Логическа организация на файловата система. Цели и задачи на ФС
Потребителите имат достъп до файлове чрез символични имена. Човешката памет обаче ограничава броя на имената на обекти, които потребителят може да посочи по име. Йерархичната организация на пространството от имена ни позволява значително да разширим тези граници. Ето защо повечето файлови системи имат йерархична структура, в която нивата се създават чрез увеличаване на директорията ниско нивомогат да бъдат включени в каталога за повече от високо ниво(фиг. 19).
Ориз. 19. Йерархия на файловата система:
А– едностепенна организация; b- дърво; V- мрежа
Графиката, описваща йерархията на директорията, може да бъде дърво или мрежа. Директориите образуват дърво, ако файлът може да бъде включен само в една директория (фиг. 19, b), и мрежа - ако файлът може да бъде включен в няколко директории наведнъж (фиг. 19, c). Например в MS-DOS и Windows директорииобразуват дървовидна структура, а в UNIX - мрежова структура. В дървовидна структура всеки файл е листо. Самият каталог Най-високо нивоНаречен главна директория, или корен(корен).
С тази организация потребителят е освободен от запомнянето на имената на всички файлове; той трябва само да има груба представа към коя група може да бъде приписан даден файл, за да го намери чрез последователно преглеждане на директории. Йерархичната структура е удобна за работа с много потребители: всеки потребител със своите файлове е локализиран в собствена директория или поддърво от директории, като в същото време всички файлове в системата са логически свързани.
Специален случай на йерархична структура е организация на едно ниво, когато всички файлове са включени в една директория (фиг. 19, а).
Имена на файлове
Всички типове файлове имат символични имена. Йерархично организираните файлови системи обикновено използват три типа имена на файлове: прости, съставни и относителни.
просто, или къс, символиченимето идентифицира файла в същата директория. Простите имена се присвояват на файлове от потребители и програмисти и те трябва да вземат предвид ограниченията на ОС както за диапазона от символи, така и за дължината на името. До сравнително скоро тези граници бяха много тесни. Да, във файла FAT системадължината на имената беше ограничена до схемата 8.3 (8 знака - самото име, 3 знака - разширението на името), а във файловата система s5, поддържана от много версии на операционната система UNIX, простото символно име не можеше да съдържа повече повече от 14 знака. Въпреки това е много по-удобно за потребителя да работи с дълги имена, защото те ви позволяват да дадете на файловете лесни за запомняне имена, които ясно показват какво се съдържа във файла. Следователно съвременните файлови системи, както и подобрените версии на вече съществуващи файлови системи, са склонни да поддържат дълги, прости символни имена на файлове. Например във файловите системи NTFS и FAT32, включени в операционна система Windows NT, името на файла може да бъде до 255 знака.
Примери за прости имена на файлове и директории:
Допълнение към CD 254L на руски.doc
инсталируем мениджър на файлова система.doc
В йерархични файлови системи различни файловеПозволено е да има едни и същи прости символни имена, при условие че принадлежат към различни директории. Тоест тук работи схемата „много файлове - едно просто име“. За еднозначно идентифициране на файл в подобни системи се използва т.нар пълно име.
Пълно имее верига от прости символни имена на всички директории, през които минава пътят от root до този файл. По този начин пълното име е съставно, в което прости именаразделени един от друг с разделителя, възприет в ОС. Често като разделител се използва наклонена черта напред или назад и е обичайно да не се посочва името на основната директория. На фиг. 19, bдвата файла имат просто име main.exe, но съставните им имена /depart/main.exe и /user/anna/main exe са различни.
В дървовидна файлова система има едно към едно съответствие между файл и пълното му име „един файл – едно пълно име“. Във файлови системи, които имат мрежова структура, един файл може да бъде включен в няколко директории, което означава, че може да има няколко пълни имена; тук е валидно съответствието „един файл - много пълни имена“. И в двата случая файлът се идентифицира уникално с пълното си име.
Файлът може да бъде идентифициран и чрез относително име. ОтносителноИмето на файла се определя чрез концепцията „ текуща директория" За всеки потребител във всеки даден момент една от директориите на файловата система е текущата директория и тази директория се избира от самия потребител по команда на OS. Файлова системаулавя името на текущата директория, така че след това да може да се използва като допълнение към относителните имена за образуване на пълно квалифицирано име на файл. Когато използва относителни имена, потребителят идентифицира файл чрез веригата от имена на директории, през които минава маршрутът от текущата директория до дадения файл. Например, ако текущата директория е /user, тогава относителното име на файла /user/anna/main.exe е anna/main.exe.
Някои операционни системи ви позволяват да присвоите няколко прости имена на един и същи файл, които могат да се тълкуват като псевдоними. В този случай, точно както в система с мрежова структура, се установява съответствието „един файл - много пълни имена“, тъй като всяко просто име на файл съответства на поне едно пълно име.
И въпреки че пълното име уникално идентифицира файла, за операционната система е по-лесно да работи с файла, ако има съответствие едно към едно между файловете и техните имена. За целта присвоява файла единствен по рода сииме, така че е валидно съотношението „един файл – едно уникално име“. Уникалното име съществува заедно с едно или повече символични имена, присвоени на файла от потребители или приложения. Уникалното име е цифров идентификатор и е предназначено само за операционната система. Пример за това уникално име file е номерът на inode в UNIX система.
Монтаж
Общо взето изчислителна системаможе да има множество дискови устройства. Дори типично Персонален компютъробикновено има един твърд диск, един твърд диск дискетии CD устройство. Мощните компютри обикновено са оборудвани с голяма сума дискови устройства, на който са инсталирани дискови пакети. При това дори един физическо устройствоизползването на инструменти на операционната система може да бъде представено под формата на няколко логически устройства, по-специално чрез разделяне дисково пространствона секции. Възниква въпросът: как да организираме съхранение на файлове в система с няколко устройства? външна памет?
Първото решение е, че всяко устройство хоства самостоятелна файлова система, тоест файловете, разположени на това устройство, са описани от дърво на директории, което по никакъв начин не е свързано с дърветата на директориите на други устройства. В този случай, за да идентифицира уникално файла, потребителят трябва да посочи идентификатор заедно със съставното символно име на файл логическо устройство. Пример за такова автономно съществуване на файлови системи е операционната система. MS-DOS система, в който пълното име на файла включва буквения идентификатор на логическото устройство. Така че, когато осъществява достъп до файл, разположен на устройство A, потребителят трябва да посочи името на това устройство: A:\privat\letter\uni\let1.doc.
Друга възможност е да се организира съхранението на файлове по такъв начин, че на потребителя да се даде възможност да комбинира файлови системи, разположени на различни устройства, в една файлова система, описана от едно дърво на директории. Тази операция се нарича монтаж. Нека да разгледаме как се извършва тази операция, използвайки UNIX OS като пример.
Сред всички налични логически в системата дискови устройстваОперационната система разпределя едно устройство, наречено системно устройство. Нека има две файлови системи, разположени на различни логически устройства (фиг. 20), и едно от устройствата е системното устройство.
Файлова система, разположена на системен диск, се присвоява на root. За да свържете файлови йерархии в основната файлова система, се избира някаква съществуваща директория, в в този пример– справочник. След като монтирането приключи, избраната директория man става основната директория на втората файлова система. Чрез тази директория монтираната файлова система се прикачва като поддърво към общото дърво (фиг. 21).
Ориз. 20. Две файлови системи преди монтиране
Ориз. 21. Споделена файлова система след монтиране
След като се монтира споделена файлова система, няма логическа разлика за потребителя между основната и монтираната файлова система; по-специално, именуването на файлове се извършва по същия начин, както ако първоначално е била една файлова система.
Атрибути на файла
Понятието „файл“ включва не само данните и името, които съхранява, но и неговите атрибути. Атрибути на файла– това е информация, описваща свойствата на файла. Примери за възможни файлови атрибути:
тип файл (обикновен файл, директория, специален файл и др.);
собственик на файл;
създател на файлове;
парола за достъп до файла;
информация за разрешените операции за достъп до файлове;
време на създаване, последен достъп и последна промяна;
текущия размер на файла;
максимален размерфайл;
знак „само за четене”;
знак “скрит файл”;
знак “ системен файл”;
знак “архивен файл”;
атрибут „двоичен/знаков”;
атрибут „временен“ (премахва се след приключване на процеса);
блокиращ знак;
дължина на записа във файла;
указател към ключовото поле в записа;
дължина на ключа.
Наборът от файлови атрибути се определя от спецификата на файловата система: във файловите системи различни видовеМогат да се използват различни набори от атрибути за характеризиране на файлове. Например, във файлови системи, които поддържат плоски файлове, няма нужда да използвате последните три атрибута в списъка, които са свързани с файловата структура. В еднопотребителска операционна система наборът от атрибути няма да има характеристики, свързани с потребителите и сигурността, като собственик на файла, създател на файла, парола за достъп до файла, информация за оторизиран достъп до файла.
Потребителят може да има достъп до атрибути, като използва средствата, предоставени за тази цел от файловата система. Обикновено можете да четете стойностите на всеки атрибут, но променяте само някои. Например потребител може да промени разрешенията на файл (при условие, че има необходимите разрешения за това), но не може да промени датата на създаване или текущия размер на файла.
Стойностите на файловите атрибути могат да се съдържат директно в директории, както се прави във файловата система MS-DOS (фиг. 22, А). Фигурата показва структурата на запис в директория, съдържащ просто символно име и файлови атрибути. Тук буквите показват характеристиките на файла: R - само за четене, A - архивиран, H - скрит, S - системен.
Ориз. 22. Структура на директорията:
А– MS-DOS структура на запис на директория (32 байта); b– Структура на директория на UNIX OS
Друга възможност е да поставите атрибути в специални таблици, когато каталозите съдържат само връзки към тези таблици. Този подход е реализиран например във файловата система ufs на операционната система UNIX. В тази файлова система структурата на директорията е много проста. Записът за всеки файл съдържа кратко символно име на файл и указател към дескриптора на файловия индекс, това е името в ufs за таблицата, в която са концентрирани стойностите на атрибутите на файла (фиг. 22, b).
И в двете версии директориите осигуряват връзка между имената на файловете и самите файлове. Подходът за разделяне на името на файла от неговите атрибути обаче прави системата по-гъвкава. Например, един файл може лесно да бъде включен в няколко директории наведнъж. Записите за този файл в различни директории може да имат различни прости имена, но полето за връзка ще има същия номер на inode.
Свързана информация.
Потребителите имат достъп до файлове чрез символични имена. Въпреки това, ако има много файлове и човешката памет е ограничена, за потребителя е трудно да запомни всички имена на файлове и да намери желания файл сред много стотици файлове. Йерархичната организация на пространството от имена може значително да опрости тези задачи. Ето защо повечето файлови системи имат йерархична структура, в която нивата се създават чрез позволяване на директория от по-ниско ниво да се съдържа в директория от по-високо ниво (Фигура 18).
Графиката, описваща йерархията на директорията, може да бъде дърво или мрежа. Директориите образуват дърво, ако файлът може да бъде включен само в една директория (фиг. 18, c), и мрежа - ако файлът може да бъде включен в няколко директории наведнъж (фиг. 18, b). Например в MS-DOS и Windows директориите образуват дървовидна структура, докато в UNIX те образуват мрежова структура. Директорията от най-високо ниво се нарича основна директория или root.
Ориз. 18. Йерархия на файловите системи: а) - едностепенна; б) - мрежа; в) - дървовиден
С тази организация потребителят е освободен от запомнянето на имената на всички файлове; той трябва само да има груба представа към коя група може да бъде приписан даден файл, за да го намери чрез последователно преглеждане на директории. Йерархичната структура е удобна за многопотребителска работа - всеки потребител със своите файлове е локализиран в собствена директория или поддърво от директории, като в същото време всички файлове в системата са логически свързани.
Специален случай на йерархична структура е организация на едно ниво, когато всички файлове са включени в една основна директория Фиг. 18, а.
Имена на файлове
Всички типове файлове имат символични имена. Йерархично организираните файлови системи обикновено използват три типа имена на файлове: прости, съставни и относителни.
просто, или кратко, символно име, идентифицира файл в рамките на една директория. Прости имена се присвояват на файлове от потребители и програмисти. Във файловата система FAT дължината на имената първоначално беше ограничена до схема 8.3 (8 знака - самото име, 3 знака - разширението на името), това име на файл е кодирано с ASCII кодове. В съвременните файлови системи това име се нарича кратко. Въпреки това е много по-удобно за потребителя да работи с дълги имена, защото те ви позволяват да дадете на файловете лесни за запомняне имена, които ясно показват какво се съдържа във файла. Следователно съвременните файлови системи поддържат дълги символни имена на файлове. Името на файла може да съдържа до 255 знака. Дълго имекодиран с UNICODE код. Примери за прости имена на файлове: ul.doc; task.exe, лабораторна работа.doc.
В файловите системи с йерархично дърво е разрешено различните файлове да имат еднакви прости символни имена, при условие че принадлежат към различни директории. За еднозначно идентифициране на файл в такива системи се използва пълното име.
Пълно имее верига от прости символни имена на всички директории, през които преминава пътят от главна директориякъм този файл. По този начин пълното име е съставно име, в което простите имена са разделени едно от друго с разделителя, приет в ОС. На фиг. 20 c) два файла имат просто име main.exe, но съставните им имена \depart\main.exe и \user\anna\main.exe са различни.
Файлът може да бъде идентифициран и чрез относително име. Родствено име файл се дефинира чрез понятието „текуща директория“. За всеки потребител във всеки даден момент една от директориите на файловата система е текущата директория и тази директория се избира от самия потребител. Файловата система улавя името на текущата директория, така че след това да може да го използва като допълнение към относителните имена, за да формира пълното име на файл. Когато използва относителни имена, потребителят идентифицира файл чрез веригата от имена на директории, през които минава маршрутът от текущата директория до дадения файл.
Автономен FS. Асоциация на ФС. Монтаж .
Потребителите имат достъп до файлове чрез символични имена. Човешката памет обаче ограничава броя на имената на обекти, които потребителят може да посочи по име. Йерархичната организация на пространството от имена ви позволява значително да разширите тези граници. Ето защо повечето файлови системи имат йерархична структура, в която нивата се създават чрез позволяване на директория от по-ниско ниво да се съдържа в директория от по-високо ниво.
Ориз.Йерархия на файловата система
Мощните компютри, като правило, са оборудвани с голям брой дискови устройства, на които са инсталирани дискови пакети. С помощта на инструменти на ОС едно физическо устройство може да бъде представено като няколко логически устройства чрез разделяне на дисковото пространство на дялове. Възниква въпросът: как да организираме съхранение на файлове в система, която има няколко външни устройства с памет?
Всяко устройство разполага с автономна файлова система, тоест файловете, разположени на това устройство, се описват от дърво на директории, което по никакъв начин не е свързано с дърветата на директориите на други устройства. В този случай, за да идентифицира уникално файла, потребителят трябва да посочи идентификатора на логическото устройство заедно със съставното символно име на файл. (MS-DOS система, в която пълното име на файла включва буквата на логическото устройство: например A:\privat\letter\uni\let1.doc.)
организиране на съхранение на файлове, при което на потребителя се дава възможност да комбинира файлови системи, разположени на различни устройства, в една файлова система, описана от едно дърво на директории. Тази операция се нарича монтаж .
Нека да разгледаме как се извършва тази операция, използвайки UNIX OS като пример. Сред всички логически дискови устройства, налични в системата, операционната система разграничава едно устройство, наречено системно. Нека има две файлови системи, разположени на различни логически устройства (фиг. 4), и едно от устройствата е системното устройство. Файловата система, разположена на системния диск, се обозначава като основна. За да свържете файлови йерархии в основната файлова система, се избира съществуваща директория, в този пример директорията man. След като монтирането приключи, избраната директория man става основната директория на втората файлова система. Чрез тази директория монтираната файлова система се прикачва като поддърво към общото дърво (фиг. 5). След като се монтира споделена файлова система, няма логическа разлика за потребителя между главната и монтираната файлова система; по-специално, именуването на файлове се извършва по същия начин, както ако това е била единична файлова система от самото начало.
Ориз.Споделена файлова система след монтиране
1.7. Логическа файлова организация
Като цяло данните, съдържащи се във файл, имат определена логическа структура. Поддържането на структурата на данните може или да бъде поверено изцяло на приложението, или в една или друга степен тази работа може да бъде поета от файловата система.
Структуриран и неструктуриран файл
В първия случай, когато всички действия, свързани със структурирането и интерпретирането на съдържанието на файла като цяло се отнасят до поддръжката на приложението, файлът се представя на FS неструктуриран последователност от данни. Едно приложение прави I/O заявки към файловата система, използвайки системни инструменти, общи за всички приложения, като например определяне на отместването от началото на файла и броя на байтовете за четене или запис. Потокът от байтове, получен от приложението, се интерпретира в съответствие с логиката, вградена в програмата. Например, компилаторът генерира, а редакторът на връзки приема много специфичен формат на програмния обектен модул. Освен това файловият формат, в който се съхранява обектният модул, е известен само на тези програми. Подчертаваме, че интерпретацията на данните няма нищо общо с действителния начин, по който те се съхраняват във файловата система. Файловият модел, при който съдържанието на файл е представено като неструктурирана последователност (поток) от байтове, стана популярен с операционната система UNIX и сега се използва широко в повечето съвременни операционни системи, включително MS-DOS, Windows NT/2000 , NetWare. Неструктурираният файлов модел улеснява организирането на споделяне на файлове между множество приложения: различни приложениямогат да структурират и интерпретират данните, съдържащи се във файла, по свой собствен начин.
Друг файлов модел, който се използва в OS/360, DEC RSX и VMS, но рядко се използва днес, е структуриран файл. В този случай поддържането на файловата структура е поверено на файловата система. Файловата система разглежда файла като подредена последователност от логически записи. Едно приложение може да се свърже с файловата система с I/O заявки на ниво запис, например „прочетете запис 25 от файла FILE.DOC.“ Файловата система трябва да има информация за файловата структура, достатъчна за избор на всеки запис. Файловата система дава на приложението достъп до записа и цялата по-нататъшна обработка на данните, съдържащи се в този запис, се извършва от приложението. Развитието на този подход станаха системи за управление на бази данни (СУБД), които поддържат не само сложна структураданни, но и връзките между тях.
Файлово структуриране
Логичен записе най-малкият елемент от данни, с който може да работи програмист, когато организира обмен с външно устройство. Дори ако физическата комуникация с устройството се осъществява в големи единици, операционната система трябва да предостави на програмиста достъп до един логически запис. Файловата система може да използва два начина за достъп до логически записи:
позиционирайте файла за запис с посочен номер(директен достъп).
Методи на структуриране :
Размерът на записа е фиксиран във файл и записите в различни файлове, принадлежащи към една и съща файлова система, могат да имат различни размери. В този случай достъпът до n-тия запис на файла се осъществява или чрез последователно четене на (n-1) предишни записи, или директно на адреса, изчислен по неговия сериен номер. Например, ако L е дължината на записа, тогава началната n-ти адресзаписът е равен на Lxn.
Представяне на данни като поредица от записи, чийто размер варира в рамките на един файл. За търсене желания записсистемата трябва да прочете всички предишни записи последователно. Невъзможно е да се изчисли адресът на необходимия запис по неговия номер при такава логическа организация на файла и следователно не може да се използва повече ефективен методдиректен достъп...
Индексираните файлове позволяват по-бърз директен достъп до отделен логически запис. Записите имат едно или повече ключови (индексни) полета и могат да бъдат адресирани чрез указване на стойностите на тези полета. За бързо търсенепредоставени са данни в индексирания файл специална индексна таблица,в който стойностите на ключовите полета са присвоени на адреса на външната памет. Този адрес може да сочи или директно към търсения запис, или към някаква област от външната памет, заета от няколко записа, които включват търсения запис. Файловата система поема поддръжката на индексните таблици. Ясно е, че записите в индексираните файлове могат да бъдат с произволна дължина.
Всичко по-горе се отнася в по-голяма степен за редовни файлове, които могат да бъдат структурирани или неструктурирани. Що се отнася до другите видове файлове, те имат определена структура, която е известна на файловата система. Например, файловата система трябва да разбира структурата на данните, съхранявани в файлова директорияили тип файл "символна връзка».
Файловете на компютъра се създават и поставят въз основа на системни принципи. Благодарение на тяхното внедряване, потребителят получава възможност за удобен достъп необходимата информациябез да се замислям сложни алгоритмидостъп до него. Как са организирани файловите системи? Кои са най-популярните днес? Какви са разликите между удобните за компютър файлови системи? А тези, използвани в мобилните устройства – смартфони или таблети?
Файлови системи: Определение
Според общата дефиниция файловата система е набор от алгоритми и стандарти, използвани за организиране ефективен достъппотребител на компютър към данни, намиращи се на компютъра. Някои експерти го смятат за част от други ИТ експерти, като признават факта, че той е пряко свързан с операционната система, смятат, че файловата система е независим компонент от управлението на компютърни данни.
Как са били използвани компютрите преди изобретяването на файловата система? Информатиката - като научна дисциплина - е записала факта, че за дълго времеуправлението на данните се извършва чрез структуриране в рамките на алгоритми, вградени в специфични програми. По този начин един от критериите за файлова система е да има стандарти, които са еднакви за повечето програми, които имат достъп до данни.
Как работят файловите системи
Файловата система е преди всичко механизъм, който включва използването на компютърни хардуерни ресурси. Като правило тук говорим за магнитни или лазерна медия - твърди дискове, CD, DVD, флашки, дискети, които все още не са остарели. За да разберем как работи съответната система, нека дефинираме какво представлява самият файл.
Според общоприетата дефиниция сред IT експертите, това е област от данни с фиксиран размер, изразена в основни единици информация - байтове. Файлът се намира на дисков носител, обикновено под формата на няколко взаимосвързани блока, които имат специфичен „адрес“ за достъп. Файловата система определя същите тези координати и от своя страна ги „докладва“ на операционната система. Което ясно предава съответните данни на потребителя. Данните се осъществяват, за да бъдат прочетени, модифицирани или създадени нови. Специфичен алгоритъмРаботата с "координатите" на файловете може да бъде различна. Зависи от вида на компютъра, операционната система, спецификата на съхраняваните данни и други условия. Защото има различни видовефайлови системи. Всеки от тях е оптимизиран за използване на конкретна операционна система или за работа с определени типове данни.
Адаптация дискови носителида се използва чрез алгоритмите на определена файлова система се нарича форматиране. Съответните хардуерни елементи на диска - клъстери - са подготвени за последващо записване на файлове в тях, както и четенето им в съответствие със стандартите, заложени в конкретна система за управление на данни. Как да променя файловата система? В повечето случаи това може да стане само чрез преформатиране на носителя за съхранение. По правило файловете се изтриват. Има обаче вариант, при който, използвайки специални програми, все още е възможно, въпреки че това обикновено изисква много време, да промените системата за управление на данни, оставяйки последната недокосната.
Файловите системи не работят без грешки. Възможно е да има някои неуспехи в организацията на работа с блокове от данни. Но в повечето случаи те не са критични. По правило няма проблеми с това как да коригирате файловата система или да премахнете грешки. В Windows OS, по-специално, има вградени софтуерни решения, достъпен за всеки потребител. Като например програмата за проверка на диска.
Разновидности
Какви видове файлови системи са най-често срещаните? Вероятно преди всичко тези, използвани от най-популярната компютърна операционна система в света - Windows. Основните файлови системи на Windows са FAT, FAT32, NTFS и техните различни модификации. Заедно с компютрите, смартфоните и таблетите придобиха популярност. Повечето от тях, ако говорим за глобалния пазар и не вземаме предвид разликите в технологичните платформи, се управляват от Android и iOS OS. Тези операционни системи използват свои собствени алгоритми за работа с данни, които са различни от тези, които характеризират файловите системи на Windows.
Стандарти, отворени за всички
Имайте предвид, че в напоследъкна световния пазар на електроника има известна унификация на стандартите по отношение на операционната система с различни видоведанни. Това може да се види в два аспекта. Първо, различни устройства, работещи с два различни типа ОС, често използват една и съща файлова система, която е еднакво съвместима с всяка ОС. второ, модерни версииОперационните системи, като правило, са в състояние да разпознаят не само техните типични файлови системи, но и тези, които традиционно се използват в други операционни системи - както чрез вградени алгоритми, така и чрез използване на трети страни софтуер. Например, модерен Linux версии, като правило, разпознават маркираните файлови системи за Windows без проблеми.
Структура на файловата система
Въпреки факта, че видовете файлови системи са представени в доста големи количества, те обикновено работят на много сходни принципи ( обща схемание очертахме по-горе) и в рамките на подобни структурни елементи или обекти. Нека да ги разгледаме. Кои са основните обекти на файловата система?
Един от ключовите е - Това е изолирана област с данни, в която могат да се поставят файлове. Структурата на директорията е йерархична. Какво означава? Една или повече директории могат да се намират в друга. Което от своя страна е част от „превъзходното“. Най-важното е основната директория. Ако говорим за принципите, на които работи файловата система на Windows - 7, 8, XP или друга версия - основната директория е логическо устройство, обозначено с буква - обикновено C, D, E (но можете да конфигурирате всяко, което е на английска азбука). Що се отнася например до операционната система Linux, основната директория там е магнитният носител като цяло. В тази и други операционни системи, базирани на нейните принципи - като Android - логически устройстване се използват. Възможно ли е да съхранявате файлове без директории? да Но това не е много удобно. Всъщност комфортът при използване на компютър е една от причините за въвеждане на принципа на разпределяне на данни в директории във файловите системи. Между другото, те могат да бъдат наречени по различен начин. В Windows директориите се наричат папки, в Linux те са основно същите. Но традиционното име за директории в тази операционна система, използвано от много години, е „директории“. Както в предишните Windows и Linux OS - DOS, Unix.
Сред IT специалистите няма ясно мнение дали да се чете файла структурен елементсъответна система. Тези, които смятат, че това не е съвсем правилно, аргументират своята гледна точка, като казват, че системата може лесно да съществува без файлове. Дори това да е безполезно явление от практическа гледна точка. Дори ако няма записани файлове на диска, съответната система може все още да присъства. Обикновено магнитните носители, продавани в магазините, не съдържат никакви файлове. Но те вече имат съответна система. Друго мнение е, че файловете трябва да се считат за неразделна част от системите, от които се управляват. Защо? Но тъй като, според експертите, алгоритмите за тяхното използване са адаптирани предимно за работа с файлове в рамките на определени стандарти. Въпросните системи не са предназначени за друго.
Друг елемент, присъстващ в повечето файлови системи, е област с данни, съдържаща информация за местоположението на конкретен файл определено място. Тоест можете да поставите пряк път на едно място на диска, но в същото време е възможно да осигурите достъп до желаната областданни, които се намират в друга част от носителя. Можете да считате, че преките пътища са пълноценни обекти на файловата система, ако сте съгласни, че файловете също са такива.
По един или друг начин няма да е грешка да кажем, че и трите типа данни - файлове, преки пътища и директории - са елементи на съответните им системи. Поне тази теза ще отговаря на една от общите гледни точки. Най-важният аспектхарактеризиращи как работи файловата система са принципите на именуване на файлове и директории.
Имена на файлове и директории на различни системи
Ако сме съгласни, че файловете все още са компоненти на съответстващите им системи, тогава си струва да ги разгледаме основна структура. Кое е първото нещо, което трябва да се отбележи? За удобство на организиране на достъп до тях в повечето модерни системиуправлението на данни предоставя структура за именуване на файлове на две нива. Първото ниво е името. Второто е разширяването. Да вземем за пример музикален файлТанц.mp3. Танцът е името. Mp3 - разширение. Първият има за цел да разкрие на потребителя същността на съдържанието на файла (и програмата да бъде ръководство за бърз достъп). Второто показва типа на файла. Ако е Mp3, тогава е лесно да се досетите, че говорим за музика. Файлове с Разширение на док- това са, като правило, документи, Jpg - снимки, Html - уеб страници.
Директориите от своя страна имат структура от едно ниво. Те имат само име, без разширение. Ако говорим за разликите между различни видовесистеми за управление на данни, тогава първото нещо, на което трябва да обърнете внимание, са именно принципите на именуване на файлове и директории, внедрени в тях. По отношение на Windows OS спецификата е следната. В най-популярната операционна система в света файловете могат да бъдат именувани на всеки език. Максимална дължина, обаче е ограничено. Точният интервал зависи от използваната система за управление на данни. Обикновено тези стойности варират от 200-260 знака.
Общо правило за всички операционни системи и съответните им системи за управление на данни е, че файлове с еднакви имена не могат да се намират в една и съща директория. В Linux има известна „либерализация“ на това правило. В една и съща директория може да има файлове с еднакви букви, но в различен регистър. Например Dance.mp3 и DANCE.mp3. Това не е възможно при Windows OS. Същите правила са установени и по отношение на поставянето на директории в други.
Адресиране на файлове и директории
Адресиране на файлове и директории - съществен елементсъответна система. В Windows персонализираният му формат може да изглежда така: C:/Documents/Music/ - това е достъп до директорията Music. Ако се интересуваме от някои конкретен файл, тогава адресът може да изглежда така: C:/Documents/Music/Dance.mp3. Защо "по поръчка"? Факт е, че на ниво хардуерно и софтуерно взаимодействие между компютърните компоненти структурата на достъпа до файлове е много по-сложна. Файловата система определя местоположението на файловите блокове и взаимодейства с операционната система в до голяма степен скрити операции. Въпреки това е изключително рядко за потребител на компютър да се наложи да използва други формати на „адреси“. Почти винаги файловете се осъществяват в посочения стандарт.
Сравнение на файлови системи за Windows
Учили сме основни принципифункциониране на файлови системи. Нека сега разгледаме характеристиките на най-често срещаните им видове. Най-често използваните файлови системи в Windows са FAT, FAT32, NTFS и exFAT. Първият от тази серия се счита за остарял. В същото време дълго време той беше един вид флагман на индустрията, но с разрастването на компютърната технология неговите възможности вече не отговаряха на нуждите на потребителите и нуждите от ресурси на софтуера.
Проектиран да замести FAT файлсистемата е FAT32. Според много ИТ експерти сега той е най-популярен, ако говорим за пазара на персонални компютри Windows контрол. Най-често се използва при съхраняване на файлове на твърди дискове и флашки. Също така може да се отбележи, че тази система за управление на данни се използва доста редовно в модули памет на различни цифрови устройства - телефони, фотоапарати. Основното предимство на FAT32, което се подчертава от ИТ експертите, е по този начин, въпреки факта, че тази файлова система е създадена от Microsoft, повечето съвременни операционни системи, включително инсталираните на определен тип цифрово оборудване, могат да работят с данни в рамките на вградените в тях алгоритми.
Системата FAT32 има и редица недостатъци. На първо място, можем да отбележим ограничението за размера на един взет файл - той не може да бъде повече от 4 GB. Освен това системата FAT32 не може да има вградена използвайки Windowsпосочете логически диск, чийто размер ще бъде по-голям от 32 GB. Но това може да стане чрез инсталиране на допълнителен специализиран софтуер.
други популярна системаСистемата за управление на файлове, разработена от Microsoft, е NTFS. Според някои ИТ експерти той превъзхожда FAT32 по повечето параметри. Но тази теза е вярна, когато говорим за компютър с Windows. NTFS системане е толкова гъвкав като FAT32. Особеностите на нейното функциониране правят използването на тази файлова система не винаги удобно, особено на мобилни устройства. Едно от ключовите предимства на NFTS е надеждността. Например в случаите, когато харддискАко захранването внезапно спре, вероятността файловете да бъдат повредени е сведена до минимум благодарение на алгоритмите за дублиране на достъп до данни, предоставени в NTFS.
Една от най-новите файлови системи на Microsoft е exFAT. По най-добрия начинадаптирана е за флашки. Основни принципиРаботата в него е същата като във FAT32, но има и значителна модернизация в някои аспекти: например няма ограничения за размера на един файл. По същото време exFAT система, както отбелязват много ИТ експерти, са сред тези, които имат ниска гъвкавост. На компютри, различни от Windows, обработката на файлове може да е трудно, когато използвате exFAT. Освен това, дори в някои версии на самия Windows, като например XP, данните на дискове, форматирани с помощта на exFAT алгоритми, може да не са четими. Ще трябва да инсталирате допълнителен драйвер.
Обърнете внимание, че поради използването на доста широк набор от файлови системи в Windows OS, потребителят може да изпита периодични затруднения по отношение на съвместимостта различни устройствас компютър. В някои случаи, например, трябва да инсталирате драйвера на WPD файловата система ( Windows PortableУстройства - технология, използвана при работа с преносими устройства). Понякога потребителят може да не го има под ръка, което води до външен носителОперационната система може да не го разпознае. WPD файловата система може да изисква допълнителни софтуерадаптиране към работната среда на конкретен компютър. В някои случаи потребителят ще бъде принуден да се свърже с ИТ специалисти, за да разреши проблема.
Как да определите коя файлова система - exFAT или NTFS, или може би FAT32 - е оптимална за използване в конкретни случаи? Препоръките на IT специалистите като цяло са следните. Могат да се използват два основни подхода. Според първия е необходимо да се прави разлика между типичния файл твърди системидискове, както и такива, които са по-добре адаптирани към флашки. FAT и FAT32, според много експерти, са по-подходящи за флаш устройства, NTFS - за твърди дискове (поради технологичните характеристики на работа с данни).
При втория подход размерът на носача има значение. Ако говорим за използване на сравнително малък обем диск или флаш устройство, можете да го форматирате в системата FAT32. Ако дискът по-голям размер, тогава можете да опитате exFAT. Но само ако носителят не е предназначен за използване на други компютри, особено тези, които не са оборудвани с най-много най-новите версии Windows. Ако говорим за големи твърди дискове, включително външни, тогава е препоръчително да ги форматирате в NTFS. Това са приблизително критериите, по които може да се избере оптималната файлова система - exFAT или NTFS, FAT32. Тоест, трябва да използвате някой от тях, като вземете предвид размера на носителя, неговия тип, както и версията на операционната система, на която основно се използва устройството.
Файлови системи за Mac
Друга популярна софтуерна и хардуерна платформа на световния пазар компютърно оборудване- Macintosh от Apple. Компютрите в тази линия работят с операционна система Mac OS. Какви са характеристиките на организирането на работа с файлове на Mac компютри? Повечето съвременни компютри на Apple използват базирани на файлове Mac система OS Extended. Преди в Компютри Mac работаданните се управляват в съответствие със стандартите HFS.
Основното, което може да се отбележи по отношение на неговите характеристики е, че диск, управляван от Mac OS Extended файловата система, може да побере много големи файлове - можем да говорим за няколко милиона терабайта.
Файлова система в устройства с Android
Най-популярната операционна система за мобилни устройства - форма на електронна технология, която не отстъпва по популярност на компютрите - е Android. Как се управляват файлове на устройства от съответния тип? Нека първо отбележим, че тази операционна система всъщност е „мобилна“ адаптация на операционната система Linux, която благодарение на отворения код програмен код, може да се модифицира за използване на широк набор от устройства. Следователно управлението на файлове в мобилните устройства е под Android управлениеизвършва се като цяло според същите принципи като в Linux. Отбелязахме някои от тях по-горе. По-специално, управлението на файлове в Linux се извършва без разделяне на носителя на логически устройства, както се случва в Windows. Какво друго интересно съдържа файлът? Android система?
Основната директория в Android обикновено е област с данни, наречена /mnt. Съответно и адресът желания файлможе да изглежда така: /mnt/sd/photo.jpg. Освен това има още една функция на системата за управление на данни, която е внедрена в тази мобилна ОС. Факт е, че флаш паметта на устройството обикновено се класифицира в няколко раздела, като например System или Data. В същото време първоначално даден размерВсеки от тях не може да бъде променен. Може да се намери приблизителна аналогия по отношение на този технологичен аспект, като се помни, че е невъзможно (освен ако не използвате специален софтуер) да промените размера логически устройствана Windows. Трябва да се поправи.
Друг интересна функцияорганизиране на работа с файлове в Android - съответната операционна система, като правило, записва нови данни в определена област на диска - Data. Работата, например, със секцията System не се извършва. Следователно, когато потребителят активира функцията за нулиране софтуерни настройкисмартфон или таблет до „фабрично“ ниво, тогава на практика това означава, че тези файлове, записани в областта за данни, просто се изтриват. Разделът System по правило остава непроменен. Освен това потребителят, без да разполага със специализиран софтуер, не може да прави корекции на съдържанието в Системата. Процедурата, свързана с актуализиране на системната област за съхранение в устройство с Android, се нарича мигане. Това не е форматиране, въпреки че и двете операции често се извършват едновременно. По правило мигането се използва за инсталиране на мобилно устройствопо-нова версия на Android OS.
По този начин, ключови принципи, на базата на които работи файловата система на Android - липсата на логически устройства, както и стриктно разграничаване на достъпа до системни и потребителски данни. Не може да се каже, че този подход е коренно различен от този, приложен в Windows, но според много ИТ експерти операционната система на Microsoft предлага на потребителите няколко по-голяма свободапри работа с файлове. Въпреки това, както смятат някои експерти, това не може да се счита за явно предимство на Windows. „Либералният“ режим по отношение на управлението на файлове се използва, разбира се, не само от потребителите, но и от компютърни вируси, на които Windows е много податлив (за разлика от Linux и неговата "мобилна" реализация в Android форма). Това според експертите е една от причините да има толкова малко вируси за устройства с Android - от чисто технологична гледна точка те не могат да функционират пълноценно в операционна среда, която работи на принципите на строг контрол на достъпа до файлове.
Основната функция на всяка файлова система е да разпределя дисковото пространство в наименувани области - файлове. Файлова системаextXе организиран изключително просто, неговите файлове са просто последователности от байтове. Те са достъпни като текстови или двоични данни, но се различават само по съдържание, не по структура или метод на достъп. Тази система е универсална, тъй като не прави никакви предположения относно вътрешната структура на данните на даден файл и всяко външно устройство, както и друг процес, се осъществява достъп като че ли е обикновен файл. Времевите характеристики на файловата система се определят до голяма степен от скоростта на твърдите дискове и използването на методи за кеширане, съчетано с четене напред на непоискани файлови блокове и използването на мързеливо писане, позволяват файловете да бъдат обработвани доста ефективно. Йерархията на файловата система е изградена под формата на дърво (фиг.1 ), той премахва всички ограничения върху дължината на името на файла и постфикса. Достъп до редовен дискови файлове, директории, специални файлове - идентични.
Ориз. 1 . Йерархията на файловата система extX е изградена под формата на дърво.
Обикновените файлове се намират в адресируеми блокове данни на диска и съдържат информация, която потребителят въвежда в тях. Файлове са и готови за изпълнение програми, обектни модули и др. Системата не налага никакви ограничения върху вътрешна структураинформация, съхранявана във файла. Структурата на информацията се контролира от потребителя, а не от системата; най-вече различни формати, които са известни само на програмите, които създават тези файлове или ги използват. Редовният файл е байтов масив с директен достъп, но текстови файловев е обичайно да се оформят под формата на струни произволна дължина, разделени един от друг със знак за нов ред.
Директориите са папки, в които се съхраняват файлове, групирани по някаква произволна характеристика (например изпълними програми, текстови документи, библиотеки и библиотечни модули, изходни кодове на програми и др.). Групи от директории, от своя страна, могат да образуват логически том с главна главна директория, на която може да се монтира определена файлова система. Директориите съдържат информация за файловете: имена, дължини, размери, методи за достъп, режими и типове. Директориите съдържат важна информацияотносно файловете, така че те са защитени от механизмите на операционната система. Необходими са системни привилегии за писане и четене на информация от файл на директория (за разлика от обикновен файл). Във всички останали отношения директорията, от гледна точка на ОС, е същият обикновен файл.
Системата използва универсална конвенция за именуване: пълното име се състои от верига от имена на директории, през които минава маршрутът от корена на дървото (главната директория) до самия файл.
Например, за да изберете файла “client .c” (фиг. 1), намиращ се в директория “c”, който се намира в директория “tcp”, която от своя страна се намира в директория “usr” и , съответно в директорията „root“ (фиг. 1) се използва следният символен низ: /usr /tcp /c /client .c . Ако символен низ започва със знак (/), тогава търсенето започва в основната директория на цялата файлова система. Име на маршрут, което не започва със знак (/), кара операционната система да започне търсене от текущата директория.
Системата винаги свързва всеки потребител с определена директория. Когато влезете с помощта на командата за влизане, автоматично се поставяте в директория, наречена home. Тази директория се задава от системния администратор, когато се регистрирате като потребител. Ако вашето потребителско име е например inter, тогава след като въведете командата login inter и въведете паролата в отговор на подканата за парола, ще влезете и автоматично ще бъдете преместени в директорията /home /inter. Разбира се, след това можете да използвате командата cd (Change Directory), за да промените текущата си директория на каквато искате.
Във входно-изходната система всичко външни устройстватретирани като файлове, на които е разрешено извършването на обичайното файлови операции. Разбира се, има драйвери за устройства, но интерфейсът с тях е предназначен за потребителя като достъп до специален файл. Специалните файлове са средство за унифициране на входно-изходната система.
Всяко свързано устройство(терминал, дискове, принтер и др.), съответства на поне един специален файл. Повечето от тези специални файлове се съхраняват в директорията /dev (Фигура 1):
$ cd /dev
$ ls -l
контролен панел на конзолната система
dsk части на диск
fd 0 дискета 1
mem памет
l p принтер
l р0 паралелен порт 0
коренна част на диска за основната файлова система
размяна разменна част
syscon алтернативно име за конзолата
systty е другото име на системната конзола
термин директория за терминали
ttyS 0 сериен порт 0 (COM 1)
Когато програма пише в такъв специален файл, операционната система ги прихваща и ги изпраща на устройство, като например принтер). Когато четете данни от този тип файл, те всъщност се получават от устройство, като например диск. Програмата не трябва да отчита характеристиките на работа на входно-изходното устройство. За тази цел се използват специални файлове (драйвери), които действат като интерфейс между компонентите на ядрото на ОС и приложни програми с общо предназначение. Системата открива разликата между обикновен файл и специален файл само след като е анализирала съответния inode, посочен от записа в директорията.
Inode специален файлсъдържа информация за класа на устройството, неговия тип и номер. Класът на устройството дефинира както символни, така и блокови устройства.