Файловые системы-операционных систем-MS DOS и Windows

1. Файловые системы операционных систем MS DOS и Windows

ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ
ОПЕРАЦИОННЫХ СИСТЕМ
MS DOS И WINDOWS

2. ВСЕ О ФАЙЛОВЫХ СИСТЕМАХ

Для хранения данных на жёстком диске используется
файловая система. Она управляет файлами и
помогает быстро находить и получать к ним доступ.

3. Что такое файловая система?

ЧТО ТАКОЕ ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА?
Файловую систему можно сравнить с большим
складом, где хранятся данные.
Как кладовщик запоминает, где находится каждый
товар, так файловая система запоминает, где на
диске находятся файлы.
Она помогает компьютеру быстро находить и
открывать нужные файлы.

4. Имена файлов

ИМЕНА ФАЙЛОВ
Файловая система позволяет работать не с нулями и
единицами, а с понятными объектами — файлами.
Каждый файл имеет своё имя, по которому его можно
найти.
Содержимое файлов хранится на диске в кластерах.
Для удобной организации файлов используются каталоги
(папки). Они позволяют группировать файлы и другие
папки по определённому признаку.
Каталог — это структура, в которой хранится информация о
находящихся внутри файлах и других каталогах.

5. Таблица файлов

ТАБЛИЦА ФАЙЛОВ
Информация о файлах хранится в специальной таблице файлов.
В ней записаны основные сведения о каждом файле:
- имя;
- дата изменения;
- права доступа;
- идентификатор файла;
- информация о расположении его данных.
Сама таблица помогает связать эти сведения с содержимым
файла, которое хранится в другой области диска.

6. Как работает файловая система

КАК РАБОТАЕТ ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА
Путь к файлу — это его адрес, включающий диск, каталоги и
подкаталоги.
По этому адресу операционная система находит нужный файл.
Файловая система определяет, где физически расположен файл на
диске.
Для хранения информации о файлах NTFS использует специальную
таблицу — MFT (Master File Table).
MFT содержит сведения о файлах, их расположении и других
характеристиках.

7. Сохраняется ли порядок в файловой системе

СОХРАНЯЕТСЯ ЛИ ПОРЯДОК В ФАЙЛОВОЙ
СИСТЕМЕ
Со временем на диске возникает беспорядок: файлы удаляются,
изменяются и записываются заново.
Новые данные могут сохраняться в разных свободных участках
диска.
В результате один файл разделяется на несколько частей —
фрагментов.
Чем больше фрагментация, тем больше времени требуется для
открытия и обработки файлов.
Дефрагментация объединяет фрагменты файлов, что может
ускорить работу диска.

8. Чем различаются файловые системы

ЧЕМ РАЗЛИЧАЮТСЯ ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ
Выбор файловой системы зависит от требований к накопителю.
Разные файловые системы имеют свои особенности и
ограничения.
Одно из главных отличий — максимально допустимый размер
файла.

9. Какие существуют файловые системы

КАКИЕ СУЩЕСТВУЮТ ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ
На ПК наиболее распространены файловые системы FAT и NTFS.
Развитие FAT проходило поэтапно: FAT12 → FAT16 → FAT32 →
exFAT.
FAT (File Allocation Table) — «таблица размещения файлов».
FAT использовалась в DOS и ранних версиях Windows.
Версии FAT отличаются количеством бит, используемых для хранения
номера кластера.
FAT12 в основном применялась для дискет.

10.

Файловая система FAT16
FAT16 — простая файловая система для небольших дисков.
Название происходит от File Allocation Table — «таблица размещения файлов».
Таблица FAT размещается в начале диска.
Число 16 означает, что для адресации кластеров используется 16 разрядов.
FAT хранит информацию о:
- расположении файлов;
- свободных кластерах;
- дефектных кластерах.
Как FAT16 находит файл
ОС находит файл в папке и определяет первый кластер.
В таблице FAT находится номер следующего кластера.
Кластеры читаются последовательно по цепочке.
Когда найден последний кластер, чтение завершается.
Размер файла позволяет определить, сколько данных в последнем кластере нужно
использовать.

11.

Запись файла в FAT16
В папке создаётся запись о новом файле.
В FAT находится свободный кластер и связывается с файлом.
Данные записываются в найденный кластер.
В таблице FAT указывается номер следующего кластера.
Последний кластер отмечается специальным признаком.
Ограничения FAT16
Для номера кластера используется 16 разрядов.
Максимальное количество кластеров — около 65 525.
Максимальный размер кластера — 128 секторов.
Максимальный размер раздела FAT16 — около 4,2 ГБ.
Чем больше раздел, тем больше размер кластера, необходимый для
размещения всех данных.

12.

Из всего выше сказанного следует, что основными
недостатками файловой системы FAT16 являются:
Невозможность поддержки разделов диска размером больше
2 Гб;
Невозможность работы с файлами размером
более 2 Гб;
Невозможность работы с жесткими дисками емкостью более
8 Гб;
Ограниченный размер корневой папки, которая может
содержать не более 512 элементов

13. Кластер

КЛАСТЕР
Кластер (англ. cluster) — в некоторых
типах файловых систем логическая
единица хранения данных в таблице
размещения файлов, объединяющая
группу секторов. Например, на дисках
с размером секторов в 512 байт, 512байтный кластер содержит один
сектор, тогда как 4-килобайтный
кластер содержит восемь секторов.
Как правило, это наименьшее место на
диске, которое может быть выделено
для хранения файла.
Структура диска:
(A) дорожка
(B) геометрический сектор
(C) сектор дорожки
(D) кластер

14. Структура системы FAT32

СТРУКТУРА СИСТЕМЫ FAT32
В FAT смежные секторы объединяются в кластеры.
В одном кластере может находиться 1 или несколько секторов.
Том FAT32 состоит из трёх основных областей:
1. Зарезервированная область
Содержит служебные данные и загрузочную запись PBR.
2. Область таблицы FAT
Содержит информацию о расположении кластеров.
Обычно хранится две копии FAT для надёжности.
3. Область данных
Содержит непосредственно файлы и папки.
Здесь также хранятся метаданные: имена, размеры, атрибуты и даты
создания и изменения файлов.

15.

FAT32: возможности и ограничения
Максимальный размер одного файла — 4 ГБ.
Поддерживает накопители объёмом до нескольких ТБ.
Позволяет хранить сотни миллионов файлов.
Поддерживается разными операционными системами, включая Windows и
macOS.
Главный недостаток — ограничение размера файла в 4 ГБ.
Поэтому FAT32 чаще используют на флешках и внешних накопителях.

16.

NTFS (New Technology File System) — стандартная файловая система современных
Windows.
Поддерживает файлы размером до 16 ТБ.
Работает с накопителями объёмом до 256 ТБ.
Позволяет хранить более 4 млрд файлов.
Поддерживает работу с накопителями и файлами большего размера благодаря
расширяемой структуре.
Главное преимущество — журналирование:
- изменения сначала записываются в специальную область;
- это снижает риск потери данных при сбоях и отключении питания.

17.

Особенности NTFS
Информация о файлах хранится в MFT (Master File Table).
ACL позволяют разграничивать доступ к файлам для разных пользователей и групп.
Квоты ограничивают объём дискового пространства, доступный пользователям.
NTFS поддерживает:
- журналирование;
- разграничение доступа;
- аудит действий.
NTFS была разработана на основе файловой системы HPFS, созданной Microsoft и IBM
для OS/2.
Дополнительные функции повысили надёжность и безопасность, но сделали файловые
операции менее производительными по сравнению с HPFS.

18.

exFAT
exFAT (Extended File Allocation Table) — развитие файловой системы FAT32.
Оптимизирована для флеш-накопителей, карт памяти и SSD.
Подходит для накопителей большого объёма.
Поддерживает большие файлы и снижает ограничения FAT32.
Обеспечивает более удобную работу с данными на современных накопителях.
HFS+
HFS+ (Hierarchical File System Plus) — файловая система, разработанная для
macOS.
Поддерживает большие файлы и накопители.
Использует журналирование для повышения надёжности.
Для работы с HFS+ в Windows требуется дополнительное программное обеспечение.

19. Что происходит при перемещении, копировании и удалении

ЧТО ПРОИСХОДИТ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ,
КОПИРОВАНИИ И УДАЛЕНИИ
Не все операции, выполняемые в Windows или других операционных системах с
файлами в окне Проводника, ведут к физическим трансформациям на жестком
диске. Во многих случаях достаточно лишь внести небольшие изменения в
главную таблицу файлов. Рисунки ниже наглядно демонстрируют, что реально
происходит на жестком диске и в файловой системе в процессе перемещения,
копирования и удаления различных объектов (файлов и папок) в Windows.

20.

21.

22.

23. Можно ли изменить файловую систему

МОЖНО ЛИ ИЗМЕНИТЬ ФАЙЛОВУЮ СИСТЕМУ
Выбор файловой системы
Для использования нового накопителя его необходимо отформатировать.
Доступные файловые системы зависят от операционной системы и
программы форматирования.
В Windows обычно доступны FAT32 и NTFS.
Для использования только с Windows рекомендуется NTFS.
Для совместимости с Windows и macOS можно использовать FAT32.
Ограничение FAT32 при форматировании в Windows — 32 ГБ на раздел.
Для форматирования большего раздела в FAT32 можно использовать
сторонние программы для работы с дисками.

24. Что такое библиотеки

Библиотеки Windows 7
В Windows 7 появилась функция «Библиотеки» для удобной работы с
файлами.
Доступны 4 основные библиотеки:
Документы
Изображения
Музыка
Видео
Библиотеки объединяют файлы одного типа, независимо от их расположения
на диске.
Файлы физически остаются в своих папках, но работать с ними можно прямо
через библиотеку:
копировать;
переименовывать;
удалять.

25. Как программы получают доступ к данным

КАК ПРОГРАММЫ ПОЛУЧАЮТ ДОСТУП К
ДАННЫМ
Программа отправляет Windows запрос на доступ к файлу.
Запрос содержит путь к файлу.
Windows передаёт запрос файловой системе.
Файловая система по таблице определяет физическое
расположение файла на диске.
Найденный файл передаётся обратно Windows, а затем —
программе.
Программа открывает файл, например в Microsoft Word, для
просмотра или редактирования.
При изменении, сохранении или удалении файла создаётся новый
запрос.