Файловые системы FAT12 и FAT16

РАЗНОВИДНОСТИ ФАЙЛОВЫХ СИСТЕМ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ

В целях организации доступа к данным на носителях операционная система делит каждый из них на две части: небольшую системную область, используемую ОС для записи ключевой информации о носителе, и область данных, в которой хранятся данные файлов.

Во многих современных ПК используется файловая система FAT (File Allocation Tabl – таблица размещения файлов), ведущая свою историю от MS-DOS. Сначала для дискет и небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная версия FAT (так называемая FAT12). В MS-DOS v.3.0 была введена 16-разрядная версия FAT для более крупных дисков.

Концепция, заложенная в основу FAT, предусматривает не только секторную организацию структуры диска, но и разбиение его на четыре функциональные области:

· блок начальной загрузки;

· таблицу размещения файлов;

· главный каталог;

· файлы и каталоги разного назначения.

Представим себе, что секторы носителя последовательно соединены друг с другом, образуя длинную ленту из секторов (рис. 5). Самая первая (внешняя) дорожка любого диска (0-я) считается служебной. Именно здесь находится блок начальной загрузки, таблица размещения файлов и главный каталог.

Номера секторов
		…				…				…
БНЗ	FAT (две копии)	Главный каталог	Файлы и папки разного назначения

Рис. 5. Структура носителя в системе FAT16

Нулевой сектор – блок начальной загрузки – это визитная карточка носителя, в которой записаны данные, необходимые ОС для работы с диском. В него записываются следующие характеристики:

· идентификатор системы, если на носителе записана ОС;

· размер секторов в байтах;

· количество секторов в кластере;

· количество резервных секторов в начале носителя (один);

· количество копий FAT на носителе (обычно две);

· количество элементов в каталоге;

· количество секторов на носителе;

· указатель формата носителя;

· количество секторов в FAT;

· количество секторов на дорожку;

· количество поверхностей.

Кроме того, в этом секторе хранится короткая программа в машинных кодах, используемая для начальной загрузки ОС в память ПК.

Специфика файловой структуры жестких дисков определяется наличием возможности предварительного разбиения области памяти диска на несколько разделов. Поэтому в начальный сектор жесткого диска помещается дополнительная информация о количестве разделов, их местоположении и размерах.

Чтобы обратиться к данным файла, надо знать адрес первого кластера из тех, в которых хранятся данные файла. Адрес любого кластера на диске определяется тремя координатами: номером дорожки (цилиндра), номером поверхности и номером сектора.

Таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT). В процессе работы пользователей на ПК содержимое носителя меняется: добавляются новые файлы, удаляются ненужные, некоторые файлы модифицируются и т.д. Выполнение этих операций требует наличия специального механизма распределения запоминающего пространства между файлами и обеспечения доступа к ним. В ОС этот механизм реализуется путем использования FAT-таблицы, служащей для указания номеров кластеров, выделенных под каждый файл.

Под FAT-таблицу в MS DOS отводится 2 сектора, однако для повышения надежности она дублируется в следующих двух секторах (3 и 4).

Сектора с 5-го по 11-й отведены под главный каталог. Для хранения каждой записи в каталоге выделяется 32 байта (рис. 6). В этой структуре два байта (26-й и 27-й) определяют номер (адрес) первого кластера файла. Следовательно, с помощью 16 бит можно выразить 2¹⁶ = 65536 разных адресов. Такая файловая система носит название FAT16. Поэтому в ней в главном каталоге не может быть размещено более 65536 файлов.

Двоичный код атрибутов файла (11-й байт записи главного каталога) характеризует статус файла и хранит шесть указателей, каждый из которых может принимать одно из двух значений 0 или 1 (рис. 7).

Область файлов разного назначения занимает все остальное пространство диска. Все файлы хранятся на диске на равноправных началах независимо от назначения. Ими могут быть папки, подпапки, команды, расширяющие возможности ОС, программы пользователя и т.д.

Каждая из папок может хранить сведения и о подпапках, и о файлах данных. Положение на диске корневого каталога фиксировано и известно ОС — он располагается, начиная с секторов, следующих за FAT. Подпапки хранятся в области данных носителя, как обычные файлы. Данные о местонахождении подпапок корневого каталога хранятся в корневом каталоге. Подпапки корневого каталога, в свою очередь, хранят сведения о подчиненных им подпапках и т.д.

Номера байтов

Имя файла

Тип файла (расширение)

Атрибуты

Резерв

Время создания

Дата создания

Номер первого кластера

Размер файла в байтах

Рис. 6. Структура записи в главном каталоге

Рис. 7. Структура байта атрибутов файла

Подпапки состоят из тех же элементов, что и корневой каталог. Каждый элемент подпапки хранит сведения о файле данных или о файле подчиненной папки. Отличие элемента, описывающего подпапку, состоит в том, что 4-й бит кода атрибутов файла устанавливается в положение «1» и поле «Размер файла» содержит нулевое значение. Размер файла подпапки неограничен, что позволяет в пределах емкости диска организовать хранение любого количества файлов. Первый и второй элементы подпапки имеют в поле «Имя файла» значения «.» и «..». Элемент с именем «.» описывает собственно подпапку, а элемент с именем «..» описывает файл родительской папки. Наличие в подпапке элемента с данными о родительской папке обеспечивает взаимосвязь папок разного уровня и позволяет продвигаться по дереву папок не только от корневого каталога к подчиненным подпапкам, но и в обратном направлении.

Механизм доступа к файлам с использованием FAT реализуется следующим образом. Область данных диска рассматривается как последовательность пронумерованных кластеров. Каждому кластеру ставится в соответствие элемент FAT с тем же номером. Например, элемент 2 FAT соответствует кластеру 2 области данных диска, элемент 3 FAT — кластеру 3 и т.д.

В каталоге, содержащем сведения о файлах на диске, для каждого файла указан номер первого кластера, занимаемого файлом. Этот номер называется точкой входа в FAT. Система, прочитав в каталоге номер первого кластера файла, обращается к этому кластеру, например, записывает в него данные, затем она обращается к соответствующему элементу FAT (элементу, номер которого равен номеру первого кластера файла). Этот элемент FAT содержит номер следующего кластера, отведенного для файла на диске, и т.д.

Пример, приведенный на рис. 8, иллюстрирует использование FAT при обращении к файлу, имеющему три фрагмента на диске (рис. 8а): первый фрагмент файла занимает кластеры 9 и 10, второй фрагмент — кластер 12 (кластер 11 не используется как дефектный), третий фрагмент файла занимает кластеры 45, 46.

На рис. 8б приведено условное изображение соответствующего фрагмента FAT и пояснены значения элементов для каждого из кластеров, изображенных на рис. 8а. Кластеры 13, 44, 47 — свободны и поэтому значения их равны 0. Кластер 11 отмечен как дефектный специальным кодом FF7, а кластер 46 отмечен кодом FFF, как последний кластер файла.

Если файл удаляется, то занимаемые им кластеры освобождаются и в соответствующие элементы FAT записывается код 000 — признак свободного кластера. При этом данные удаленного файла остаются на диске до тех пор, пока занимаемые ими кластеры не будут выделены системой другим файлам, вновь создаваемым или расширяемым. Пока этого не случится, удаленный файл может быть восстановлен.

	Номера элементов FAT (кластеров)	Значение элементов FAT	Пояснения
	…
Точка входа в FAT ®			- Следующий кластер файла – кластер 10
		- Следующий кластер файла – кластер 12
	FF7	- Дефектный кластер (не используется)
		- Следующий кластер файла – кластер 45
		- Кластер отмечен как свободный
…	…
		- Кластер отмечен как свободный
		- Следующий кластер файла – кластер 46
	FFF	- Последний из кластеров, занимаемых файлом
		- Кластер отмечен как свободный
…	…

б)

Рис. 8. Принцип доступа к файлам в FAT

Файлам, хранящимся в области данных, по возможности выделяется непрерывная последовательность кластеров. Если файл расширяется или записывается на место ранее удаленного более короткого файла, то файлу может быть выделено несколько областей памяти на диске — файл становится фрагментированным. Связь между отдельными фрагментами файла обеспечивается указателями, хранящимися в FAT. Со временем степень фрагментированности файлов на диске возрастает. При этом полезная емкость памяти области данных диска не изменяется. Однако время доступа к данным на диске несколько возрастает, так как для того, чтобы считать или записать данные в непрерывный файл, надо подвести магнитные головки чтения-записи к нужной дорожке на диске один раз, а в фрагментированный файл — столько раз, сколько файл имеет фрагментов, расположенных на разных дорожках диска.

Структура файловой системы FAT16 является достаточно простой и интуитивно понятной. Она используется практически на всех аппаратных платформах и реализуется во всех операционных системах, выпускаемых компанией Microsoft: MS-DOS, Windows 3.х/ 9x/NT/2000/ХР, а также OS/2.

FAT16 реализует быстрый доступ к данным. Вместе с тем, данная система обладает рядом существенных недостатков:

· ограничение по количеству файлов в главном каталоге (до 65536);

· ограничение по емкости тома (до 2 Гбайт);

· фиксированный размер кластера, что для жестких дисков емкостью более 512 Мбайт приводит к нерациональному использованию дискового пространства;

· практическая незащищенность файлов и каталогов от несанкционированного доступа;

· невысокая надежность вследствие фиксированного расположения определенных областей на диске.

Задание №3 Составьте схему связи кластеров, занимаемых файлом, если известно, что файл размещается в кластерах 15-17, 20-24, 27-29. Кластеры 18, 19 и 25 являются дефектными, а кластеры 26 и 30 – свободным. Определите объем, занимаемый данным файлом на диске, если размер кластера составляет 8 секторов.

Дата добавления: 2014-01-05