10124

Хранение информации. Файловая система

Реферат

Информатика, кибернетика и программирование

Файловая система Фа́йловая систе́ма англ. file system порядок определяющий способ организации хранения и именования данных на носителях информации ИТ оборудования и компьютерной техники. Она определяет формат содержимого и физического хранения информации котору...

Русский

2013-03-21

68.5 KB

43 чел.

   1 файйловая система

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации ИТ-оборудования и компьютерной техники. Она определяет формат содержимого и физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов. С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше)[1]. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

По предназначению файловые системы можно классифицировать на нижеследующие категории.

Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates — в BSD системах.

Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.

Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, HFS, UDF и др.

Виртуальные файловые системы: AEFS и др.

Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.

Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS.

Немного выпадают из общей классификации специализированные файловые системы: ZFS (собственно файловой системой является только часть ZFS), VMFS (т. н. кластерная файловая система, которая предназначена для хранения других файловых систем) и др.

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

именование файлов;

программный интерфейс работы с файлами для приложений;

отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;

содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.)В многопользовательских системах появляется ещё одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру, при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

  2 дисковая система

ДИСКОВАЯ ОПЕРАЦИОННАЯ СИСТЕМА (ДОС), компьютерная операционная система, разработанная в начале 1980-х гг. корпорацией «Майкрософт» для использования на ранних версиях персональных компьютеров IBM (International Bureau Machines). ДОС до сих пор используют на многих персональных компьютерах по всему миру, хотя ей на смену все больше приходят операционные системы типа «Виндоуз», также разработанные в «Майкрософт».

DOS— семейство операционных систем для персональных компьютеров. Ориентировано на использование дисковых накопителей, таких как жёсткий диск и дискета. DOS имеет консольную систему ввода/вывода и поддерживает три стандартных потока: stdin, stdout и stderr.DOS — 16-битная операционная система, работающая в реальном режиме, поэтому для расширения возможностей и преодоления ограничений реального режима были созданы так называемые расширители DOS. Они запускают программы в защищённом 32-битном режиме и эмулируют исходные сервисы операционной системы. Обычно они поддерживают стандарт DOS Protected Mode Interface (DPMI). Самый известный и широко используемый (в компьютерных играх) расширитель — DOS/4GW.Существует несколько ветвей ДОС для ПК. Все они схожи по наборам команд и базовой функциональности, но отличаются производительностью, стабильностью работы и дополнительными функциями.

DR-DOS (Novell DOS, Caldera DR-DOS) — выпущена Digital Research в 1991 году, перекуплена компанией Novell в 1993 году, затем компанией Caldera.

MS-DOS — выпущена компанией Microsoft в 1981 году.

LZ-DOS — неофициальная версия MS-DOS 7.1 — из ядра системы удалена картинка с Windows приветствием, файлы IO.sys и Command.com пожаты . Добавлена возможность запуска Windows 3.1 . В целом система сделана более совместимой и оптимизирована так чтобы занимать минимальный объём дискового пространства. [1]

PC DOS — выпущена компанией IBM в 1981 году.

PTS-DOS — выпущена компанией Физтех-софт в 1991 году или ранее.

Paragon DOS Pro (первоначальное название — PT$-DOS). Ветка PTS-DOS, выпущенная компанией Paragon Software после того, как её основатели, включая ведущего разработчика PTS-DOS, ушли из ФизТехСофт, основав собственную компанию. Последние версии этой ветки включают поддержку FAT32.

FreeDOS — выпущена в 1994 году. Свободная ДОС, изначально называлась PD-DOS.

FreeDOS-32 — свободная 32-битная ДОС. Не требует расширителей для запуска 32-битных приложений. Планируется избавиться и от других ограничений ДОС (поддержка других файловых систем, многозадачности и т. п.).

   3 структура жесткого диска (сторона дорожка сектор)

Гибкие диски, вставленные в дисковод, вращаются только тогда, когда операционной системе надо прочитать или записать данные. При обращении к диску загорается индикатор и включается двигатель привода диска, обеспечивающий скорость вращения 300 об./мин. (разброс в скорости вращения не более 0,5%). Скорость вращения постоянна. В том случае, когда диск вращается неравномерно или с другой скоростью, данные, записанные на гибкий диск, например на другом дисководе, прочитаны быть не могут.

Так как гибкие диски имеют магнитный слой, то для чтения/записи данных в дисководе установлены две магнитные головки, которые постоянно находятся в контакте с поверхностью гибкого диска. Для перемещения головок от одной дорожки к другой используется шаговый двигатель, который при подаче на него одного импульса напряжения поворачивается на строго определенный угол.Данные на гибкие диски записываются блоками на концентрические дорожки (tracks). Самая первая, нулевая дорожка, записывается у внешнего края гибкого диска. Количество стандартных дорожек, доступных операционной системе, на гибком диске объемом 1440 Кбайт равно 80, но следует помнить, что всегда имеются запасные дорожки, расположенные у центра диска, которые иногда используются для специальных нужд, например, защиты от копирования. Объем стандартного блока — сектора (sector) — 512 байт. Количество секторов равно 18. Соответственно, если умножить количество секторов на количество дорожек, две стороны и 512 байт, то получается:

18 х 80 х 2 х 512 = 1 474 560 байт, или 1440 Кбайт, или 1,44 Мбайт.

Секторы на дорожке записываются последовательно. Между каждым сектором остается промежуток, предназначенный для синхронизации. Данные в секторе предваряются служебной информацией, которая, например, информирует контроллер дисковода о размере сектора. Так как гибкий диск представляет собой лавсановую поверхность, покрытую сплошным ферромагнитным слоем, то для создания информационных дорожек производится его форматирование. То есть при первом использовании гибкого диска он должен быть вставлен в дисковод и с помощью программы FORMAT размечен для работы в конкретной операционной системе.

Пользователь всегда может отформатировать гибкий диск по своему усмотрению, например, создать меньше дорожек или изменить количество секторов на дорожке. Но пользоваться такой возможностью не рекомендуется без веских на то оснований, т. к. такой диск невозможно будет прочитать на другом компьютере без дополнительных усилий, скажем, запуска специальной программы. Например, программа FORMAT может запускаться с ключами т (количество дорожек) и N (число секторов). Так, для стандартного формата 1,44 Мбайта действительны следующие команды:

стандартная команда MS-DOS — FORMAT А:;

вариант С ДОПОЛНИТЕЛЬНЫМИ КЛЮЧАМИ — FORMAT A: /T:80 /N:18.

    4 структура жесткого диска ( поверхность цилиндр сектор)

Накопи́тель на жёстких магни́тных ди́сках или НЖМД (англ. hard (magnetic) disk drive, HDD, HMDD), жёсткий диск, в компьютерном сленге винче́стер, «винт», хард, харддиск — устройство хранения информации, основанное на принципе магнитной записи. Является основным накопителем данных в большинстве компьютеров.

В отличие от «гибкого» диска (дискеты), информация в НЖМД записывается на жёсткие (алюминиевые или стеклянные) пластины, покрытые слоем ферромагнитного материала, чаще всего двуокиси хрома. В НЖМД используется одна или несколько пластин на одной оси. Считывающие головки в рабочем режиме не касаются поверхности пластин благодаря прослойке набегающего потока воздуха, образующейся у поверхности при быстром вращении. Расстояние между головкой и диском составляет несколько нанометров (в современных дисках около 10 нм[1]), а отсутствие механического контакта обеспечивает долгий срок службы устройства. При отсутствии вращения дисков головки находятся у шпинделя или за пределами диска в безопасной зоне, где исключён их нештатный контакт с поверхностью дисков.

Также, в отличие от гибкого диска, носитель информации совмещён с накопителем, приводом и блоком электроники и (в персональных компьютерах в подавляющем количестве случаев) обычно установлен внутри системного блока компьютера.

Любой жёсткий диск можно представить как огромный «чистый лист», на который можно записывать данные и откуда потом их можно считать. Чтобы ориентироваться на диске, всё его пространство разбивают на небольшие «клеточки» — сектора. Сектор — это минимальная единица хранения данных на диске, обычно его размер составляет 512 байт. Все сектора на диске нумеруются: каждый из n секторов получает номер от 0 до n–1. Благодаря этому любая информация, записанная на диск, получает точный адрес — номера соответствующих секторов. Так что диск ещё можно представить как очень длинную строчку (ленточку) из секторов. Можете посчитать, сколько секторов на вaшем диске размером в N гигабайт. Представлять жёсткий диск как единый «лист» не всегда бывает удобно: иногда полезно «разрезать» его на несколько независимых листов, на каждом из которых можно писать и стирать что угодно, не опасаясь повредить написанное на других листах. Логичнее всего записывать раздельно данные большей и меньшей важности или просто относящиеся к разным вещам.Конечно, над жёстким диском следует производить не физическое, а логическое разрезание, для этого вводится понятие раздел (partition). Вся последовательность (очень длинная ленточка) секторов разрезается на несколько частей, каждая часть становится отдельным разделом. Фактически, нам не придётся ничего разрезать (да и вряд ли бы это удалось), достаточно объявить, после каких секторов на диске находятся границы разделов.

Характеристики

Интерфейс- совокупность линий связи, сигналов, посылаемых по этим линиям, технических средств, поддерживающих эти линии, и правил (протокола) обмена.

Ёмкость

Физический размер

Скорость вращения шпинделя (англ. spindle speed) — количество оборотов шпинделя в минуту

Количество операций ввода-вывода в секунду

Потребление энергии

Уровень шума

Скорость передачи данных

Объём буфера

  5 физическая запись на диск

Технологии записи данных

Принцип работы жёстких дисков похож на работу магнитофонов. Рабочая поверхность диска движется относительно считывающей головки (например, в виде катушки индуктивности с зазором в магнитопроводе). При подаче переменного электрического тока (при записи) на катушку головки, возникающее переменное магнитное поле из зазора головки воздействует на ферромагнетик поверхности диска и изменяет направление вектора намагниченности доменов в зависимости от величины сигнала. При считывании перемещение доменов у зазора головки приводит к изменению магнитного потока в магнитопроводе головки, что приводит к возникновению переменного электрического сигнала в катушке из-за эффекта электромагнитной индукции.

В последнее время для считывания применяют магниторезистивный эффект и используют в дисках магниторезистивные головки. В них изменение магнитного поля приводит к изменению сопротивления, в зависимости от изменения напряженности магнитного поля. Подобные головки позволяют увеличить вероятность достоверности считывания информации (особенно при больших плотностях записи информации).

Метод продольной записи

Биты информации записываются с помощью маленькой головки, которая, проходя над поверхностью вращающегося диска, намагничивает миллиарды горизонтальных дискретных областей — доменов. При этом вектор намагниченности домена расположен продольно, т.е. параллельно поверхности диска. Каждая из этих областей является логическим нулём или единицей, в зависимости от намагниченности.

Максимально достижимая при использовании данного метода плотность записи составляет около 23 Гбит/см². В настоящее время происходит постепенное вытеснение данного метода методом перпендикулярной записи.

Метод перпендикулярной записи

Метод перпендикулярной записи — это технология, при которой биты информации сохраняются в вертикальных доменах. Это позволяет использовать более сильные магнитные поля и снизить площадь материала, необходимую для записи 1 бита. Плотность записи у современных[когда?] образцов — 60 Гбит/см².[17]

Жёсткие диски с перпендикулярной записью доступны на рынке с 2005 года.

Метод тепловой магнитной записи

Термоассистируемая магнитная запись

Метод тепловой магнитной записи (англ. Heat-assisted magnetic recording, HAMR) на данный момент самый перспективный из существующих, сейчас он активно разрабатывается. При использовании этого метода используется точечный подогрев диска, который позволяет головке намагничивать очень мелкие области его поверхности. После того, как диск охлаждается, намагниченность «закрепляется». На рынке ЖД данного типа пока не представлены (на 2009 год), есть лишь экспериментальные образцы, плотность записи которых 150 Гбит/см².[18] Разработка HAMR-технологий ведется уже довольно давно, однако эксперты до сих пор расходятся в оценках максимальной плотности записи. Так, компания Hitachi называет предел в 2,3−3,1 Тбит/см², а представители Seagate Technology предполагают, что они смогут довести плотность записи HAMR-носителей до 7,75 Тбит/см².[19] Широкого распространения данной технологии следует ожидать в 2011—2012 годах.

 Контроль кореекция ошибок

CRC: При передаче информации по некачественным и/или разделяемым каналам связи возможны ошибки, то есть искажения передаваемой информации. Эти ошибки необходимо выявлять и исправлять. Контроль приемником информации может быть побайтным и пакетным. Побайтный метод предполагает, что каждый передаваемый байт дополняется битом четности (или нечетности), то есть в случае, когда количество единиц в передаваемом информационном байте четное, то бит равен "0", а если нечетное - то "1". Метод может применяться как при байтовой передаче, так и при пакетной передаче. Вероятность того, что ошибка не будет обнаружена, довольно велика. К этому может привести наличие четного количества ошибок в информационных битах, а также одновременное искажение информационного и контрольного битов. Пакетный метод сводится к тому, что в конце каждого передаваемого пакета добавляется контрольная сумма (длиной 8, 16 или 32 бита), которая включает в себя информацию обо всех информационных битах пакета. Метод подсчета контрольной суммы выбирается так, чтобы, с одной стороны, ее просто было вычислить, а с другой стороны, чтобы она достаточно надежно выявляла ошибки. Обычно используются контрольные суммы трех видов. a) Сумма по модулю 2 всех байтов (слов) пакета, т.е. вычисление идет по правилам: 0 + 0 = 0, 0 + 1 = 1, 1 + 1 = 0. При этом однократные ошибки (то есть одна ошибка на пакет) обнаруживаются с вероятностью 100%, двукратные (две ошибки на пакет) - с вероятностью 7/8 (так как в случае, когда две ошибки попадают в один и тот же разряд, они не могут быть обнаружены). Надо также учесть, что бывают еще и пачки ошибок (искажения нескольких битов), которые данным методом выявляются довольно плохо. Такая сумма легко и быстро считается программным путем, так как соответствующая команда вычисления суммы по модулю 2 имеется практически у всех микропроцессоров. b) Арифметическая сумма всех байтов (или слов) пакета. При ее вычислении отбрасываются старшие разряды для сохранения заданной разрядности контрольной суммы (обычно 8 или 16). Однократные ошибки обнаруживаются с вероятностью 100%. Вероятность необнаружения двукратных ошибок в наихудшем случае составляет 1/8 * 1/4 = 1/32. Такая наихудшая ситуация наблюдается, когда в каждом из 8 разрядов всех байт пакета или в каждом из 16 разрядов всех слов пакета присутствует половина логических единиц и половина логических нулей.

ECC: Ошибки при хранении информации в памяти неизбежны. Они обычно классифицируются как отказы и нерегулярные ошибки (сбои).

Если нормально функционирующая микросхема вследствие, например, физического повреждения начинает работать неправильно, то все происходящее и называется постоянным отказом. Чтобы устранить этот тип отказа, обычно требуется заменить некоторую часть аппаратных средств памяти, например неисправную микросхему SIMM или DIMM.

Другой, более коварный тип отказа - нерегулярная ошибка (сбой). Нерегулярная ошибка - это непостоянный отказ, который не происходит при повторении условий функционирования или через регулярные интервалы.

Приблизительно 20 лет назад сотрудники фирмы Intel установили, что причиной сбоев являются альфа-частицы. Поскольку альфа-частицы не могут проникнуть даже через тонкий лист бумаги, выяснилось, что их источником служит вещество, используемое в полупроводниках. При исследовании были обнаружены частицы тория и урана в пластмассовых и керамических корпусах микросхем, применявшихся в те годы. Изменив технологический процесс, производители памяти избавились от этих примесей Сегодня самая главная причина нерегулярных ошибок - космические лучи. Поскольку они имеют очень большую проникающую способность, от них практически нельзя защититься с помощью экранирования. В основном для повышения отказоустойчивости в современных компьютерах применяются следующие методы:

* контроль четности;

коды коррекции ошибок (ЕСС). Это один из стандартов, введенных фирмой IBM, в соответствии с которым информация в банках памяти хранится фрагментами по девять битов, причем восемь из них (составляющих один байт) предназначены собственно для данных, а девятый является битом четности (parity). Использование девятого бита позволяет схемам управления памятью на аппаратном уровне контролировать целостность каждого байта данных. Если обнаруживается ошибка, работа компьютера останавливается и на экран выводится сообщение о неисправности. Если вы работаете на компьютере под управлением Windows или OS/2, то при возникновении ошибки контроля четности сообщение, возможно, не появится, а просто произойдет блокировка системы.

    7 структура сектора

Сектором называется область данных на магнитном диске, созданная низкоуровневым форматированием при производстве жесткого диска. Он является минимальным количеством информации при записи или чтении данных с магнитного диска магнитной головкой. Структура сектора различается у разных моделей жестких дисков и определяется типом используемого контроллера и его микропрограммой, но обычно он состоит из данных, доступных пользователю (обычно 512 байт), и служебной информации, доступной только контроллеру жесткого диска:

Адресный маркер, позволяющий определить начало сектора при вращении магнитного диска.

Уникальный физический адрес сектора в формате CHS (Цилиндр\Головка\Сектор).

Код коррекции ошибок чтения (ECC).

Циклическая контрольная сумма (CRC), служащая для проверки целостности данных и сообщения системе коррекции ошибок о нарушении целостности данных.

Се́ктор диска — минимальная адресуемая единица хранения информации на дисковых запоминающих устройствах (НЖМД, дискетта, CD). Является частью дорожки диска. У большинства устройств размер сектора составляет 512 байт (например, у жестких и гибких дисков), либо 2048 байт (например, у оптических дисков).

Для более эффективного использования места на диске файловая система может объединять сектора в кластеры, размером от 512 байт (один сектор) до 64 кбайт (128 секторов). Переход к кластерам произошел потому, что размер таблицы FAT был ограничен, а размер диска увеличивался. В случае FAT16 для диска объемом 512 Мб кластер будет составлять 8 Кб, до 1 Гб - 16 Кб, до 2 Гб - 32 Кб и так далее.

Количество секторов на цилиндрах ранее было одинаковым, на современных дисках количество секторов на цилиндр разное, но контроллер жёсткого диска сообщает о некоем условном количестве дорожек, секторов и сторон, хотя позднее была создана система (LBA) обращения к дискам, в которой все сектора пронумерованы. Первый сектор диска обычно является загрузочным.

Первый сектор НЖМД содержит главную загрузочную запись, содержащую короткую программу передачи управления в загрузочный сектор, находящийся на разделе, и таблицу разделов (слайсов).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

78045. VPN (Virtual Private Networks) 56 KB
  Преимущества технологии VPN в том что организация удалённого доступа делается через Интернет что очень удобно. Для организации удалённого доступа к частной сети с помощью технологии VPN понадобится Интернет и реальный IP адрес.
78046. Антидепрессанты и их применение при соматической патологии 22 KB
  На этом основан механизм действия антидепрессантов за счет улучшения проведения по синапсам которое достигается либо инактивацией моноаминооксидазы МАО либо блокированием обратного нейронального захвата.
78047. Правовые основы налогообложения 77.69 KB
  Следующий вид нормативных документов - это подзаконные акты, регулирующие детальный порядок налогообложения конкретных видов налогов. В соответствии с определением Закона о налогах и сборах налоги представляют собой денежные платежи, которые не являются ответными услугой...
78049. ПСИХОЛОГИЯ ЛИЧНОСТИ: НОВЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ 202.5 KB
  Мы видем множество концепций с помощью которых ученые пытаются объяснить поведения человека как в норме так и в патологии. Авторы убеждены в том что философские положения касающиеся природы человека предоставляют собой опору психологии личности.
78050. Особенности переселенческого капитализма 147.5 KB
  Для определения особенностей переселенческого капитализма мы рассмотрим развитие США лидирующего государства в плане развития экономики вооружения влияющего на экономическую ситуацию в других странах.
78051. 3D МОДЕЛИРОВАНИЕ. АНИМАЦИЯ. ВИРТУАЛЬНЫЕ МИРЫ 417.5 KB
  Существует огромное количество областей, где применяется трёхмерное моделирование и анимация. Например, при испытании программы 3D Studio MAX пользователи проделали колоссальную работу, применяя эту программу в различных областях: от создания статической рекламы...
78052. История группы Deep Purple 71 KB
  В своем первоначальном составе Deep Purple собрались в марте 1968 года. Тогда к репетициям в составе Roundabouts (название было именно таким) приступили Джон Лорд на клавишах, Ричи Блэкмор на гитаре, на барабанах играл Иан Пэйс, бас-гитара была у Ника Сэмпера, а фронтменом группы стал Род Эванс.
78053. Анализ романа Ф. Кафки «Процесс» 188 KB
  Но какое же преступление совершили мы, чтобы заслужить подобную кару? Когда мы рождаемся, мы виновны в первородном грехе. Затем нас приговаривают к ученью в школе и там судят, выставляя плохие отметки и приучая к дисциплине.