Файловые системы (ФС)

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция

Файловые системы (ФС)

1. Понятие файла и свойства ФС

Файлы предназначены для одновременного хранения информации, как правило, на ВЗУ. Программист при работе с ними может использовать канальные команды (взаимодействие с контроллером), команды-запросы к ядру (SVC), однако это неудобно, т.к. необходимо знать коды канальных команд, номера каналов, реальный адрес следующей записи и т.д. Кроме того, отслеживать окончание I/O, выполнять буферизацию.

Файловая система - промежуточное звено между программами пользователя и адресом ОС осуществляется преобразования логических запросов на I/O в поток физических команд для ядра.

Файл - физическое представление информации в совокупности объектов. Он обычно состоит из записей информации об объекте. Отдельные свойства объекта кодируются значениями отдельных полей записи.

Свойства ФС:

Способность эффектно распределять вспомогательную память;

Гибкость и многократность доступа к данным;

Максимально большая маскировка внутреннего механизма реализации от пользователя;

Независимость от устранения;

Способность организации совместно использования общих файлов;

Безопасность и целостность информации в файле;

Эффектность команд работы с файлами.

2. Организация файлов по методу доступа

Все ВЗУ делятся на устранение с прямым доступом (диски, барабаны) и последующим доступом (ленты, перфоленты). Это физическими принципами хранения информации на устранение. Это влияет на стоимость хранения и использования информации.

Доступ к данным может быть последовательным(1,2,3,…) и произвольным(4,1,0,1,...). Устройство называется устройством прямого доступа, если для него время прямого также мало, как и время последовательного. Поскольку файлы хранятся в ПЗУ, они также могут быть последовательного и прямого доступа.

Файлы с последовательным доступом позволяет обрабатывать данные в соответствии с их последовательностью физического расположения. Всегда дешевле устройств с прямым доступом. Например, удаляется средний блок. Если при работе на том же месте произойдет физический сбой, мы можем потерять данные. Если данные записывать в конец ленты - это медленно и увеличивает фрагментацию. Для эффектной работы с последующими файлами данные в них должны быть упорядочены по ключу (ФИО, должность и т.д.)

Прямой доступ. Не требуется сортировка по ключу, все ключи хранятся в таблице (ключ - физическое размещение). Иногда к одному к тому файлу надо обратится как к последовательному и как к прямому.

В этом случае доступ идет через таблицу. Данные в файле располагаются по мере накопления (неотсортированы, а в таблице ключи отсортированы). Добавление новой записи заставляет редактировать всю таблицу.

3. Буферизация

Устройства бывают алфавитными и блочными. Блочные обмениваются блоками данных определенного размера. Для согласования размеров можно выделить область в памяти размером в блок.

Буфер - область для временного хранения данных при обмене с ВЗУ.

На практике выгодно иметь буфер большого размера, чем размер обрабатываемых данных. Особенно для файлов с последовательным расположением. Этот способ простоя - буферизация.

Часто программа читает данные с ВЗУ, обрабатывает их и записывает их на ВЗУ. В этом случае используют 2 буфера: входной и выходной.

В общем случае размеры вх. и вых. буферов различаются и определяются свойствами программы.

Буфер обладает свойством неделимости:

И программа и ВЗУ долгое время простаивают - плохо. Выход во введении 2-х буферов.

В этом случае и устройство и программа простаивают гораздо реже за счет параллельной работы.

Дальнейшее увеличение числа буферов выигрыша не дает, т.к. объектов, работающих с буфером всего два.

Совмещенный буфер: в один момент как входной, в другой - выходной.

Такая буферизация косвенная.

Если размер вх/вых буфера и рабочей области одинаковы. И обмен и обработка занимают одинаковое время - используется следующий вид.

4. Требования к ФС

Минимизация количества обменов с физическим устройством, т.к. ВЗУ гораздо медленнее ЦП и ОЗУ, чем меньше к нему обращается, тем быстрее вся система. Реализуется при помощи буферизации;

Независимость между размерами физического блока и логической записи;

Допустим физический блок 1 Кб, а программа читает по 1б и здесь буферизация;

Автоматическое распределение памяти.

В простой ФС команда создания файла может быть такой: CREATE FILE1,SIZE,ALLOC (номер блока, с которой начинается)

Помнить расположение свободных блоков неудобно. Свойства ФС самостоятельно выбирать свободный участок - автоматическое распределение памяти. Это реализуется хранением информации о свободных участках CREATE FILE1,SIZE.

Динамическое выделение памяти.

Во многих случаях тяжело правильно указать размер создаваемого файла. Поэтому желательно избавится от параметра SIZE. Свойство ФС самостоятельно распределять свободное пространство при увеличении размеров файла называется динамическим распределением памяти.

Вывод: хранить файл частями. В системных таблицах хранится информация о разных частях (расположение CREATE FILE1).

Гибкая система именования файлов.

В многопользовательских системах могут быть ситуации, когда один пользователь выполняет CREATE FILE1, а другой DELETE FILE1. С одной стороны необходимо защитить свои данные от других пользователей, а с другой при именовании не должны создаваться проблемы для других пользователей.

а) древовидный справочник

б) Справочник 2-х уровней.

Главный справочник системы хранит информацию обо всех файлах всех пользователей, кроме имени файла и пользователя.

У каждого пользователя свой справочник, который ссылается на главный справочник.

5. Дескриптор файла

Дескриптор файла - структура, однозначно определяющая файл. В разных ФС состав дескриптора разный. Минимально он содержит идентификатор файла (имя) и его физическое размещение.

В общем случае:

идентификатор файла - символическое имя;

физическое размещение (для непрерывного распределения достаточно указать начало и размер области, иначе указатель на таблицу с информацией о размещении или на начало файла);

физическая организация (прямой/последовательный доступ);

дескриптор устройства - информация о физических параметрах устройства, коды команд; чтобы не дублировать эту информацию для разных файлов, часто дескриптор устройства хранится в минимальном количестве экземпляров отдельно, а здесь расположен указатель на него;

информация о правах доступа (идентификатор владельца партнера, подчиненные пользователи, права доступа, пароли);

тип файла - определяем назначение файла (текст, данные, программа и т.д.) или представление (ASCII, BIN, BCD);

тип может входить в состав имени как расширение;

состояние (временный, постоянный и т. д.);

административная информация: дата создания, время последнего доступа, дата коррекции, количество обращений к файлу.

Дескриптор может храниться в справочнике, но это может привести к увеличению размеров последнего. Поэтому дескриптор может храниться вместе с файлом, а в справочнике помещается только указатель.

6. Способы размещения файлов на ВЗУ

файл доступ буферизация

1) Внешняя память может быть непрерывной (файл одним пуском) - простое непрерывное распределение.

Достоинства: просто;

Недостатки: неудобства в использовании (плохое динамическое распределение и автоматическое); фрагментация (для борьбы с ней используется операция “сборка мусора” - SQUEEZE).

Лучше хранить файл по частям.

2) Блоки могут располагаться в произвольном месте носителя, что позволяет использовать его емкость даже при фрагментации. Список блоков - пустое связывание блоков файла в единый список блоков.

Блоки могут распределяться в производственном месте носителя, что позволяет использовать его емкость на 100% при фрагментации. Обрабатывать ф может идти до NULL - последовательный блок либо определяется по размеру.

Эта схема хорошо подходит для файлов последовательного доступа.

Содержание блока делится на 2 части: данные и служебная информация, которая пользователю недоступна (используется ФС).

Достоинства: простота реализации, при добавлении блока в ср файла нет переноса данных.

Недостатки: сложная организация файлов с прямым доступом.

Возникают проблемы с хранением информации о свободных и дефектных участках. Реализация в виде файлов со специальным статусом.

3) Блок индексов. Для увеличения скорости доступа к файлу все указатели можно собрать в таблицу, называемою блок индексов.

Таблица часто имеет фиксированный размер. Если она используется не полностью, то существует элемент, определяющий конец файла.

Если размер таблицы недостаточен, создается еще одна, а в предыдущем делятся на нее указатель.

Для отличия указатель на продолжении таблицы, от указателя на блок файла можно использовать специальный атрибут или жестко заданное место в таблице.

Достоинства: самый быстрый доступ к любой части файла из всех схем хранения файла из нескольких частей.

Недостатки: блок индекса требует дополнительной памяти при хранении и работе; последний блок индексов, как правило, используется не до конца - потери памяти; при коррекции файла корректируется весь блок индексов; неудобно хранить информацию о свободных и дефектных участках.

4) Карта файлов. Вставку и удаление блока файла можно упростить, применяя единую карту файлов для всего носителя.

Как правило, карта файла - массив из записей. Часть запись храним информацию о физическом расположении данных, а другая - номер следующего элемента файла, образуя список. В простых ФС информация о физическом расположении может отсутствовать (например, DOS), т.к. существует одинаковое соответствие номера элемента карты с физическим размером блока данных.

Достоинства: просто хранить и обрабатывать информацию о свободных и дефектных участках; в отличие от блока индексов при коррекции файла не надо корректировать всю карту; отсутствуют потери неиспользуемые части системы.

Недостатки: доступ к файлу медленнее, чем в блоке индексов, т.к. карта файла всегда больше блока индексов часто она не может быть резидентной целиком и при доступе к файлу ее постоянно приходится подсчитывать - следовательно, перемещения головок - следовательно, более медленная, чем в блоке индексов.

Выбор размера блока данных файла важен, т.к. при большом увеличении размера всех буферов, увеличивается фрагментация из-за неисправленной части последнего блока, а при уменьшении размера: увеличивается количество случайных обменов, увеличиваются размеры системных таблиц.

Размещено на Allbest.ru