Управление файловой системой

Для организации доступа программ к данным, размещенным на внешних носителях, современные операционные системы используют сложную файловую систему. Файлом называется набор данных, представляющий собой программу или данные для некоторой программы, хранящийся в виде единого логического объекта на внешнем носителе. Для операций операционной системы файл представляет собой структурную единицу с которой пользователи или программы могут совершать типовые действия. К числу этих действий с файлами следует отнести:

¨ создание, удаление, чтение в оперативную память, перезапись измененных данных;

¨ доступ к файлам по символьным именам;

¨ возможность доступа к файлам других пользователей;

¨ управление доступом к собственным файлам;

¨ восстановление файлов в случае повреждения.

Систему управления файлами составляет программное обеспечение для работы с файлами. Их применение позволяет прикладным программам переложить на операционную систему типовые операции с файлами. Можно выделить следующие задачи системы управления файлами:

¨ обеспечения всех вышеперечисленных типовых действий с файлами;

¨ гарантирование корректности данных, размещенных в файле;

¨ оптимизация временных характеристик работы с файлами;

¨ поддержка различных внешних носителей;

¨ исключение или минимизация потерь данных;

¨ обеспечение стандартного набора подпрограмм ввода-вывода;

¨ обеспечение коллективного использования файлов в многопользовательской системе.

Файловая система представляет собой модель данных, хранящихся на компьютере, в виде иерархической структуры, состоящей из дисков, каталогов и файлов. Файловая система скрывает от пользователя картину фактического размещения данных во внешней памяти, предоставляя ему возможность идентификации файла путем описания его имени и местоположения в файловой системе, и для указания операции над файлом. Все остальные проблемы, связанные с определением физического расположения файла на диске и использования данных файла заданном образом, возлагаются на систему управления файлами.

Файловые системы различных операционных систем устроены принципиально одинаково. Все пространство внешней памяти разбито на диски файловой системы. Как правило, диск файловой системы соответствует физическому диску, но часто пространство одного физического диска разбивается на несколько логических дисков. Отдельный диск содержит список файлов и каталогов (в некоторых системах они называются директориями или папками). Это - верхний корневой уровень файловой системы. Каталоги верхнего уровня в свою очередь содержат файлы и каталоги второго уровня. Каталоги второго уровня содержат файлы и каталоги третьего уровня и т.д. В результате, чтобы точно идентифицировать файл, необходимо указать имя диска, последовательность имен всех вложенных каталогов, последний из которых содержит файл, а затем полное имя самого файла (которое обычно состоит из имени и расширения). Имеются отдельные особенности написания полного имени файлов и каталогов в разных операционных системах.

Каталог как физический набор данных также представляет собой файл, содержащий список входящих в него файлов и других каталогов. Для работы с каталогами и файлами операционной системе необходимо знать адреса их размещения на диске. Хотя файл с логической точки зрения представляет собой единый набор данных, физически он может размещаться на диске несколькими фрагментами. Для установления соответствия между именем файла и его физическим размещением во внешней памяти, используются специальные таблицы размещения файлов в памяти (FAT – File Allocation Table). С помощью этих таблиц операционная система по имени файла находит те диски внешней памяти и те сектора на дисках, в которых размещен файл.

Те модули файловой системы, которые имеют дело с физическими адресами файлов и обеспечивают непосредственную работу с файлами, называются базовой файловой системой. На этом уровне работа происходит с блоками данных определенного размера, не зависящими от содержания файла (обычно это 512б). Для чтения файла в память операционная программа выделяет буфер, размер которого равен стандартному размеру блока. Прикладная программа, читающая данные из файла, на самом деле читает данные из буфера, а перемещает нужные данные из файла в буфер система управления файлами. Аналогично, при записи в файл программа помещает данные в буфер, откуда они записываются в файл.

Существует несколько стратегий размещения файлов на внешнем носителе. При непрерывном размещении файлы размещаются один за другим в порядке создания. В этом случае каждый файл будет храниться одним фрагментом. Однако при изменении файла с увеличением размера файл придется перезаписывать на новое место. Другой альтернативой является задание максимального размера файла с запасом. Но тогда память на внешнем носителе будет расходоваться неэкономно.

При цепочечном размещении место на диске выделяется файлам блоками. При этом взаимное расположение блоков роли не играет. В этом случае память расходуется более экономно, но зато физически файл может храниться в виде нескольких несвязных кусков. Кроме усложнения структуры хранения файлов, это приводит к увеличению времени чтения данных из файла. Нужно сказать, что во всех известных системах используется вторая стратегия.

Помимо задания таблиц, описывающих все файлы данного внешнего носителя, файловая система должна определять все свободные места на внешнем носителе. Это необходимо для того, чтобы можно было выделить свободное место для вновь образуемого файла. Существует несколько способов задания свободных блоков на диске. Можно хранить битовую строку для всех блоков диска, помечая единицами занятые блоки, а нулями – свободные. При другом подходе все свободное пространство описывается как один файл, задаваемый цепочками свободных блоков.

Таблицы FAT содержат по одной строке на каждый связный фрагмент файла. Все фрагменты одного файла содержат одно и то же имя файла. Ссылки от одного фрагмента к следующему обеспечивают сборку файла из различных фрагментов. Однако для пользователя все эти подробности остаются за кадром. Для него идентификация файла заканчивается тогда, когда операционная система находит имя файла в таблице FAT.

Файловая система должна обеспечивать доступ к одним и тем же файлам со стороны нескольких пользователей. Для этого в таблице FAT наряду с адресной информацией хранится информация о владельце данного файла и уровне его секретности. Используется широкий диапазон уровней доступа пользователей к файлам.

¨ пользователь не может прочесть содержимое каталога и поэтому не может узнать, какие файлы в нем содержатся;

¨ пользователь может узнать название файла и имя владельца и попросить владельца предоставить ему доступ к файлу;

¨ пользователь может запустить программу, но не может ее скопировать;

¨ пользователь может прочесть содержимое файла, но не может его изменить;

¨ пользователь может изменит файл, но толь добавив данные в его конец;

¨ пользователь может совершать любые операции с файлом, но не может изменять доступ к нему других пользователей;

¨ полный доступ.

В системе Windows 2000 используется файловая система NFTS, поддерживающая диски и файлы больших объемов, чем системы FAT16 и FAT32, используемые в Windows 98. Таблица NFTS позволяет лучшей безопасностью и большими возможностями восстановления данных в случае повреждения данных в файлах или повреждения FAT.

Дата добавления: 2014-10-17