Логические принципы размещения файлов на диске и организация файловой системы

Накопители и носители

Понятие логического и физического дисков

Физический диск - это реально существующий диск, имеющий имя. В качестве имен физических дисков принято использовать буквы латинского алфавита А и В - гибкие магнитные диски, С - жесткий магнитный диск, D - лазерный диск (если есть) и т.д.

Логический диск (раздел, том) – это виртуальный диск на физическом диске или часть физического диска. Например, жесткий магнитный диск можно разбить на несколько логических дисков, имена которых будут соответственно С, D, E, F и т.д. В этом случае лазерный диск будет иметь имя, следующее за буквой F, т.е. G.

Накопители - это устройства, для записи или чтения информации (дисководы, стримеры).

Носители - это среда для хранения информации, т.е. собственно магнитные, магнитооптические и лазерные диски, магнитные ленты.

Физически вся поверхность магнитного диска разделена на сектора, пронумерованные участки памяти длиной 512 байтов. По команде чтения (записи), поступившей из программы, специальное устройство подводит головку записи (чтения) к указанному сектору и читает в определенную память ровно 512 байтов (или записывает на диск), даже если нужно записать (прочитать) всего 5 или 100 байтов.

Для организации файловой системы используются более крупные порции данных – кластеры, которые содержат несколько секторов. Размер кластера не фиксирован и зависит от емкости диска. Каждый файл, записываемый на диск, занимает целое число кластеров, даже если его длина меньше кластера.

Последовательность кластеров, занимаемых файлом, может быть дискретной (состоящей из отдельных фрагментов), разбросанной по диску, при этом кластеры соединяются между собой специальными ссылками. Поэтому, чем больше работы выполнено на диске, тем больше становится уровень фрагментации диска, т. е. файл, который логически воспринимается как единое целое, физически расщеплен на множество цепочек кластеров, расположенных в разных местах диска.

Для того, чтобы понизить уровень фрагментации используется вспомогательная программа дефрагментации диска.

Существует несколько разновидностей организации файловой системы. Наиболее распространенными являются файловые системы FAT и NTFS.

Принцип организации файловой системы (ФС) FAT (File Allocation Table) – табличный.

Файловая система FAT была разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом в 1977 году и первоначально использовалась в операционной системе 86-DOS. FAT является наиболее распространенной файловой системой и ее в той или иной степени поддерживают большинство современных ОС.

На каждом логическом диске есть системная область и область данных.

В системной области диска можно выделить две важных структуры – это корневой каталог и таблица размещения файлов в двух экземплярах.

В каталоге сохраняется практически вся информация о файле, которой располагает операционная система, в том числе и ссылка на начальный кластер - номер кластера, с которого начинается файл.

В таблице размещения файлов хранится информация о кластерах логического диска. Каждому кластеру в FAT соответствует отдельная запись, которая показывает, свободен ли он, занят ли данными файла, или помечен как сбойный (испорченный). Если кластер занят под файл, то в соответствующей записи в таблице размещения файлов указывается адрес кластера, содержащего следующую часть файла. Из-за этого FAT называют файловой системой со связанными списками.

В зависимости от количества разрядов, отведенных под адрес (для идентификации) каждого дискового кластера, выделяют файловые системы FAT 12, FAT 16, FAT 32. Оригинальная версия FAT, разработанная для DOS 1.00, использовала 12-битную таблицу размещения файлов

FAT 16 была создана для поддержки жестких дисков размером более 32 Мб (до 2 Гбт). Цифра 16 в названии FAT 16 означает, что таблица размещения файлов FAT позволяет разместить не более 65536 записей (2¹⁶) о местоположении кластеров, поэтому максимальное количество кластеров на одном томе - 2¹⁶ или 65536.

ОС MS DOS, Win 95 и первые Win NT использовали FAT 16. Как правило, в этой файловой системе один кластер = 4 секторам (2Кбт).

FAT32 - усовершенствованная версия файловой системы, поддерживающая жесткие диски объемом до 2 терабайт. Адрес кластера записывается при помощи 32-разрядных чисел. ОС Win 98 и следующие версии используют FAT 32. Как правило, выбирается оптимальный размер кластера, например, один кластер = 8 секторам (4Кбт).

Принцип организации файловой системы NTFS (New Technology File System) отличается от предыдущей. Файловая система NTFS представляет собой структуру, каждый элемент которой является файлом – даже служебная информация. Основу ее составляет служебный файл MFT (Master File Table), в котором хранятся все атрибуты файлов (имя, размер, размещение файла на диске и т.д.). Именно он представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска, и себя самого. MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует, какому либо файлу.

NTFS была разработана достаточно давно для Win NT. В настоящее время она используется в ОС семейства Win NT, а также Win ХР.

Файловая система NTFS - улучшенная файловая система, обеспечивающая уровень быстродействия и безопасности, а также дополнительные возможности, недоступные ни в FAT16, ни в FAT32.

Основное отличие - в случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. В операционных системах Windows 2000 и Windows XP файловая система NTFS также обеспечивает дополнительные возможности.

Одной из наиболее важных дополнительных возможностей является возможность сжатия данных (доступна только в Windows XP Professional Edition). Сжатие файлов, папок и программ позволяет сократить их размер и уменьшить объем пространства, занимаемого ими на дисках или устройствах со съемными носителями.

Развитие интерфейса ОС

1 этап -

для 8-битных компьютеров ОС СР/М (Control Program for Microcomputers), интерфейс - командная строка.

2 этап -

для 16-битных компьютеров ОС UNIX (торговая марка фирмы Bell Laboratories) и MS DOS (Microsoft Disk Operating System), интерфейс - командная строка, иерархическая структура диска, множество утилит (сервисных программ).

3 этап -

появление операционной оболочки Norton Commander для MS DOS, а затем и других подобных оболочек, интерфейс существенно упрощается, для работы с файлами и каталогами используются окна, меню, подсказки, функциональные клавиши.

4 этап -

появление графической операционной оболочки Windows 3.x, интерфейс становится графическим унифицированным (стандарт API Application Program Interface), для работы с файлами и каталогами используются контекстная помощь, меню, подсказки, пиктограммы, зарождается технология "Drag and Drop" ("Перетащи и брось" с мышью), появляется многозадачность (имитация, работа с несколькими окнами - задачами), технология "Буфера обмена".

5 этап -

для 32-битных компьютеров появляется многозадачная операционная система Windows95, интерфейс становится объектно-ориентированным, для работы с файлами и каталогами используется понятия объектов: документа и папки, также появляются другие объекты - рабочий стол, корзина и т.д., используются контекстная помощь, меню, подсказки, иконки, кнопки, технология " Drag and Drop" (с мышью), появляется реальная многозадачность (работа с несколькими окнами - задачами), технология "Буфера обмена".

В данном курсе будут рассмотрены ОС, которые являются основополагающими - ОС семейства Unix (на уровне понятий), ОС семейства MS DOS (на уровне знакомства в компьютерном классе), ОС семейства Windows (наиболее подробно).

______________________________________________________________________

Дата добавления: 2014-01-11