24535

Физические организации файловой системы FAT

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

Физические организации файловой системы FAT.6 Физическая организация файловой системы FAT. Как уже отмечалось аббревиатура FAT file allocation table расшифровывается как таблица размещения файлов. Файловая система FAT поддерживает всего два типа файлов: обычный файл и каталог.

Русский

2013-08-09

68.16 KB

22 чел.

Вопрос 40. Физические организации файловой системы FAT.

§7.6 Физическая организация файловой системы FAT.

Как уже отмечалось, аббревиатура FAT (file allocation table) расшифровывается как «таблица размещения файлов». Файловая система FAT поддерживает всего два типа файлов: обычный файл и каталог.

Структура раздела FAT. Логический раздел диска, отформатированный под файловую систему FAT, состоит из следующих областей (рис. 7.11).

Загрузочный сектор – содержит программу начальной загрузки операционной системы. Вид этой программы зависит от типа операционной системы, которая будет загружаться из этого раздела.

Основная копия FAT – содержит информацию о размещении файлов и каталогов на диске.

Резервная копия FAT.

Корневой каталог состоит из записей, содержащих информацию о файлах и каталогах, хранящихся на диске.

Каждая запись в корневом каталоге занимает 32 байта и имеет следующий формат (см. рис. 7.1, а):

- имя файла (8 байт);

- расширение файла (3 байта);

- атрибуты файла (1 байт);

- резервное поле (10 байт);

- время создания (2 байта);

- дата создания (2 байта);

- номер первого кластера – вход в FAT (2 байта);

- размер файла (4 байта).

Байт атрибутов файла содержит 6 указателей: 5 – архив;  4-3 – метка тома;  2 – системный файл;  1 – скрытый;  0 – только для чтения.

*Сразу после форматирования раздела (диска) корневой каталог пуст. При создании файла или каталога его имя и другие перечисленные выше сведения заносится в корневой каталог, после удаления – стираются из этого каталога. Визуальное отображение этого можно увидеть в окне программы-коммандера, например, для дискеты.

Область данных – предназначена для размещения всех файлов и всех каталогов, кроме корневого каталога. FAT распределяет память только из этой области.

Область данных поделена на кластеры. Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в области данных. Кластер – это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу.

Таблица FAT представляет собой массив индексных указателей, каждый из которых описывает текущее состояние одного кластера области данных (свободен, занят, дефектный и т.д.). С помощью FAT данные файла распределяются по кластерам.

Для указания номера кластера используются индексный указатель, который представляет собой битовое слово 2n. Чем больше n, тем большее число кластеров может адресоваться файловой системой. Различают файловые системы FAT12 (n=12), FAT16 (n=16) и FAT32 (n=32).

Количество индексных указателей (2n) в таблице FAT (как основной, так и резервной копии) равно количеству кластеров области данных. Между кластерами и индексными указателями имеется однозначное соответствие – нулевой указатель соответствует нулевому кластеру и т. д. (индексный указатель имеет такой же номер, как и у кластера).

Рис. 7.11. Физическая структура файловой системы FAT

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;

- дефектный кластер;

- резервный кластер.

Функционирование FAT. 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» 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. Так создается связный список всех кластеров файла. Кроме номера первого кластера в соответствующие поля каталога записываются имя файла, расширение и другие сведения.

При чтении механизм доступа к файлам аналогичен. В корневом каталоге считывается номер первого кластера файла – точка входа в FAT. Далее ОС последовательно считывает файл, пока не встретит маркер, обозначающий последний кластер файла.

В начальный период после форматирования файлы будут размещаться в последовательных кластерах области данных. По мере удаления и записи файлов область данных становится похожей на лоскутное одеяло, где области свободных кластеров перемежаются с занятыми кластерами. Файлы, хранящиеся в различных областях диска, называют фрагментированными, а в одной области – непрерывными. Фрагментации способствует используемый алгоритм выбора в качестве первого кластера файла первого от начала FAT свободного индексного указателя. (На диске есть и большие области идущих подряд свободных кластеров, где файл мог бы уместиться целиком.)

Выбор размера кластера. Каждый файл занимает целое число кластеров, следовательно, чем больше размер кластера, тем менее эффективно будет использоваться дисковое пространство. Во-первых, даже самому маленькому файлу будет выделен целый кластер (например, файл объемом 480 байт будет занимать на диске кластер в 32 Кб). Во-вторых, у файлов, занимающих несколько кластеров, в среднем 50 % пространства будет теряться в последнем не до конца заполненном кластере.

Размер кластера выбирается из компромиссных соображений. Для уменьшения потерь дискового пространства из-за фрагментации файла желательно кластеры делать небольшими, а для сокращения объема адресной информации и повышения скорости обмена наоборот – чем больше, тем лучше. Размер кластера кратен размеру физического сектора и в зависимости от размера раздела FAT составляет от 1 до 128 секторов (от 512 байт до 64 Кбайт).

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 4096 кластеров в области данных диска, в FAT16 – 16-разрядные указатели (65 536 кластеров) и в FAT32 – 32-разрядные (4,3 миллиарда кластеров). Когда говорят просто FAT, чаще всего подразумевают FAT16.

Поскольку число кластеров, которое может адресоваться файловой системой, равно 2n, минимальный размер кластера будет зависеть от объема раздела (объем раздела / 2n). Чем больше размер раздела диска, тем больше размер кластера. Размер кластера устанавливается автоматически самой операционной системой (табл. 7.1) или задается вручную при форматировании диска.

Таблица 7.1. Типичный размер кластера по умолчанию в Windows

Размер

раздела

Размер кластера в FAT16

Размер кластера в FAT32

Размер кластера в NTFS

До 32 Мб

512 байт

Не поддерживается

512 байт

33-64 Мб

1 Кб

512 байт

Не поддерживается*

512 байт

65-128 Мб

2 Кб

1 Кб

Не поддерживается*

512 байт

129-256 Мб

4 Кб

2 Кб

Не поддерживается*

512 байт

257-512 Мб

8 Кб

4 Кб

Не поддерживается*

512 байт

513 Мб-1,024 Гб

16 Кб

4 Кб

1 КБ

1,025-2 Гб

32 Кб

4 Кб

2 Кб

2-4 Гб

64 Кб

4 Кб

4 Кб

4-8 Гб

Не поддерживается

4 Кб

4 Кб

8-16 Гб

Не поддерживается

8 Кб

4 Кб

16-32 Гб

Не поддерживается

16 Кб

4 Кб

32 Гб-2 Тб

Не поддерживается

32 Кб

4 Кб

* По другим данным

В гибких дисках FAT кластер состоит из одного сектора (512 байт), в жестких дисках FAT16 – до 128 секторов (64 Кб). Из приведенных данных видно, что FAT32 более эффективна, поскольку, при том же объеме раздела использует меньший размер кластера. Чтобы не использовать кластеры более 4 Кбайт, FAT12 применяется на дисках объемом не более 16 Мбайт. Windows использует FAT12 как формат 3,5-дюймовых дискет, способных хранить до 1,44 Мб данных. FAT16 целесообразна для дисков с объемом не более 512 Мбайт. Для больших дисков лучше подходит FAT32, которая способна использовать кластеры 4 Кбайт при работе с дисками до 8 Гбайт и только для дисков большего объема начинает использовать 8, 16 и 32 Кбайт.

В флэш-дисках наряду с FAT используются и другие файловые системы.

Максимальный размер раздела FAT16 ограничен 4 Гбайт (216 кластеров по 64 Кбайт). FAT32 использует 32-разрядные идентификаторы кластеров, но при этом резервирует старшие 4 бита, так что эффективный размер идентификатора кластера составляет 28 бит, т. е. максимальный размер раздела превышает 8,5 Тбайт (228 кластеров по 32 Кбайт).

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

Надежность хранения данных. 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 с помощью специальных утилит.

Резервная копия FAT синхронизируется с основной копией при любых операциях с файлами, поэтому резервную копию нельзя использовать для отмены ошибочных действий пользователя, выглядевших для системы 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 высокой надежностью – при разрыве списка индексных указателей в одном месте, например из-за сбоя в работе ОС по причине помех, теряется информация обо всех последующих кластерах файла.

Файловые системы FAT12 и FAT16 использовались в операционных системах MS-DOS и Windows 3.x. В современных ОС из-за постоянно растущих объемов жестких дисков и повышающихся требований к надежности, применяются другие файловые системы, в частности FAT32 (впервые появившаяся в Windows 95 OSR2).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

29325. Анализ цветовых характеристик оригинала 50 KB
  Определяем цветовой охват оригинала и сопоставляем его с возможным цветовым охватом репродукции. Частотные параметры оригинала При анализе оригинала в первую очередь бросается в глаза градация во вторую цвет в третью резкостные параметры изображения то с какой точностью воспроизводятся мелкие детали изображения К частотным параметрам относятся и шумы. Могут быть детерминированные шумы примером которых может служить растровая структура полиграфической репродукции если в качестве оригинала выступает полиграфический оттиск.
29326. Технологические преимущества и недостатки сканеров различных типов 44 KB
  Высокая разрешающая способность которая может быть осуществлена на этих сканерах. Необходимость использования выносных барабанов и их прицензионности сильно увеличивает стоимость сканера. Это главный недостаток сканера. Если разрешение сканера RCK равно 5 тысяч ppi а число элементов в линейке N равно 8 тысяч p то: Планшетные сканеры требуют правильного размещения информации на оригиналодержателе.
29327. Технологическая настройка сканера по оригиналу процесса 59.5 KB
  Если необходимо сканировать штриховые изображения то в этом случае RC выбирают по следующим законам. Это значит что при такой частоте изображения функции передачи модуляции объекта приходят практически к нулевому значению. Это приводит к более грубому квантованию оригинала что может стать заметным в процессе дальнейшей обработки изображения то есть возможно проявление эффекта пастеризации появление следов квантования. Для этого предварительно строят гистограммы изображения по ним находят черную и белую точки и к этим точкам привязывают...
29328. Классификация по организации светового пучка 68 KB
  В принципе световым пучком можно управлять путем импульсного управления попиксельная запись и возможно осуществлять запись методом строчной записи когда не каждый пиксель пишется отдельно. Поскольку в этих системах осуществляется сканирование то соответственно в этих системах записи формируются строки с помощью записывающего пятна следовательно используется кадровая развертка. Чтобы обеспечить сплошность записи строки должны частично перекрываться диметр пятна должен быть больше периметра записи на 20 то есть диметр пятна...
29329. Лекция 11 Формирование углов поворота растра при электронном растрировании В качестве стандартных угло 61.5 KB
  Проблем совмещения пиксельной и растровой сетки нет только для желтой краски потому что угол поворота растра для нее равен 0. Что бы получить рациональный угол линия растровой решетки должна проходить через вершины ячеек пиксельной сетки. Использование рациональных углов растрирования а также идея необходимости совмещения узлов растровой и пиксельной сетки приводит к тому что растровая структура отличается от традиционной ранее применяемой по углам поворота и линиатуре. Первая идея заключается в том что чем больше разность между...
29330. Химико-фотографическая обработка 56 KB
  Для современных ФВУ используются пленки с контрастностью не менее 6. Технологическая настройка ФВУ Технологическая настройка ФВУ в себя включает: настройку фокусировки экспонирующей головки подбор оптимальной экспозиции для обеспечения необходимой оптической плотности фона процесс линеаризации ФВУ Необходимость фокусировки экспонирующей головки может возникнуть в связи со сменой сорта пленки если при этом меняется толщина этой пленки. При этой операции обеспечиваются условия экспонирования при которых будет обеспечена необходимая...
29331. Формула Юлла-Нильсена 38.5 KB
  Чем больше линиатура растра тем ближе расположены точки тем хуже функция размытия. ∆S получила название растискивания точки. На самом деле в этом значении растискивания точки значительную долю вносит рассеивание света в процессе визуального рассмотрения оттиска. Конечно в это ∆S удобно внести все искажения которые возникают не только в процессе визуального восприятия рассеивания света а также реальное растискивание в процессе печати и изменение размера растровой точки в копировальноформном процессе.
29332. Технологическая настройка системы обработки под реальный технологический процесс 54 KB
  Имеется специальный тестобъект который по сути дела представляет собой шкалу цветового охвата которая доступна в виртуальном виде то есть в виде информации записанной на магнитный носитель. Однако в некоторых случаях получение такой информации не оправдано изза разовых тиражей или если часть информации не доступна. Второй метод основан на использовании некоторой стандартной информации которая включается в состав программного обеспечения обработки изобразительной информации фирмой изготовителем. Эта информации по сути своей позволяет...