36254

Файловая система. Имена, типы, логическая и физическая организация файлов. Основные возможности файловой системы NTFS

Доклад

Информатика, кибернетика и программирование

В широком смысле понятие файловая система включает: совокупность всех файлов на диске наборы структур данных используемых для управления файлами такие например как каталоги файлов дескрипторы файлов таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске комплекс системных программных средств реализующих управление файлами в частности: создание уничтожение чтение запись именование поиск и другие операции над файлами. Пользователи дают файлам символьные имена при этом учитываются ограничения ОС как на...

Русский

2013-09-21

71.5 KB

21 чел.

6

PAGE  3

 40.Файловая система. Имена, типы, логическая и физическая организация файлов. Основные возможности файловой системы NTFS.

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

  •  совокупность всех файлов на диске,
  •  наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,
  •  комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Имена файлов

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, Windows NT в своей новой файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.

При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен.

Длинные имена поддерживаются не только новыми файловыми системами, но и новыми версиями хорошо известных файловых систем.

Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов. Операционная система присваивает файлу дополнительно уникальное имя, так, чтобы можно было установить взаимно-однозначное соответствие между файлом и его уникальным именем. Уникальное имя представляет собой числовой идентификатор и используется программами операционной системы. Примером такого уникального имени файла является номер индексного дескриптора в системе UNIX.

Типы файлов

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги.

Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.

Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики, например:

  •  информация о разрешенном доступе,
  •  пароль для доступа к файлу,
  •  владелец файла,
  •  создатель файла,
  •  признак "только для чтения",
  •  признак "скрытый файл",
  •  признак "системный файл",
  •  признак "архивный файл",
  •  признак "двоичный/символьный",
  •  признак "временный" (удалить после завершения процесса),
  •  признак блокировки,
  •  длина записи,
  •  указатель на ключевое поле в записи,
  •  длина ключа,
  •  времена создания, последнего доступа и последнего изменения,
  •  текущий размер файла,
  •  максимальный размер файла.

Каталоги могут непосредственно содержать значения характеристик файлов, как это сделано в файловой системе MS-DOS, или ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики, как это реализовано в ОС UNIX. Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня.

Логическая организация файла

Программист имеет дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей. Логическая запись - это наименьший элемент данных, которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством. Даже если физический обмен с устройством осуществляется большими единицами, операционная система обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи.

Записи могут быть фиксированной длины или переменной длины. Записи могут быть расположены в файле последовательно (последовательная организация) или в более сложном порядке, с использованием так называемых индексных таблиц, позволяющих обеспечить быстрый доступ к отдельной логической записи (индексно-последовательная организация).

Для идентификации записи может быть использовано специальное поле записи, называемое ключом. В файловых системах ОС UNIX и MS-DOS файл имеет простейшую логическую структуру - последовательность однобайтовых записей.

Физическая организация и адрес файла

Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит из физических записей - блоков. Блок - наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с оперативной памятью. Непрерывное размещение - простейший вариант физической организации (рис. 4,а), при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих единый сплошной участок дисковой памяти. Для задания адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого метода - простота. Но имеются и два существенных недостатка. Во-первых, во время создания файла заранее не известна его длина, а значит не известно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла, во-вторых, при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, так как отдельные участки маленького размера (минимально 1 блок) могут остаться не используемыми.

Следующий способ физической организации - размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти. При таком способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан одним числом - номером первого блока. В отличие от предыдущего способа, каждый блок может быть присоединен в цепочку какого-либо файла, следовательно, фрагментация отсутствует. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков. Недостатком является сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла: для того, чтобы прочитать пятый по порядку блок файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков. Кроме того, при этом способе количество данных файла, содержащихся в одном блоке, не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего блока), а многие программы читают данные блоками, размер которых равен степени двойки.

Популярным способом, используемым, например, в файловой системе FAT операционной системы MS-DOS, является использование связанного списка индексов. С каждым блоком связывается некоторый элемент - индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска (в MS-DOS это таблица FAT). Если некоторый блок распределен некоторому файлу, то индекс этого блока содержит номер следующего блока данного файла. При такой физической организации сохраняются все достоинства предыдущего способа, но снимаются оба отмеченных недостатка: во-первых, для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное количество блоков файла по цепочке и определить номер нужного блока, и, во-вторых, данные файла занимают блок целиком, а значит имеют объем, равный степени двойки.

Права доступа к файлу

Определить права доступа к файлу - значит определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу. В разных файловых системах может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Этот список может включать следующие операции:

  •  создание файла,
  •  уничтожение файла,
  •  открытие файла,
  •  закрытие файла,
  •  чтение файла,
  •  запись в файл,
  •  дополнение файла,
  •  поиск в файле,
  •  получение атрибутов файла,
  •  установление новых значений атрибутов,
  •  переименование,
  •  выполнение файла,
  •  чтение каталога,

и другие операции с файлами и каталогами.

Различают два основных подхода к определению прав доступа:

  •  избирательный доступ, когда для каждого файла и каждого пользователя сам владелец может определить допустимые операции;
  •  мандатный подход, когда система наделяет пользователя определенными правами по отношению к каждому разделяемому ресурсу (в данном случае файлу) в зависимости от того, к какой группе пользователь отнесен.

Файловая система NTFS.

В название файловой системы NTFS (New Technology File System — файловая система новой технологии) входят слова «новая технологий». Дёйствительно файловая система NTFS содержит ряд значительных усовершенствований и изменений. С точки зрения пользователей файлы по-прежнему хранятся в каталогах, ныне при работе в среде Windows часто называемых папками (folders). Однако в ней появилось много новых особенностей и возможностей.

Основные возможности файловой системы NTFS

При проектировании NTFS особое внимание было уделено надежности, механизмам ограничения доступа к файлам и каталогам, расширенной функциональности, поддержке дисков большого объема и пр. Начала разрабатываться эта система в рамках проекта OS/2 v.3, поэтому она переняла многие интересные особенности файловой системы HPFS:

  •  Надежность. Надежность, является ключевым элементом структуры и функционирования NTFS. Система NTFS обладает определенными средствами самовосстановления. Она поддерживает различные механизмы проверки целостности системы, включая ведение журналов транзакций, позволяющих воспроизвести файловые операции записи по специальному системному журналу. При протоколировании файловых операций система управления файлами фиксирует в специальном служебном файле (журнале) происходящие изменения. В начале операции, связанной с изменением файловой структуры, делается соответствующая пометка. Если во время файловых операций происходит какой-нибудь сбой, то из-за упомянутой отметки операция остается помеченной как незавершенная. При выполнении процедуры проверки целостности файловой системы после перезагрузки машины эти незавершенные операции отменяются, и файлы возвращаются в исходное состояние. Если же операция изменения данных в файлах завершается нормальным образом, то в файле журнала эта операция отмечается как завершенная.
              Поскольку
    NTFS разрабатывалась как файловая система для серверов, для которых очень важно обеспечить бесперебойную работу без перезагрузок, в ней, как и в HPFS, для повышения надежности был введен механизм аварийной замены дефектных секторов резервными. Другими словами, если обнаруживается сбой при чтении данных, то система постарается прочесть эти данные, переписать их в специально зарезервированное для этой цели пространство диска, а дефектные сектора пометить как плохие и более к ним не обращаться.
  •  Ограничения доступа к файлам и каталогам. Файловая система NTFS поддерживает объектную модель безопасности операционной системы Windows NT и рассматривает все тома, каталоги и файлы; кик самостоятельные объекты. Система NTFS обеспечивает безопасность на уровне файлов и каталогов. Это означает, что разрешения доступа к томам, каталогам и файлам могут зависеть от учетной записи пользователя и тех групп, к которым он принадлежит. Каждый раз, когда пользователь обращается к объекту файловой системы, его разрешения на доступ проверяются по уже упоминавшемуся списку управления доступом (ACL) для данного объекта; Если пользователь обладает необходимым уровнем разрешений, его запрос удовлетворяется; в противном случае запрос отклоняется. Эта модель безопасности применяется как при локальной регистрации пользователей на компьютерах с Windows NT, так и при удаленных сетевых запросах.
  •  Расширенная функциональность. Система NTFS проектировалась с учетом возможного расширения. В ней были воплощены многие дополнительные возможности — повышенная отказоустойчивость, эмуляция других файловых систем, мощная модель безопасности, параллельная обработка потоков данных и создание файловых атрибутов, определяемых пользователем. Эта система также позволяет сжимать как отдельные файлы; так и целые каталоги. В последней, пятой, версии NTFS введена возможность шифрования хранимых файлов. Здесь следует, однако, заметить, что у шифруюшей файловой системы пока больше недостатков, чём достоинств, поэтому на практике  ее применять не рекомендуется. Наконец, в системах Windows 2000/ХР в случае использования файловой системы NTFS можно включить квотирование, при котором пользователи могут хранить свои файлы только в пределах отведенной им квоты на дисковое пространстве.
  •  Поддержка дисков большого объема. Система NTFS создавалась с расчетом на работу с, большими дисками. Максимально возможные размеры тома (и размеры файл а) составляют 16 Эбайт (один экзабайт равен 264 байт, или приблизительно 16 000 млрд гигабайт), в то время как при работе под Windows NT/2000/XP диск с FAT16 не может иметь, размер более 4 Гбайт, а с FAT32 — 32 Гбайт. Количество файлов в корневом и некорневом каталогах при использовании NTFS не ограничено. Поскольку в основу структуры каталогов NTFS заложена эффективная структура данных, называемая «двоичным деревом», время поиска файлов в NTFS не связано линейной зависимостью с их количеством (в отличие от систем на базе FAT). Наконец, помимо немыслимых размеров томов и файлов, система NTFS также обладает встроенными средствами сжатия, что позволяет экономить дисковое пространство и размещать в нем больше файлов. Напомним, что сжатие можно применять как к отдельным файлам, так и целым каталогам и даже томам (и впоследствии отменять или назначать их по своему усмотрению).


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

60442. Народний живопис Полісся (Сценарій виховного заходу) 828 KB
  Вступне слово куратора: У складному переплетенні сучасних економічних соціальних педагогічних проблем цивілізації людство все частіше звертається до моралі гуманізму і культури вбачаючи в них реальний шлях свого виживання і майбутнього процвітання.
60443. Жизнь дается человеку только один раз 36 KB
  Учитель: Как приятно на вас дети смотреть какие вы красивые словно солнышко. Что помогает вам быть такими Дети высказывают свои мысли и делают вывод что это - здоровье. Сообщение темы Психологическая установка...
60445. Найтяжчі злочини проти людства 75.5 KB
  Історія народу-бездонна, невичерпна криниця духу мудрості, перемог і страждань. Кожен народ, має власну історію. Глибоку і прозору, або замулену й прикидану.
60446. Виховання соціально-громадянської позиції молоді засобами масової інформації 31 KB
  Зараз є очевидним що дія багатьох з цих чинників в галузі формування громадянськості української молоді є стихійною не досить ефективною а часто і деструктивною. Засоби масової інформації роблять великий вплив на виховання...
60447. Використання музично-дидактичних ігор на уроках музичного мистецтва в основній школі 170.5 KB
  Найбільш ефективний розвиток дітей через ігри досягається при поєднанні ігрової діяльності з навчанням. Мета дослідження теоретичне обґрунтування та розкриття основних методів дидактичноігрової діяльності на уроках музики та в позакласних формах роботи.
60448. Знакомство со школой 30 KB
  Цель: познакомить детей с основными школьными правилами с пространством школы; дать возможность получить новые впечатления приобрести опыт общения с учителем и друг с другом; развивать положительное эмоциональное отношение к школе и обучению...