешние диски
• использовать сетевые файловые системы
Размонтирование освобождает устройство и
предотвращает повреждение данных.

16.

Кэширование
Это когда операционная система временно хранит самые часто используемые
данные в оперативной памяти, чтобы не лезть каждый раз на диск.
Зачем нужно:
ускоряет открытие файлов
снижает нагрузку на диск
позволяет программе получать данные почти мгновенно
Как работает:
если файл уже лежит в кэше — ОС берёт его из RAM
если нет — читает с диска и добавляет в кэш
Буферизация
Это процесс накопления данных в специальной памяти (буфере) перед записью
или чтением.
Зачем нужно:
чтобы уменьшить количество обращений к диску
сглаживать скачки нагрузки
записывать данные «пакетами», а не по одному байту
Как работает:
программа пишет данные в буфер
как только буфер заполнен или наступил нужный момент — всё одним блоком
отправляется на диск

17.

Фрагментация — когда один файл хранится в разных местах
диска.
Происходит, когда не хватает непрерывного пространства.
Последствия:
• тормоза при чтении
• долгий запуск программ
• повышенный износ HDD
Дефрагментация:
• собирает куски файла в одно место
• улучшает скорость диска
SSD не нужно дефрагментировать — у них нет механики
головок.

18.

SMB, NFS
Сетевые протоколы позволяют работать с файлами
удалённо.
SMB (Windows)
работает в локальных сетях
используется для общего доступа к папкам
NFS (Linux/Unix)
быстрый и стабильный
ориентирован на серверы
Обе системы поддерживают буферизацию, кэширование и
авторизацию пользователей.

19.

Файловая система обеспечивает:
• сохранность данных
• быстрый доступ
• безопасность и управление правами
• устойчивость к сбоям
работу программ и операционной системы
Файловая система — это фундамент всего
хранения данных.
Без неё компьютер не может функционировать.