Способы физической организации файлов на дисках

Способы логической организации файлов. Последовательный, прямой, индексный, индексно-последовательный.

Последовательный файл. Для записей используется фиксированный формат. Все записи имеют одинаковую длину (но иногда и не одинаковую) и состоят из одинакового количества полей фиксированной длины, организованных в определенном порядке. Поскольку длина и позиция каждого поля известны, сохранению подлежат только значения полей. Атрибутами файловой структуры является имя и длина каждого поля.

Файл прямого доступа. Использует возможность прямого доступа к блоку с известным адресом при хранении файлов на диске. В каждой записи в этом случае также имеется ключевое поле.

В обобщенном индексном файле доступ к записям осуществляется только по их индексам. В результате в размещении записей нет никаких ограничений до тех пор, пока указатель по крайней мере в одном индексе ссылается на эту запись. Кроме того, в таком файле легко реализуются записи переменной длины. Используется два типа индексов. Полный индекс содержит по одному элементу для каждого типа записей главного файла. Сам по себе индекс организовывается в виде последовательного файла для облегчения поиска. Частный индекс содержит элементы для записей, в которых имеется интересующее пользователя поле. При добавлении новой записи в главный файл необходимо обновлять все индексные файлы.

Индексно-последовательный файл состоит из трех частей (файлов): главный файл, содержащий записи с последовательно идущими ключами, индексный файл, содержащий индексное поле, и указатель в главный с ключами, файл переполнения.

Прзентация 8 ФС, сл. 10-14 Можно выделить следующие способы физической организации данных:

- непрерывное размещение (файлу предоставляется последовательность кластеров диска, образующих непрерывный участок дисковой памяти). Достоинства: высокая скорость доступа, минимальная адресная информация. Недостатки: фрагментация.

- связанные списки кластеров. При таком способе в начале каждого кластера содержится ссылка на следующий кластер. Достоинства: минимальная адресная информация. Недостаток: сложность реализации доступа, для того, чтобы прочитать n-ый кластер нужно прочитать (n-1).

- использование связанного списка индексов. Является модификаций предыдущего способа. Файлу выделяется память в виде списка кластеров. Номер первого кластера запоминается в записи каталога. С каждым кластером диска связан некоторый элемент - индекс. Индексы располагаются в отдельном месте. Когда диск свободен, все индексы равны 0 или 1. Если кластер n выделен некоторому файлу, то индекс становится равным n либо (n+1) - номер следующего кластера данного файла. А может быть нули. Достоинства: минимальная адресная информация, не требуется просмотр всех кластеров, требуется просмотр таблицы индексов, которая может хранится в реальной ОП (перемещать головки и читать не нужно много раз). Пример: файловая система MSDOS.

-использование перечисления кластеров файла. В этом случае перечень кластеров служит сам по себе адресной частью файла. Достоинства: прямая адресация к файлу (без просмотра цепочек). Недостаток: длина адреса зависит от размера файла.

- i-узлы. Метод состоит в связывании с каждым файлом структуры данных, называемой i-node. i-node содержит атрибуты файла и адреса кластеров секторов. Достоинства: i-node находится в реальной памяти, когда файл открыт, поэтому доступ осуществляется быстро. Если i-node занимает n байт, а одновременно может быть открыто k файлов, то для массива i-node потребуется kn байт (это не много, значительно меньше FAT).

Адресация файлов в UFS.

Кластеры файла адресуется в соответствии с некоторой схемой.

Для хранения адресов кластеров файла выделяется 15 полей, каждое поле состоит из 4х байт. Кластеры в этой ФС имеют длину 8 кб. Если размер файла <= 12, то можно реализовать 12*8 кб=96 кб файла. Если > 12, 13е поле содержит адрес кластера, в котором расположены адреса следующих кластеров файла. Если количество кластеров файлов ещё больше, то подключается 13 и 14 поля, причем они представляют собой иерархию кластеров, в которых находятся номера. Такая схема адресации позволяет адресовать файл, длинной 7*10^10 байт.

57. Файловая система MSDOS. Организация логического раздела. Поиск файла с использованием FAT.

MS-DOS (англ. Microsoft Disk Operating System) — дисковая операционная система для компьютеров на базе архитектуры x86. MS-DOS самая известная ОС среди семейства DOS-совместимых операционных систем и самая используемая среди IBM PC-совместимых компьютеров на протяжении 80-х и до середины 90-х годов.

Логическая структура

Логическая структура реализует линейную ("ленточную") модель дискового пространства тома. Согласно этой модели том разделен на две расположенные последовательно области - системную и рабочую.
Рабочая область, расположенная непосредственно после системной, разделена на последовательно пронумерованные кластеры и предназначена для хранения файлов и подкаталогов. Кластер используется в качестве минимальной единицы, выделяемой операционной системой одному файлу или подкаталогу. Например, кластер Windows (FAT32) имеет размер 32 КБ. И если даже файл имеет размер 1 КБ, то для него все равно будет выделено на диске 32 КБ. В Windows все это можно увидеть, щелкнув по файлу правой кнопкой и выбрав пункт "Свойства".
Каждый кластер имеет уникальный номер и содержит несколько расположенных подряд секторов (1 или 2 сектора в кластере для гибких дисков, 4 и более - для жестких). Между номером кластера и списком абсолютных номеров секторов, которые в него входят, существует взаимно-однозначное соответствие.
Системная область занимает несколько начальных (в абсолютной нумерации) секторов, начиная с нулевого, и содержит блоки служебной информации. Эти блоки используются для организации доступа к файлам и загрузки операционной системы:

• Блок загрузки (Boot-Sector)
• Корневой каталог (Root Directory)
• Таблица распределения файлов (FAT - File Allocation Table)

58. Файловая система MSDOS Организация нескольких логических разделов на диске.

В соответствии с идеологией MS-DOS жесткий диск может состоять из так называемых "разделов" - независимых областей диска, которые могут быть построены по схеме любой операционной системы, то есть использовать любую файловую систему. Таких разделов должно быть два - основной (Primary), с которого обычно осуществляется загрузка, и расширенный (Extended), который может быть разделен на несколько частей-подразделов (логических дисков). Таким образом, первый раздел диска самостоятелен, остальные объединяются в группу. Каждый раздел имеет принадлежность к той или иной файловой системе. В рамках DOS (и основанных на этой же операционной системе Windows3.x/95/98/ME) существуют три файловых системы - FAT12, FAT16 и FAT32.

Системные сектора Самый первый сектор любого жесткого диска имеет название Master Boot Record, MBR. Он состоит из двух частей - программы начального загрузчика и таблицы разделов (Disk Partition Table, DPT). DPT состоит из четырех записей, обозначающих адрес начала раздела, его размер в секторах, адрес конца и тип файловой системы. Конечно, используется только две записи - для основного и расширенного раздела, потому что каждый подраздел (логический диск) имеет такую же DPT с указанием адреса следующего подраздела. Задача загрузчика в MBR - дать возможность загрузки с нужного раздела (т.е. использовать несколько операционных систем). Стандартный загрузчик DOS предоставляет весьма ограниченный механизм выбора - загрузка возможна с того раздела, у которого установлен флаг активности таблице DPT.

Выделение на одном жёстком диске нескольких разделов даёт следующие преимущества:

на одном физическом жёстком диске можно хранить информацию в разных файловых системах, или в одинаковых файловых системах, но с разным размером кластера (например, выгодно хранить файлы большого размера — например, видео — отдельно от маленьких, и задавать больший размер кластера для хранилища больших файлов);

манипуляции с одним разделом не сказываются на других разделах;

как следствие, можно отделить информацию пользователя от файлов операционной системы, и тогда:

образ раздела с ОС, применяемый, например, для резервного копирования перед внесением существенных изменений в конфигурацию ОС, будет иметь меньший размер по сравнению с образом всего диска, а восстановление системы из образа не затронет данные пользователя, которые могли измениться с момента последнего снятия образа;

при переустановке ОС «начисто» (с полным уничтожением предыдущей установки) не потребуется дополнительного запоминающего устройства для временного хранения пользовательских данных — последние останутся незатронутыми;

на одном жёстком диске можно установить несколько операционных систем;

уменьшение влияния фрагментации на скорость дисковых операций:

при меньшем размере раздела фрагменты каждого файла распределяются на меньшем физическом пространстве, то есть фрагменты файла находятся физически ближе друг к другу, что сокращает время на позиционирование головки диска при обращении к файлу;

на разделе размещается меньшее количество файлов, что приводит к меньшей фрагментации.

Дата добавления: 2015-06-25