КАТЕГОРИЯ:

основен
Случайна страница
контакти


Логическата организация на файловата система

Една от основните задачи на операционната система е да осигури удобство за потребителя при работа с данните, съхранявани на дисковете.За да направите това, операционната система замества физическата структура на съхраняваните данни на лесен за употреба логика модел.Моделът на логическа файлова система се материализира под формата на дърво директория показва на помощните програми на екрана като командващ Norton или Windows Explorer, в съставни имена характер файл в команди за работа с файлове.Основният елемент на този модел е файл, който е същият като файловата система като цяло може да се характеризира като логическата и физическата структура.

Цели и задачи на файловата система

Файл - именувана област на външна памет, която може да бъде записана и от които могат да се четат данни.Файловете се съхраняват в паметта, на която зависи от захранването, обикновено - на магнитни дискове.Въпреки това, няма правила без изключения.Едно такова изключение е така нареченият електронен диск, когато се създаде структура, симулиране на файловата система в паметта.

Основната цел на използване на изброените по-долу файл.

· Дългосрочно и сигурно съхранение на информация.Дълга продължителност се постига чрез използването на устройства за съхранение, които са независими от храненето и висока надеждност се определят с помощта на сигурен достъп до файлове и общата организация на софтуерния код на операционната система, в която откази на оборудване често не разрушават информацията, съхранявана в файлове.

· Обмен на информация.Файловете осигуряват естествен и лесен начин за споделяне на информация между приложения и потребители от наличието на човешки четима име на характера и последователността на съхранената информация и местоположението на файла.Потребителят трябва да има по-удобен начин за работа с файлове, включително и директории, директории, които съчетават файловете във файловете на търсенето група с помощта на знаци, набор от команди, за да създават, променят и изтриват файлове.Файлът може да бъде създаден от един потребител и след това се използва съвсем различна употреба, и създател на файла или администратор може да определи разрешения за достъп за други потребители.Тези цели са реализирани в OS файловата система.

File System (FS) - е част от операционната система, включително:

· Събирането на всички файлове на диска;

· Комплект структури от данни, използвани за управление на файлове, като например файлове, директории, файлови указатели, таблици, разпространение на свободен и използва пространство на диск;

· Комплекс софтуерна система за прилагане на различните операции на файлове, като например създаване, унищожаване, четене, писане, и търси за именуване на файлове.



Файловата система позволява на програми за управление на набор от сравнително прости операции за извършване на действия по някакъв абстрактен обект, който представлява файл.В същото програмистите не е нужно да се справят с подробности за действителното местоположение на данните на диска, буфериране на данни и други проблеми за пренос на данни на ниско ниво с дългосрочната памет.Всички тези функции са файлова система поема.Файловата система разпределя дисково пространство, поддържа определяне на имена на файлове, показва имената на файловете до съответния адрес в външна памет за достъп до данни, подкрепя разделяне, опазването и възстановяването на файлове.

По този начин, файловата система играе ролята на междинен слой, щита цялата сложност на физическата организация на дългосрочно съхранение на данни, както и създаване на програми за проста логика модел на съхранение, както и да ги даде набор от лесни за използване команди за манипулиране на файлове.

Проблемите трябва да бъдат решени FS зависим процес мода Computing като цяло.Най-простият тип - FS е един потребител и един програма OS, които включват, например, MS-DOS.Основните функции в тази файлова система са насочени към постигане на следните цели:

· File именуване;

· API за приложения;

· Цената на модела логическа файлова система върху физическата организация на склада за данни;

· Система File отказоустойчивост мощност, грешки на хардуер и софтуер.

FS-сложни задачи в един потребител, работещи multiprogramming операционна система, която, въпреки че са предназначени за един и същи потребител, но това даде възможност да стартирате няколко процеси.Един от първите от този тип се превърна OS OS / 2.Задачите, изброени по-горе добавено ново споделяне на файлове от множество процеси задача.Файлът в този случай е общ ресурс, което означава, че файловата система следва да обърне внимание на пълната гама от проблеми, свързани с такива ресурси.По-специално, трябва да бъде предоставена на PS да заключите файла и неговите части, за да се предотврати раси, елиминиране на премълчано, отговарящи на копия, и така нататък. Н.

В системи с много потребители, има и друг проблем: единна защита на потребителя файл от неоторизиран достъп на друг потребител.

Още по-сложна е функцията на FS, който функционира като част от мрежата на OS.Тази тема е покрита в последната глава на книгата, посветена на управлението на мрежови ресурси.

типове файлове

Файлови системи, поддържани от няколко функционално различни типове файлове, сред които, като правило, се състои от обикновени файлове, директории, файлове, специални файлове, именувани канали, памет-картирани файлове и други.

Редовни файлове, или само файлове, които съдържат произволна информация характер, което ги поставя в потребителят или която се образува в резултат на системни програми и потребителски.Повечето съвременни операционни системи (например, UNIX, Windows, OS / 2) не ограничава и не контролира съдържанието и структурата на обикновен файл.Съдържанието на файла се определя от обичайното приложение, което работи с него.Например, текстов редактор, създаде текстов файл, състоящ се от символни низове, представени в който и да е код.Тя може да бъде документи, изходен код, и така нататък. Н. Текстови файлове могат да се четат от екрана и отпечатани.Бинарни файлове не използват символни кодове, те често имат сложна вътрешна структура, като изпълним код или архивен файл.Всички операционни системи трябва да бъдат в състояние да разпознае поне един тип файл - собствените си изпълними файлове.

Каталози - специален вид на файлове, които съдържат позоваване на информация за системата на около набор от файлове, групирани от потребителите на каквито и да било основания за неформални (например, в една и съща група, заедно файлове, съдържащи само един договор за документи или файлове, които изграждат даден софтуерен пакет).В много операционни системи, директорията може да включва файлове от всякакъв тип, включително други директории, като по този начин, образуващи дървовидна структура, лесни за намиране.Каталози свързват имената на файловете и техните характеристики, използвани за управление на файлове на файловата система.Някои от тези характеристики включват, по-специално, информация (или указател към друга структура, съдържаща данните) на типа на файла и го местоположението на диска, разрешенията на файловете и датите на създаване и модифициране.Във всички други отношения, директории, се считат за файлова система като обикновени файлове.

Специални файлове - това фалшиви файлове, свързани с входно-изходни устройства, които се използват, за да се уеднакви механизмът за достъп до файлове и външни устройства.Специални файлове позволяват на потребителя да изпълнява входно-изходни операции чрез конвенционални команди пишат във файл или да четат от файл.Тези команди са обработени програми първия файлови системи, а след това в някакъв етап от запитването се преобразуват от операционната система в съответните контролни устройство команди.

Modern файлови системи подкрепа и други видове файлове, като символни връзки, наречени тръби, памет-картирани файлове.Те ще бъдат разгледани по-късно.

Йерархичната структура на файловата система

Потребителите имат достъп до файлове символични имена.Въпреки това, капацитет човешката памет да ограничи броя на имената на обектите, на които потребителят може да получат достъп до по име.йерархична организация на пространството от имена може значително да разширят обхвата на тези граници.Ето защо повечето файлови системи имат йерархична структура, в която нива се дължат на факта, че по-ниско ниво на директорията може да бъде включен в по-висока степен директория (фиг. 7.3).

Фиг.7.3.Йерархията на файлови системи

Граф, който описва йерархията на директориите може да бъде дърво или мрежа.Directories образуват едно дърво, ако файлът е позволено да се влиза само в една директория (Фигура 7.3, б.), А мрежата - (. Фигура 7.3 в), ако файлът може да отидете на няколко директории.Например, в MS-DOS и Windows директории образуват дървовидна структура, и UNIX - мрежа.В структурата на дърво, всеки файл е едно листо.Directory най-високо ниво се нарича главната директория, или корен (корен).

С тази организация, потребителят се освобождава от паметта на всички имена на файлове, това е достатъчно, за да осигури около която група може да има определен файл за пореден сканиране чрез каталози, за да го намерите.Йерархичната структура е подходяща за работа на множество потребители: всеки потребител с техните локални файлове в директорията си или поддърво на директорията, и в същото време всички файлове в системата са логически свързани.

Специален случай е йерархичната структура на организацията на едно ниво, което включва всички файлове в една директория (фиг. 7.3, а).

имената на файловете

Всички типове файлове са символични имена.В йерархично организирани файлови системи обикновено се използват три вида указателни файлове: прост, съединение, и относителната.

Обикновено, или кратко, символично име идентифицира даден файл в същата директория.Прости имена са възложени на файлове, потребители и програмисти, те трябва да се вземат предвид ограниченията за работа на двете номенклатура герои и от дължината на името.До сравнително скоро границите са много тесни.Така че, в популярния FAT файлова система се ограничава до продължителността на имената на схемата 8.3 (8 символа - действителното наименование, 3 символа - разширение на името) и S5 на файловата система, подкрепена от много версии на операционната система UNIX, просто символично име не може да съдържа повече от 14 символа.Въпреки това, потребителят е много по-удобно да се работи с дълги имена, тъй като те позволяват да подаде закачливите име, ясно говори за това, което се съдържа в този файл.Ето защо, модерни файлови системи, както и подобрени версии на вече съществуващи файлови системи са склонни да подкрепят дълги имена на файлове са просто символ.Например, NTFS файл sie- • FAT32 и теми, включени в операционната система Windows NT, името на файла може да съдържа до 255 знака.

Примери за прости имена на файлове и директории:

quest_ul.doc

задача-entran.exe

молба до руския СИ 254L yazyke.doc

инсталируем файлова система manager.doc

В йерархичните файлови системи, различни файлове право да имат едни и същи прости имена характер, при условие, че те принадлежат към различни директории.Това означава, че в него работят схемата "много файлове -. Проста име"За odpoznachnoy идентифицира файла в такива системи използват т.нар пълно име.

Пълното име е верига от прости символични имена на всички директории, чрез които на пътя от корена до файла.По този начин, пълното име е съединение, в което най-прости имена, разделени в OS приети сепаратор.Често се използва като разделител пряко или наклонена черта, като по този начин го прави да не се посочва името на главната директория.Фиг.7.3, б два файлове имат проста име main.exe, но техните съставни имена и /depart/main.ehe /user/anna/main.exe различават.

дърво Файловата система между файл и пълното му име е с 1-1 кореспонденция "един файл -. един пълно наименование"файловите системи, които имат мрежова структура, файлът може да бъдат включени в множество каталози, и така имат няколко трите имена;тук е вярно, съответстващи на "един файл - много пълни имена."И в двата случая, файлът се идентифицират еднозначно чрез пълно име.

Файлът може да бъде идентифициран като относителен име.Относителна името на файла се определя от концепцията за "текущата директория."За всеки потребител във всеки момент от време един от директории е текущата файлова система, и тази директория е избран по команда от потребителя операционната система.Файловата система записва текущото име директория да след това да го използвате като допълнение към относително име, за да образуват пълен името на файла.Ако използвате относителни имена потребител идентифицира веригата на имена на файлове директория, чрез които по маршрута от текущата директория на файла.Например, ако текущата директория е / потребител, относителна /user/anna/main.exe името на файла, както следва: Анна / main.exe.

Някои операционни системи имат право да присвоява един и същи файл с няколко прости имена, които могат да се тълкуват като псевдоними.В този случай, както е в мрежова система, а кореспонденция "един файл - много пълни имена," тъй като всеки обикновен име на файла отговаря на поне едно пълно име.

И въпреки, че пълното име идентифицира еднозначно файл, операционната система по-лесно да се работи с файла, освен ако имената на файловете и има дори един, кореспонденция.За тази цел, той присвоява уникално име на файл, така че отношението "един файл -. Един уникално име"The там заедно с един или повече символични имена, отнесен потребителски файлове или приложения уникално име.Уникално име е цифров идентификатор, и е предназначен за операционната система.Пример за такова уникално име за файла е броят на възлите на система UNIX.

монтиране

Като цяло, системата за компютри може да има няколко дискови устройства.Типично Дори PC обикновено има един твърд диск, флопи диск и устройството за CD-ROM устройството.Мощни компютри са също обикновено са оборудвани с голям брой дискове, който задвижва са инсталирани пакети.Освен това, дори и с една и съща физическа устройството чрез операционната система може да бъде представен като множество логически устройства, по-специално с преграда пространство на секции.Въпросът е как да се организира файлове в системата за съхранение има множество външни запаметяващи устройства?

Първото решение се състои в това, че на всяка единица се поставя самостоятелно файловата система, което означава, файловете на това устройство са описани директория дърво, което не е свързано с указатели дървета на други устройства.В този случай, файлът за уникална идентификация на потребителя, заедно с композитен характер името на файла трябва да се посочи идентификатор логично устройство.Пример за такава автономна съществуване на файловите системи е операционната система MS-DOS, която включва пълното име на файла на идентификатора на писмо на логически диск.Например, при достъп до файла намира на диск, потребителят трябва да укажете името на диска: A: \ Приват \ писмо \ UNI \ let1.doc 1.

1 На практика, често използва относителната форма на именуване, която не включва името на веригата за задвижване и жената има основната директория на неизпълнението.

Друг вариант е да съхранявате файлове такава организация, в която потребителят е в състояние да се интегрират файловите системи, които са на различни устройства, в един файл система, описана от една директория дърво.Тази операция се нарича moptirovaniem.Нека да видим как това се извършва операция по примера UNIX.

Сред всички съществуващи в система логично операционната система диск устройство разпределя едно устройство, наречено система.Да предположим, че има два файлови системи, които са разположени на същото устройство (фиг. 7.4), и един от устройствата е системата.

Файловата система се намира на системния диск се определя корена.За комуникационни йерархии на файлове в основната файлова система, изберете някои съществуващата директория, в този пример - мъж директория.След монтиране човекът избран директория става главната директория на втория файловата система.Чрез тази директория монтирана файлова система е приложен като поддърво към обща дърво (фиг. 7.5).

След монтирането на обща файловата система на потребителя не е логично разлика между основата и монтирани файлови системи, като именуване на файлове се извършва по същия начин, както ако беше от самото начало един.

Фиг.7.4.Две файлови системи за монтиране

Фиг.7.5.Споделено файлова система след монтаж

Качества файлове

Концепцията за "файл" включва не само данните, които те съхраняват, както и името и атрибутите.Атрибути - това е информацията, която описва свойствата на файла.Примери за възможни атрибути на файл:

  • Тип на файла (обикновен файл, директория, специален файл, и т.н. ...);
  • собственик на файла;
  • подаде създател;
  • парола за достъп до файла;
  • За информация относно операциите на достъп до преписката;
  • време на създаване, последен достъп и последната модификация;
  • текущия размер на файла;
  • максималния размер на файла;
  • знак на "само за четене";
  • знак за "скрит файл";
  • подпише "файлова система";
  • подпише "архивен файл";
  • подпише "двоичен / характер";
  • знак за "временно" (премахнете след приключване на процеса);
  • знак на бравата;
  • дължина на файл запис;
  • указател към ключово поле в записа;
  • дължина на ключа.

Комплект файлови атрибути определят от спецификата на файловата система: файлови системи на различни видове различни набори от атрибути могат да бъдат използвани за описание на файловете.Например, във файлова система, която поддържа плоски файлове, не е необходимо да се използва три последния атрибут в горния списък, файла, свързани с структурирането.В един единствен потребител на операционната система на набор от атрибути, са липсващи характеристики, които са от значение за потребителите, както и за защита, като собственик на файл, файл създател, парола за достъп до файла, информация за файла за достъп.

Потребителят може да получите достъп до атрибутите, използващи инструменти, предвидени за тази цел на файловата система.Обикновено това се оставя да се отчита стойността на всеки атрибут, и да се промени - но някои от тях.Така например, потребителят може да промените разрешенията на файла (ако приемем, че той има необходимите правомощия за това), но да се промени датата на създаване или текущия размер на файла не е позволено.

Стойностите на атрибутите на файловете са пряко включени в каталозите, както се прави в MS-DOS файлова система (фиг. 7.6, а).Фигурата показва записите в структурата на директориите, която съдържа една проста символично име и атрибутите на файла.Тук букви означават атрибутите на файла: R - само за четене, A - архив, H - скрит, на S - система.

Фиг.7.6.Directory структура: като - MS-DOS запис от указателя структура (32 байта), B - OS UNIX рекорд директория структура

Друг вариант е да се постави специален атрибутите маси, само когато референтната таблица, съдържаща се в тези директории.Този подход се прилага, например, UFS OS UNIX файлова система.В тази файлова система е много проста структура директория.Запис на всеки файл съдържа кратко име характер файл и указател към възела, така наречен в UFS маса, която се фокусира стойности файл (фиг. 7.6, б) атрибути.

И в двата случая каталозите се осигури връзка между имената на файловете и собствеността файл.Този подход обаче, когато името на файла се отделя от своите качества прави системата по-гъвкав.Например, файлът може лесно да бъде включен в няколко директории.Записите на този файл в различни директории могат да съдържат различни прости имена, но в препратката, ще бъдат изброени и съща възела броя.

логическа организация на файла

Като цяло, данните, съдържащи се в досието имат някаква логическа структура.Тази структура е в основата на програмата за развитие за лечение на тези данни.Например, текстът може да бъде изведена правилно, програмата трябва да бъде в състояние да се разграничат отделните думи, линии, точки, и така нататък. Г. Признаци на отделяне на един структурен елемент от друга, може да служи като някои кодови последователности, или просто позната програма компенсира тези структурни елементи по отношение на файла.Поддържане на структурата на данните могат да бъдат причислени към нито цялото приложение, или до известна степен работата може да отнеме на файловата система.

В първия случай, когато всички дейности, свързани с структурирането и тълкуването на съдържанието на даден файл изцяло областта на прилагането, файлът изглежда FS неструктурирана последователност данни.Допълнение формулира искания до файловата система на входа и на изхода, използвайки обща заявка за всички системни инструменти, например, като се посочва компенсира от началото на файла и броя на байтове, за да се чете или пише.Вписана на потока от приложение байт се тълкува в съответствие с логиката, вграден в програмата.Например, компилаторът генерира линкер вижда определен формат обект модул на програмата.Този файлов формат, който се съхранява в модула за обект, известен само на тези програми.Подчертаваме, че тълкуването на данните не е свързан с действителното метода на съхранение във файловата система.

File Модел, според който съдържанието на файла се появява неструктурирана последователност (поток) байта, станал популярен с операционната система UNIX, и сега тя се използва широко в повечето съвременни операционни системи, включително и MS-DOS, Windows NT / 2000, NetWare.Неструктурирани файл модел го прави лесно да се организира обмен на файлове между няколко приложения: различни приложения може в собствената си структура и интерпретиране на данните, съдържащи се в досието.

Друг модел файл, който е бил използван в операционната система OS / 360, декември RSX и VMS, и сега се използва рядко - структуриран файл.В този случай, структурата на файловете е поверено да поддържа файловата система.Файловата система вижда файла като подредена последователност от логически записи.Заявлението може да получите достъп до FS с искания за вход и изход на нивото на запис, като например "да се счита за запис на 25 file.doc файл."FS трябва да имат информация за структурата на файловете, достатъчна, за да се идентифицират с нито един запис.FS дава достъп до приложението за записите и цялата последваща обработка на данните, съдържащи се в този запис се извършва чрез прилагането.Развитието на този подход са станали система за управление на бази данни (СУБД), който поддържа не само сложна структура от данни, но също така и връзката между тях.

Логически запис е най-малкият елемент от данни, че един програмист може да се справи с организирането на обмен с външното устройство.Дори ако физическа обмен с устройството се извършва е по-голям от един, операционната система трябва да осигури достъп програмист на отделен логически запис.

Файловата система може да се използва по два начина за достъп до логическите записи: четат или пишат логически записи последователно (последователен достъп) и да се позиционира файла за запис с определен брой (директен достъп).

Очевидно е, че операционната система може да не поддържа всички възможни начини за структуриране на данни във файл, така че операционната система, която съществува в логическа структуриране на файловете за поддръжка, то съществува за малък брой общи схеми логическа организация на файла.

Тези методи включват представяне структуриране на данни под формата на записи, дължината на който е фиксиран във файл (фиг. 7.7, а).В този случай, достъп до N-ти запис се извършва чрез последователно четене (N-1) на предишни записи, или директно на адреса изчислява по своята последователност от числа.Например, ако L - дължина на записа, на старт адреса на п-ти пост е LXn.Имайте предвид, че когато логически организация на размера на запис е фиксиран в рамките на файла, и записи в различни файлове, които принадлежат към една и съща файлова система, може да има различен размер.

Друг метод е да се осигури структурирането на данни в последователност от записи, размерът на които варира в един файл.Ако поставите рекордни стойности за дължина, както е показано на фиг.7.7 б, след това да се търси за системата за регистриране на всички предишни записи трябва да се разглежда в последователност.Изчислява адреса на желания запис от броя му в логическа организация файл не е възможно, и следователно не може да се прилага по-ефективен метод за директен достъп.

Файлове, достъп до документи, които се изпълняват последователно, като номерата на позициите се наричат ​​не са индексирани, или съвместими.

Фиг.7.7.Методи за логическа организация на файлове

Друг тип файлове са индексирани файлове, те позволяват по-бърз директен достъп до отделен логически запис.The индексиран файл (фиг. 7.7, в) записите са една или няколко ключови (индекс) полета и могат да бъдат решени чрез определяне на стойностите на тези области.За да намерите бързо данните предвижда специален индекс на маса в индексиран файл, в който znacheniyam- ключови области е свързана с адреса на външната памет.Този адрес може да се посочи или директно до желания запис, или на определена област на външна памет отнема няколко записи, които включват желаната позиция.В последния случай казваме, че файлът е индексирана последователност на организацията, тъй като търсенето се състои от два етапа: директен достъп до индекса на определената зона на диска, а след това записа пореден сканиране в тази област.Поддържане на индексни таблици поема файловата система.Ясно е, че вписванията в индексирани файлове могат да бъдат с произволна дължина.

Всичко това се отнася главно за нормален файл, който може да бъде както структурирана и неструктурирана.Както и при други видове файлове, които имат определена структура, известна файлова система.Например, файловата система трябва да се разбере структурата на данните, съхранявани в един файл, директория, или "символична връзка" тип файл.

Физическата организация на файловата система

Представяне на потребителя до файловата система като йерархично организирана набор от информационни обекти има малко общо с файловете на заповедта за дисково пространство.Файлът с изображението на твърда, непрекъсната поредица от байтове, всъщност много често разпръснати "парчета" в целия диск, дялът е по никакъв начин не е свързан с логически файл структура, като например частен логически запис може да се намира в несъседни сектори на диска.Логическо групиране на файлове от една директория не е длъжен да съжителстват на диска.Принципи за разпределение на файлове, директории и система за информация относно действително устройство са описани от физическата организация на файловата система.Очевидно е, че различни файлови системи имат различна физическа организация.

Дискове, прегради и сектори, клъстери

Основният вид устройство, което се използва в съвременните компютърни системи за съхранение на файлове, дискове са.Тези устройства са предназначени да чете и записва данни на твърди и флопи дискове.Твърд диск се състои от една или повече стъклени или метални пластини, всяка с покритие от едната или от двете страни с магнитен материал.Така диск обикновено се състои от купчина от плочки (фиг. 7.8).

От всяка страна на всяка тънка пластина са разположени концентрични пръстени - писта (Traks), на която се съхраняват данните.Броят на парчета зависи от вида на диск.Номерацията започва с писти 0 от външния ръб на центъра на диска.Когато се върти диска, елемента, наречени с глава, прочита двоичните данни от магнитни писти или да ги записва на магнитен запис.

Фиг.7.8.Схема на твърдия диск на устройството

Главата може да бъде позициониран над мишена писта.Heads движат над повърхността на диска в дискретни стъпки, всяка стъпка съответства на една смяна писта.Записване на диск се осъществява благодарение на способността на главата, за да се промени на магнитните свойства на пистата.В някои дискове всяка глава се движи по повърхността, а в другата - там е начело на всяка песен.В първия случай извличане глава трябва да се придвижи по протежение на радиуса на диска.Като цяло, всички монтирани върху една единствена глава преместване механизъм и да се движат синхронно.Ето защо, когато главата е фиксиран към един повърхността на мишена песен, останалата част на главата се спре на релсите със същите цифри.В тези случаи, където има отделна глава на всяка песен, няма движение на главите от една песен към друга не е необходимо, като по този начин спестяване на времето, прекарано търсене на данни.

Наборът от песни на същия радиус на всички повърхности на пакета плочи се нарича цилиндър {цилиндър).Всяка песен е разделен на фрагменти, наречени сектори (сектори), или блокове (блокове), така че всички песни имат равен брой сектори, в която да запишете максимум същия брой байт 1.Секторът има фиксирана сума за дадена система, изразена степен на две.Най-често, размера на сектора е 512 байта.Като се има предвид, че следите на различни радиуси имат същия брой сектори, плътност на запис става по-висока, колкото по-близо до центъра на коловоза.

1 Понякога външната пистата има няколко допълнителни сектори, използвани за замяна на лоши сектори в режим гореща гръб.

Сектор - най-малката адресируема единица на устройства за обмен на данни за съхранение с RAM.За това, че контролерът може да се намери на диска десния сектор, е необходимо да го попитам всички компоненти на адресите на сектора: номер на цилиндър, на повърхността цифри и брой сектор.Тъй приложната програма е обикновено не е необходимо сектор и някои брой байтове не е задължително кратно на размера на сектор, след типичен заявка включва четене множество сектори, съдържащи необходимата информация и един или два сектора, съдържащи в допълнение към желаните излишни данни (фиг. 7.9 ).

Фиг.7.9.Четене на излишни данни в замяна диск

Операционната система, когато се работи с диск употреби, като правило, със собствена единица на дисково пространство, наречено клъстер (клъстер) 1.Когато създадете файл на дисковото пространство, който е определен клъстери.Например, ако файлът е с големина от 2560 байта, и размера на клъстера на файловата система е определена в 1024 байта, файлът ще бъде разпределена върху диск 3 на клъстера.

1 Понякога по-нататък клъстер единица (например, на Unix), което може да доведе до объркване във винопроизводството терминология.Като цяло, терминологията, използвана в описанието на дискови формати и файлови системи, в зависимост от хардуерната платформа (RISC, Wintel, и така нататък. П.) и операционната система.Необходимо е да се помисли и да тълкува условията в зависимост от контекста.

Песни и сектори са създадени в резултат на физични методи, или с ниско ниво, форматиране на диск, използвайте предишния диск.За да се определят границите на блоковете на диск записва информацията за идентификация.ниско ниво формат диск не зависи от типа на операционната система, която ще използва този диск.

диск оформление на определен тип файлови системи извършват процедури на високо ниво, или логично, формат.В форматиране на високо равнище се определя от размера на клъстера и на диска е писмена информация, необходима за експлоатация на файловата система, включително информация за налични и неизползвано място, по границите на зоните, определени за файлове и директории, информация за засегнатите райони.Също така на диска е записан буутлоудъра - малка програма, която започва процеса на инициализиране на операционната система след мощност до или рестартирайте компютъра.

Преди да форматирате диска в специална файлова система, тя може да бъде разделена на секции.Раздел - непрекъсната част от физическия диск, че операционната система предоставя на потребителя с логическо устройство (също използва името на логическо устройство и логически дял) 1.Функциите на логическо устройство, както ако бяха отделен физически диск.Тя е с логически устройства работят по решаването им символични имена се използват, например, означения A, B, C, на SYS, и така нататък. Н. Работна различни видове системи използват една и съща за всички от тях представа за секциите, но създават въз основа на нея логично устройство, специфичен за всеки вид OS.Както файловата система, с която една операционна система работи по принцип не може да се тълкува различен вид на операционната система, логическата устройството не може да се използва за различни видове операционни системи.Всяка логическа устройство е да се създаде само една файлова система.

1 В много операционни системи, терминът "обем» {обем).Различни OS тълкуване на този термин има свои нюанси, но по-често, като се позовава на логическо устройство, форматирано за конкретна файлова система.

В конкретния случай, когато на целия диск, обхваната от един дял, логическо устройство е физическо устройство като цяло.Ако дискът е разделен на няколко секции, може да се създаде един логически устройства за всяка от тези секции.Устройството за логика може да бъде създаден на базата на няколко секции, и тези секции не трябва да принадлежат към една и съща физическа устройството.Комбинирането на няколко дяла в един логичен устройство може да се извърши по различни начини и преследват различни цели, най-важните от които са: увеличаване на общия обем на логически дял, увеличаване на производителността и наличността.Примери за сътрудничеството на няколко дискови дялове се наричат ​​RAID-масиви, подробности за които ще бъдат обсъдени по-късно.

На различни логически устройства на същия физически диск файлова система може да се изхвърля от различни видове.Фиг.7.10 показва пример на диск, разделен на три секции, в които две NTFS файлова система, инсталирани (раздели С и Е) и FAT файлова система (раздел D).

Всички области на диска са със същия размер блок, определен от диска в резултат на форматиране на ниско ниво.Въпреки това, поради форматиране на високо равнище в различни раздели на същия диск, представени различни логически устройства, могат да бъдат монтирани файлови системи, в които са определени групи от различни размери.

Операционната система може да подкрепи различните състояния секции, специално отбелязвайки, секциите, които могат да бъдат използвани, за да зареди модулите на операционната система, както и теми, които можете да инсталирате само приложения и файлове съхраняване на данни.Една част от диска е маркиран като стартиращ (или активен).Това е така, защото на този раздел, прочетете операционна система товарач.

Фиг.7.10.Disk разделяне Setup

Физическа организация файл и адресиране

Важен компонент на физическата организация на файловата система е физическата организация на файл, има ли начин да поставите файла на диска.Основните критерии за ефективността на физическата организация на файла са:

  • достъп пренос на данни;
  • количеството информация файл адрес;
  • степента на фрагментация на дисково пространство;
  • максималния възможен размер на файла.

Непрекъснато настаняване - простият вариант на физическа организация (Фигура 7.11 с.), В която файла е дадена последователност на диск групи, образуващи съседни участъка на диск за съхранение.Основното предимство на този метод е, достъп до високоскоростен, като разходите за намиране и четене на клъстери на файловете са минимални. Также минимален объем адресной информации — достаточно хранить только номер первого кластера и объем файла. Данная физическая организация максимально возможный размер файла не ограничивает. Однако этот вариант имеет существенные недостатки, которые затрудняют его применимость на практике, несмотря на всю его логическую простоту. При более пристальном рассмотрении оказывается, что реализовать эту схему не так уж просто. Действительно, какого размера должна быть непрерывная область, выделяемая файлу, если файл при каждой модификации может увеличить свой размер? Еще более серьезной проблемой является фрагментация. Спустя некоторое время после создания файловой системы в результате выполнения многочисленных операций создания и удаления файлов пространство диска неминуемо превращается в «лоскутное одеяло», включающее большое число свободных областей небольшого размера. Как всегда бывает при фрагментации, суммарный объем свободной памяти может быть очень большим, а выбрать место для размещения файла целиком невозможно. Поэтому на практике используются методы, в которых файл размещается в нескольких, в общем случае несмежных областях диска.

Фиг. 7.11. Физическая организация файла: непрерывное размещение (а); связанный список кластеров (б); связанный список индексов (в); перечень номеров кластеров (г)

Следующий способ физической организации — размещение файла в виде связанного списка кластеров дисковой памяти (рис. 7.11, б). При таком способе в начале каждого кластера содержится указатель на следующий кластер. В этом случае адресная информация минимальна: расположение файла может быть задано одним числом — номером первого кластера. В отличие от предыдущего способа каждый кластер может быть присоединен к цепочке кластеров какого-либо файла, следовательно, фрагментация на уровне кластеров отсутствует. Файл может изменять свой размер во время своего существования, наращивая число кластеров. Недостатком является сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла — чтобы прочитать пятый по порядку кластер файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых кластера, прослеживая цепочку номеров кластеров. Кроме того, при этом способе количество данных файла, содержащихся в одном кластере, не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего кластера), а многие программы читают данные кластерами, размер которых равен степени двойки.

Популярным способом, применяемым, например, в файловой системе FAT, является использование связанного списка индексов (рис. 7.11, в). Этот способ является некоторой модификацией предыдущего. Файлу также выделяется память в виде связанного списка кластеров. Номер первого кластера запоминается в записи каталога, где хранятся характеристики этого файла. Остальная адресная информация отделена от кластеров файла. С каждым кластером диска связывается некоторый элемент — индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска — в MS-DOS это таблица FAT (File Allocation Table), занимающая один кластер. Когда память свободна, все индексы имеют нулевое значение. Если некоторый кластер N назначен некоторому файлу, то индекс этого кластера становится равным либо номеру М следующего кластера данного файла, либо принимает специальное значение, являющееся признаком того, что этот кластер является для файла последним. Индекс же предыдущего кластера файла принимает значение N, указывая на вновь назначенный кластер.

При такой физической организации сохраняются все достоинства предыдущего способа: минимальность адресной информации, отсутствие фрагментации, отсутствие проблем при изменении размера. Кроме того, данный способ обладает дополнительными преимуществами. Во-первых, для доступа к произвольному кластеру файла не требуется последовательно считывать его кластеры, достаточно прочитать только секторы диска, содержащие таблицу индексов, отсчитать нужное количество кластеров файла по цепочке и определить номер нужного кластера. Во-вторых, данные файла заполняют кластер целиком, а значит, имеют объем, равный степени двойки.

ПРИМЕЧАНИЕ

Необходимо отметить, что при отсутствии фрагментации на уровне кластеров на диске все равно имеется определенное количество областей памяти небольшого размера, которые невозможно использовать, то есть фрагментация все же существует. Эти фрагменты представляют собой неиспользуемые части последних кластеров, назначенных файлам, поскольку объем файла в общем случае не кратен размеру кластера. На каждом файле в среднем теряется половина кластера. Это потери особенно велики, когда на диске имеется большое количество маленьких файлов, а кластер имеет большой размер. Размеры кластеров зависят от размера раздела и типа файловой системы. Примерный диапазон, в котором может меняться размер кластера, составляет от 512 байт до десятков килобайт.

Еще один способ задания физического расположения файла заключается в простом перечислении номеров кластеров, занимаемых этим файлом (рис. 7.11, г). Этот перечень и служит адресом файла. Недостаток данного способа очевиден: длина адреса зависит от размера файла и для большого файла может составить значительную величину. Достоинством же является высокая скорость доступа к произвольному кластеру файла, так как здесь применяется прямая адресация, которая исключает просмотр цепочки указателей при поиске адреса произвольного кластера файла. Фрагментация на уровне кластеров в этом способе также отсутствует.

Последний подход с некоторыми модификациями используется в традиционных файловых системах ОС UNIX s5 и ufs 1 . Для сокращения объема адресной информации прямой способ адресации сочетается с косвенным.

1 Современные версии UNIX поддерживают и другие типы файловых систем, в том числе и пришедшие из других ОС, как, например, FAT.

В стандартной на сегодняшний день для UNIX файловой системе ufs используется следующая схема адресации кластеров файла. Для хранения адреса файла выделено 15 полей, каждое из которых состоит из 4 байт (рис. 7.12). Если размер файла меньше или равен 12 кластерам, то номера этих кластеров непосредственно перечисляются в первых двенадцати полях адреса. Если кластер имеет размер 8 Кбайт (максимальный размер кластера, поддерживаемого в ufs), то таким образом можно адресовать файл размером до 8192x12 - 98 304 байт.

Фиг. 7.12. Схема адресации файловой системы ufs

Если размер файла превышает 12 кластеров, то следующее 13-е поле содержит адрес кластера, в котором могут быть расположены номера следующих кластеров файла. Таким образом, 13-й элемент адреса используется для косвенной адресации. При размере в 8 Кбайт кластер, на который указывает 13-й элемент, может содержать 2048 номеров следующих кластеров данных файла и размер файла может возрасти до 8192х(12+2048)=16 875 520 байт.

Если размер файла превышает 12+2048— 2060 кластеров, то используется 14-е поле, в котором находится номер кластера, содержащего 2048 номеров кластеров, каждый из которых хранят 2048 номеров кластеров данных файла. Здесь применяется уже двойная косвенная адресация. С ее помощью можно адресовать кластеры в файлах, содержащих до 8192х(12+2048+2048 2 ) = 3,43766x10'° байт.

И наконец, если файл включает более 12+2048+2048 2 = 4 196 364 кластеров, то используется последнее 15-е поле для тройной косвенной адресации, что позволяет задать адрес файла, имеющего следующий максимальный размер:

8192х(12+2048+20482+20483)=7,0403х10 13 байт.

Таким образом, файловая система ufs при размере кластера в 8 Кбайт поддерживает файлы, состоящие максимум из 70 триллионов байт данных, хранящихся в 8 миллиардах кластеров.Както е показано на фиг. 7.12, для задания адресной информации о максимально большом файле требуется: 15 элементов по 4 байта (60 байт) в центральной части адреса плюс 1+(1+2048)+(1+2048+2048 2 ) = 4 198403 кластера в косвенной части адреса. Несмотря на огромную величину, это число составляет всего около 0,05 % от объема адресуемых данных.

Файловая система ufs поддерживает дисковые кластеры и меньших размеров, при этом максимальный размер файла будет другим. Используемая в более ранних версиях UNIX файловая система s5 имеет аналогичную схему адресации, но она рассчитана на файлы меньших размеров, поэтому в ней используется 13 адресных элементов вместо 15.

Метод перечисления адресов кластеров файла задействован и в файловой системе NTFS, используемой в ОС Windows NT/2000. Здесь он дополнен достаточно естественным приемом, сокращающим объем адресной информации: адресуются не кластеры файла, а непрерывные области, состоящие из смежных кластеров диска. Каждая такая область, называемая отрезком (run), или экстентом (extent), описывается с помощью двух чисел: начального номера кластера и количества кластеров в отрезке. Так как для сокращения времени операции обмена ОС старается разместить файл в последовательных кластерах диска, то в большинстве случаев количество последовательных областей файла будет меньше количества кластеров файла и объем служебной адресной информации в NTFS сокращается по сравнению со схемой адресации файловых систем ufs/s5.

Для того чтобы корректно принимать решение о выделении файлу набора кластеров, файловая система должна отслеживать информацию о состоянии всех кластеров диска: свободен/занят. Эта информация может храниться как отдельно от адресной информации файлов, так и вместе с ней.

Физическая организация FAT

Логический раздел, отформатированный под файловую систему FAT, состоит из следующих областей (рис. 7.13).

  • Загрузочный сектор содержит программу начальной загрузки операционной системы. Вид этой программы зависит от типа операционной системы, которая будет загружаться из этого раздела.
  • Основная копия FA Т содержит информацию о размещении файлов и каталогов на диске.
  • Резервная копия FAT.
  • Корневой каталог занимает фиксированную область размером в 32 сектора (16 Кбайт), что позволяет хранить 512 записей о файлах и каталогах, так как каждая запись каталога состоит из 32 байт.
  • Область данных предназначена для размещения всех файлов и всех каталогов, кроме корневого каталога.

Фиг. 7.13. Физическая структура файловой системы FAT

Файловая система FAT поддерживает всего два типа файлов: обычный файл и каталог. Файловая система распределяет память только из области данных, причем использует в качестве минимальной единицы дискового пространства кластер.

Таблица FAT (как основная копия, так и резервная) состоит из массива индексных указателей, количество которых равно количеству кластеров области данных. Между кластерами и индексными указателями имеется взаимно однозначное соответствие — нулевой указатель соответствует нулевому кластеру и т. д.

Индексный указатель может принимать следующие значения, характеризующие состояние связанного с ним кластера:

  • кластер свободен (не используется);
  • кластер используется файлом и не является последним кластером файла; в этом случае индексный указатель содержит номер следующего кластера файла;
  • последний кластер файла; О дефектный кластер; а резервный кластер.

Таблица FAT является общей для всех файлов раздела. В исходном состоянии (после форматирования) все кластеры раздела свободны и все индексные указатели (кроме тех, которые соответствуют резервным и дефектным блокам) принимают значение «кластер свободен». При размещении файла ОС просматривает FAT, начиная с начала, и ищет первый свободный индексный указатель. После его обнаружения в поле записи каталога «номер первого кластера» (см. рис. 7.6, а) фиксируется номер этого указателя. В кластер с этим номером записываются данные файла, он становится первым кластером файла. Если файл умещается в одном кластере, то в указатель, соответствующий данному кластеру, заносится специальное значение «последний кластер файла». Если же размер файла больше одного кластера, то ОС продолжает просмотр FAT и ищет следующий указатель на свободный кластер. После его обнаружения в предыдущий указатель заносится номер этого кластера, который теперь становится следующим кластером файла. Процесс повторяется до тех пор, пока не будут размещены все данные файла. Таким образом создается связный список всех кластеров файла.

В начальный период после форматирования файлы будут размещаться в последовательных кластерах области данных, однако после определенного количества удалений файлов кластеры одного файла окажутся в произвольных местах области данных, чередуясь с кластерами других файлов (рис. 7.14).

Размер таблицы FAT и разрядность используемых в ней индексных указателей определяется количеством кластеров в области данных. Для уменьшения потерь из-за фрагментации желательно кластеры делать небольшими, а для сокращения объема адресной информации и повышения скорости обмена наоборот — чем больше, тем лучше. При форматировании диска под файловую систему FAT обычно выбирается компромиссное решение и размеры кластеров выбираются из диапазона от 1 до 128 секторов, или от 512 байт до 64 Кбайт.

Очевидно, что разрядность индексного указателя должна быть такой, чтобы в нем можно было задать максимальный номер кластера для диска определенного объема. Существует несколько разновидностей FAT, отличающихся разрядностью индексных указателей, которая и используется в качестве условного обозначения: FAT12, FAT16 и FAT32. В файловой системе FAT12 используются 12-разрядные указатели, что позволяет поддерживать до 4096 кластеров в области данных диска 1 , в FAT16 — 16-разрядные указатели для 65 536 кластеров и в FAT32 — 32-разрядные для более чем 4 миллиардов кластеров.

1 Реально это число немного меньше, так как несколько значений индексного указателя расходуется для идентификации специальных ситуаций, таких как «Последний кластер», «Неиспользуемый кластер», «Дефектный кластер» и «Резервный кластер».

Фиг. 7.14. Списки указателей файлов в FAT

Форматирование FAT 12 обычно характерно только для небольших дисков объемом не более 16 Мбайт, чтобы не использовать кластеры более 4 Кбайт. По этой же причине считается, что FAT 16 целесообразнее для дисков с объемом не более 512 Мбайт, а для больших дисков лучше подходит FAT32, которая способна использовать кластеры 4 Кбайт при работе с дисками объемом до 8 Гбайт и только для дисков большего объема начинает использовать 8, 16 и 32 Кбайт. Максимальный размер раздела FAT 16 ограничен 4 Гбайт, такой объем дает 65 536 кластеров по 64 Кбайт каждый, а максимальный размер раздела FAT32 практически не ограничен — 2 32 кластеров по 32 Кбайт.

Таблица FAT при фиксированной разрядности индексных указателей имеет переменный размер, зависящий от объема области данных диска.

При удалении файла из файловой системы FAT в первый байт соответствующей записи каталога заносится специальный признак, свидетельствующий о том, что эта запись свободна, а во все индексные указатели файла заносится признак «кластер свободен». Остальные данные в записи каталога, в том числе номер первого кластера файла, остаются нетронутыми, что оставляет шансы для восстановления ошибочно удаленного файла. Существует большое количество утилит для восстановления удаленных файлов FAT, выводящих пользователю список имен удаленных файлов с отсутствующим первым символом имени, затертым после освобождения записи. Очевидно, что надежно можно восстановить только файлы, которые были расположены в последовательных кластерах диска, так как при отсутствии связного списка выявить принадлежность произвольно расположенного кластера удаленному файлу невозможно (без анализа содержимого кластеров, выполняемого пользователем «вручную»).

Резервная копия FAT всегда синхронизируется с основной копией при любых операциях с файлами, поэтому резервную копию нельзя использовать для отмены ошибочных действий пользователя, выглядевших с точки зрения системы вполне корректными. Резервная копия может быть полезна только в том случае, когда секторы основной памяти оказываются физически поврежденными и не читаются.

Используемый в FAT метод хранения адресной информации о файлах не отличается большой надежностью — при разрыве списка индексных указателей в одном месте, например из-за сбоя в работе программного кода ОС по причине внешних электромагнитных помех, теряется информация обо всех последующих кластерах файла.

FAT12 и FAT16 файлови системи, работещи с имена на файлове, състоящи се от 12 знака на "8.3."В редакцията на FAT16 Windows NT операционна система го въведе нов тип запис от указателя - "дълго име", която позволява използването на имената на до 255 символа, и всеки един от героите дълго име се съхранява в Unicode формат двойно-байт.Вашето име на "8.3", титлата сега е кратко (не го бъркайте с проста името на файла, наричан също понякога кратко), все още се съхранява в областта на 12-байт е името на файла в записа на директорията и дългосрочен името се поставя на порции от по 13 знака в един или повече записи, непосредствено след влизането на първичния директория.Всеки герой в Unicode се кодира от два байта, така че 13 символи заемат 26 байта, а останалите 6 са запазени за режийни.По този начин има две в името на файла - кратко, за съвместимост с по-стари приложения, които не разбират дълги имена на файлове, за да Unicode, следват и дълга, лесен за използване на името.FAT32 файлова система поддържа също и къси и дълги имена.

FAT12 и FAT16 файлови системи са получили широко разпространени поради използването им в операционните системи MS-DOS и Windows 3.x - най-популярните операционни системи, на първото десетилетие на ерата на персоналните компютри.Поради тази причина, тези файлови системи се поддържат и днес, и други операционни системи като UNIX, OS / 2, Windows NT / 2000 и Windows 95/98.Въпреки това, поради все по-големи обеми от твърди дискове, както и нарастващите изисквания за надеждност, тези файлови системи са най-бързо заменени като FAT32 система, въведена за първи път в Windows 95 OSR2, и файлови системи на други видове.

Физическа организация S5 и UFS

Това не е изненадващо, тъй като системата е UFS система развитие S5.Файловата система е UFS подобрява S5 подкрепа големи дискове и файлове, както и да увеличи надеждността му.

<== Предишна лекция | На следващата лекция ==>
| Логическата организация на файловата система

; Дата: 05.01.2014;; Прегледи: 1148; Нарушаването на авторските права?;


Ние ценим Вашето мнение!Беше ли полезна публикуван материал?Да |не



ТЪРСЕНЕ:


Вижте също:



ailback.ru - Edu Doc (2013 - 2017) на година.Тя не е автор на материали, и дава на студентите с безплатно образование и използва!Най-новото допълнение , Al IP: 11.45.9.26
Page генерирана за 0.11 секунди.