Свойства операционных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Логическая и физическая организация файловой системы

файловый диск информация форматирование

Аппаратная часть различных видов накопителей. Форматирование. Файловая система. Типы файлов. Иерархическая структура файловой системы. Логическая организация файловой системы. Физическая организация файловой системы.

Самостоятельная работа обучающихся: проработка конспектов занятий, учебной и специальной технической литературы по теме: «Логическая и физическая организация файловой системы»:

1 Подготовка презентации по теме: «Физическая и виртуальная геометрия диска. Компакт-диски»

ПЛАН:

1. Аппаратная часть различных видов накопителей.

2. Форматирование. Файловая система.

3. Типы файлов. Иерархическая структура файловой системы.

4. Логическая организация файловой системы.

5. Физическая организация файловой системы.

1. Аппаратная часть различных видов накопителей.

Накопители информации были придуманы для того, чтобы исходные данные можно было записывать, а результаты работы - сохранять. В настоящее время наиболее распространены следующие накопители информации: жесткие диски, магнитные запоминающие устройства в пластиковых картах, микросхемы SDRAM, флеш-память (карты памяти в современных устройствах, USB накопители), оптические диски (CD, DVD, Blu-Ray). Это все - внешняя (вспомогательная) память.

Внешняя (вспомогательная) память - это долговременная энергонезависимая память для хранения данных (программ, текстов, расчетов и т.д.).

В отличие от оперативной памяти, внешняя память не имеет прямой связи с процессором. Информация от ВЗУ к процессору и наоборот циркулирует примерно по следующей цепочке:

Для работы с внешней памятью необходимо наличие накопителя и носителя.

Накопители - устройства для записи и (или) считывания информации.

Носители - устройства для хранения информации.

Основные виды накопителей:

· накопители на гибких магнитных дисках (НГМД);

· накопители на жестких магнитных дисках (НЖМД);

· накопители CD-ROM, CD-RW, DVD.

Им соответствуют основные виды носителей:

· гибкие магнитные диски (Floppy Disk) (диаметром 3,5'' и ёмкостью 1,44 Мб; диаметром 5,25'' и ёмкостью 1,2 Мб (в настоящее время устарели и практически не используются, выпуск этих накопителей прекращён));

Информация записывается по концентрическим дорожкам (трекам), которые делятся на секторы. Количество дорожек и секторов зависит от типа и формата дискеты. Сектор хранит минимальную порцию информации, которая может быть записана на диск или считана. Ёмкость сектора постоянна и составляет 512 байтов.

· жёсткие магнитные диски (Hard Disk);

Как и у дискеты, рабочие поверхности магнитных дисков - платтеры разделены на кольцевые концентрические дорожки, а дорожки -- на секторы. Головки считывания-записи вместе с их несущей конструкцией и дисками заключены в герметически закрытый корпус, называемый модулем данных. При установке модуля данных на дисковод он автоматически соединяется с системой, подкачивающей очищенный охлажденный воздух.

Поверхность платтера имеет магнитное покрытие толщиной всего лишь в 1,1 мкм, а также слой смазки для предохранения головки от повреждения при опускании и подъёме на ходу. При вращении платтера над ним образуется воздушный слой, который обеспечивает воздушную подушку для зависания головки на высоте 0,5 мкм над поверхностью диска. Платтеры - круглые алюминиевые пластины, обе поверхности которых покрыты слоем магнитного материала, являются носителями информации.

· кассеты для стримеров и других НМЛ;

· диски CD-ROM, CD-R, CD-RW, DVD.

Обычно НМД состоит из следующих частей :

· контроллер дисковода,

· собственно дисковод,

· интерфейсные кабели,

· магнитный диск.

Основные характеристики накопителей и носителей:

· информационная емкость;

· скорость обмена информацией;

· надежность хранения информации;

· стоимость.

В основу записи, хранения и считывания информации из внешней памяти положены два принципа - магнитный и оптический. Благодаря этим принципам обеспечивается сохранение информации и после выключения компьютера.

У компьютеров ранних поколений функции внешней памяти выполняли перфоленты и перфокарты, а также магнитные ленты. Магнитные ленты являются устройствами с последовательным доступом (данные можно читать или записывать только последовательно, при нарушении порядка приходится долго ждать, пока лента будет перемотана в нужное место).

Магнитные и оптические диски, используемые в настоящее время, являются устройствами с произвольным доступом, т.к. любую часть данных позволяют получить за одно и то же время. Магнитные диски бывают гибкие и жесткие.

2. Магнитные диски

Головка (Head) - электромагнит, скользящий над поверхностью диска, для каждой поверхности используется своя головка. Нумерация начинается с 0.

Дорожка (Track) - концентрическая окружность, которую может прочитать головка в одной позиции. Нумерация дорожек начинается с внешней (первая имеет номер - 0).

Цилиндр (Cylinder) - совокупность всех дорожек с одинаковым номером на всех дисках, т.к. дисков может быть много и на каждом диске запись может быть с двух сторон.

Маркер - от него начинается нумерация дорожек, есть на каждом диске.

Сектор - на сектора разбивается каждая дорожка, сектор содержит минимальный блок информации. Нумерация секторов начинается от маркера.

Геометрия жесткого диска - набор параметров диска, количество головок, количество цилиндров и количество секторов.

У современных жестких дисков контроллер встроен в само устройство, и берет на себя большую часть работы, которую не видит ОС.

Например, скрывают физическую геометрию диска, предоставляя виртуальную геометрию. Физическая и виртуальная геометрия диска

На внешних дорожках число секторов делают больше, а на внутренних меньше. На реальных дисках таких зон может быть несколько десятков.

3. Компакт-диски

Запись на CD-ROM диски производятся с помощью штамповки.

Сначала CD-диски использовались только для записи звука.

Пит - единица записи информации (впадина при штамповке, темное пятно, прожженное в слое краски в CD-R, область фазового перехода).

Запись на CD-ROM производится спирально

4. Компакт-диски с возможностью записи CD-R и CD-RW, DVD

Запись на CD-R диски производятся с помощью локального прожигания нанесенного слоя красителя.

Используются лазеры с двумя уровнями разной мощности, для записи 8-16 мВт, для чтения 0.5 мВт.

Каждая запись производится за одну непрерывную операцию, поэтому если у вас будет слишком загружен компьютер (мало памяти или медленный диск), то вы можете испортить диск, т.к. данные не будут поспевать поступать на CD-ROM.

Запись на CD-RW диски производятся путем локального перевода слоя из кристаллического в аморфное состояние.

Используются лазеры с тремя уровнями разной мощности.

Эти диски можно отформатировать (UDF), использовать их вместо дискет и дисков.

Были сделаны следующие изменения:

· Размер пита уменьшили в два раза (с 0.8 мкм до 0.4мкм)

· Более тугая спираль (0.74 мкм между дорожками, вместо 1.6 у компакт-дисков)

· Уменьшение длины волны лазера (0.65 вместо 0.78)

Это позволило увеличить объем с 650 Мбайт до 4.7 Гбайт.

Определены четыре следующих формата:

1. Односторонний, одноуровневый (4.7 Гбайт)

2. Односторонний, двухуровневый (8.5 Гбайт)

3. Двухсторонний, одноуровневый (9.4 Гбайт)

4. Двухсторонний, двухуровневый (17 Гбайт)

5. Программные принципы форматирования дисков

Низкоуровневое форматирование - разбивка диска на сектора, производится производителями дисков.

Каждый сектор состоит из:

· Заголовка (Prefix portion) - по которому определяется начало (последовательность определенных битов) сектора и его номер, и номер цилиндра.

· Область данных (как правило, 512 байт)

· Конец сектора (Suffix portion) - содержит контрольную сумму ECC (Error Correction Code - код корректировки ошибок). Позволяет обнаружить или даже исправить ошибки чтения. Размер зависит от производителя, и показывает, как производитель относится к надежности работы диска.

Сектор диска

На диске могут быть запасные сектора, которые могут быть использованы для замены секторов с дефектами (а они почти всегда есть). За счет этого обеспечивается одинаковая емкость на выходе.

При низкоуровневом форматировании часть полезного объема уменьшается, примерно до 80%.

После низкоуровневого форматирования диск разбивается на разделы, эти разделы воспринимаются ОС как отдельные диски.

Для чего можно использовать разделы:

· Отделить системные файлы от пользовательских (например, своп-файлы)

· Более эффективно использовать пространство (например, для администрирования).

· На разные разделы можно установить разные ОС.

Основные разделы диска:

· Первичный (Primary partition) - некоторые ОС могут загружаться только с первичного раздела.

· Расширенный (Extended partition) - непосредственно данные не содержит, служит для создания логических дисков.

· Логический (Logical partition) - может быть любое количество.

Информация о разделах записывается в 0-м секторе 0-го цилиндра, головка 0. И называется таблицей разделов.

Таблица разделов (Partition Table) - содержит информацию о разделах, номер начальных секторов и размеры разделов. На Pentium-компьютерах в таблице есть место только для четырех записей, т.е. может быть только 4 раздела (к логическим это не относится, их может быть не ограниченное количество).

Этот сектор называется главной загрузочной записью.

Главная загрузочная запись MBR (Master Boot Record) - содержит загрузочную программу и таблицу разделов.

Активный раздел - раздел, с которого загружается ОС, может быть и логическим. В одном сеансе загрузки может быть только один активный раздел.

В Windows разделы будут называться устройствами C:, D:, E: и т.д.

6. Высокоуровневое форматирование

Высокоуровневое форматирование (создание файловой системы) - проводится для каждого раздела в отдельности, и выполняет следующее:

· Создает загрузочный сектор (Boot Sector)

· Создает список свободных блоков (для UNIX) или таблицу(ы) размещения файлов (FAT - File Allocation Table) (для FAT или NTFS)

· Создает корневой каталог

· Создает, пустую файловую систему

· Указывает, какая файловая система

· Помечает дефектные кластеры

Чтобы жесткий диск можно было использовать в компьютере, его необходимо подготовить, отформатировать в выбранную файловую систему. Программа форматирования создает на жестком диске компьютера структуру в соответствии с правилами файловой системы Windows после чего диск становится виден в операционной системе и его можно использовать. Форматирование жесткого диска осуществляется силами операционной системы или сторонней программы. При этом выбирается тип файловой системы жесткого диска, размер кластера и способ форматирования.

Кластеры и блоки - единица хранения информации в файловых системах, файлы записываются на диск, разбитыми на блоки и кластеры.

Кластер -- упрощенно, минимальная ячейка на жестком диске для хранения информации, эдакая коробочка для хранения файлов. Кластер имеет вполне конкретные стандартизованные размеры равные 512 байт раньше и 4?096 байт в настоящее время. В одном кластере хранится только один файл, если он меньше размера кластера, то все равно занимает весь кластер.

Когда файл не помещается целиком в одном кластере, то он записывается кусочками по разным кластерам, необязательно соседним. Поскольку размеры файлов крайне редко кратны размеру кластера, то на диске файлы практически всегда занимают больше места, чем их реальный размер. Чтобы было понятнее, возьмем для наглядности такой пример. Есть 9 кирпичей, из них 3 белых и 6 красных, а в контейнер помещается только 5 кирпичей одного типа. Чтобы хранить наши кирпичи нам понадобится 3 контейнера, хотя емкость двух контейнеров 10 кирпичей. Вот наглядная иллюстрация, как это происходит.



7. Особенности файловой системы

Файловая система - это способ организации данных на носителях информации. Файловая система определяет, где и каким образом на носителе будут записаны файлы, и представляет ОС доступ к этим файлам. Любая файловая система предназначена для хранения информации о физическом размещении частей файла.

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

· совокупность всех файлов на диске,

· наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,

· комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Для жестких дисков в ПК используются две файловые системы: FAT и NTFS. Существует четыре версии FAT - FAT12, FAT16, FAT32, ехFAT. Они отличаются количеством бит, отведенных для хранения номера кластера. Основное отличие между файловыми системами заключается в максимально допустимом размере файла.

В компьютерах используются пять типов файловых систем.

Тип файловой системы	Допустимый размер файла	Допустимая емкость накопителей данных	Допустимое количество хранимых файлов
FAT16	до 2 Гб	не более 4 Гб	не более 65 536
FAT32	не более 4 Гб	до 8 Тб	около 270 млн.
NTFS (журналируемая)	до 6 Тб	до 256 Тб	более 4 млрд
exFAT	для карт памяти	файлы большого размера
NSF+ (в ОС МасOS) (журналируемая)	очень большие файлы и жесткие диски

8. Имена файлов

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, Windows NT в своей новой файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа. Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов.

9. Типы файлов

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги.

Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.

Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные. Каталог - это с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

Некоторые типичные расширения файлов приведены ниже:

Расширение	Значение
file.bak	Резервная копия файла
file.cpp	Исходный текст программы на С++
file.gif	Изображение формата GIF
file.hlp	Файл справки
file.html	Документ в формате HTML
file.jpg	Неподвижное изображение стандарта JPEG
file.mp3	Музыка в формате MPEG-1 уровень 3
file.mpg	Фильм в формате MPEG
file.obj	Объектный файл



Понятие файла включает не только хранимые им данные и имя, но и информацию, описывающую свойства файла. Эта информация составляет атрибуты файла. Список атрибутов может быть различным в различных ОС. Пример возможных атрибутов приведен ниже.

Атрибут	Значение
Тип файла	Обычный, каталог, специальный и т. д.
Владелец файла	Текущий владелец
Создатель файла	Идентификатор пользователя, создавшего файл
Пароль	Пароль для получения доступа к файлу
Время	Создания, последнего доступа, последнего изменения
Текущий размер файла	Количество байт в записи
Максимальный размер	Количество байт, до которого можно увеличивать размер файла
Флаг "только чтение"	0 - чтение / запись, 1 - только чтение
Флаг "скрытый"	0 - нормальный, 1 - не показывать в перечне файлов каталога
Флаг "системный"	0 - нормальный, 1 - системный
Флаг "архивный"	0 - заархивирован, 1 - требуется архивация
Флаг ASCII / двоичный	0 - ASCII, 1 - двоичный
Флаг произвольного доступа	0 - только последовательный доступ, 1 - произвольный доступ
Флаг "временный"	0 - нормальный, 1 - удаление после окончания работы процесса
Позиция ключа	Смещение до ключа в записи
Длина ключа	Количество байт в поле ключа

Пользователь может получить доступ к атрибутам, используя средства, предоставляемые для этой цели файловой системой. Обычно разрешается читать значение любых атрибутов, а изменять - только некоторые.

Значения атрибутов файлов могут содержаться в каталогах, как это сделано, например, в MS-DOS.



Другим вариантом является размещение атрибутов в специальных таблицах, в этом случае в каталогах содержатся ссылки на эти таблицы.

Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня.

Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов. В MS-DOS каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX'е - сетевую. Как и любой другой файл, каталог имеет символьное имя и однозначно идентифицируется составным именем, содержащим цепочку символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного каталога. Логическая организация файловой системы а - одноуровневая; б - иерархическая (дерево); в - иерархическая (сеть)

10. Программная организация файла

Программист имеет дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей. Логическая запись - это наименьший элемент данных, которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством. Даже если физический обмен с устройством осуществляется большими единицами, операционная система обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи. На рисунке 2.33 показаны несколько схем логической организации файла. Записи могут быть фиксированной длины или переменной длины. Записи могут быть расположены в файле последовательно (последовательная организация) или в более сложном порядке, с использованием, так называемых, индексных таблиц, позволяющих обеспечить быстрый доступ к отдельной логической записи (индексно-последовательная организация). Для идентификации записи может быть использовано специальное поле записи, называемое ключом. В файловых системах ОС UNIX и MS-DOS файл имеет простейшую логическую структуру - последовательность однобайтовых записей.

Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит из физических записей - блоков. Блок - наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с оперативной памятью. Непрерывное размещение - простейший вариант физической организации (рисунок 2.34,а), при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих единый сплошной участок дисковой памяти. Для задания адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого метода - простота. Но имеются и два существенных недостатка.

Во-первых, во время создания файла заранее не известна его длина, а значит неизвестно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла, во-вторых, при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, так как отдельные участки маленького размера (минимально 1 блок) могут остаться не используемыми.

Следующий способ физической организации - размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти (рисунок 2.34,б ). При таком способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан одним числом - номером первого блока. В отличие от предыдущего способа, каждый блок может быть присоединен в цепочку какого-либо файла, следовательно, фрагментация отсутствует. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков.

Недостатком является сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла: для того, чтобы прочитать пятый по порядку блок файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков. Кроме того, при этом способе количество данных файла, содержащихся в одном блоке, не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего блока), а многие программы читают данные блоками, размер которых равен степени двойки.



Популярным способом, используемым, например, в файловой системе FAT операционной системы MS-DOS, является использование связанного списка индексов. С каждым блоком связывается некоторый элемент - индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска (в MS-DOS это таблица FAT). Если некоторый блок распределен некоторому файлу, то индекс этого блока содержит номер следующего блока данного файла. При такой физической организации сохраняются все достоинства предыдущего способа, но снимаются оба отмеченных недостатка: во-первых, для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное количество блоков файла по цепочке и определить номер нужного блока, и, во-вторых, данные файла занимают блок целиком, а значит имеют объем, равный степени двойки.

Файловая система - это способ организации данных на носителях информации. Файловая система определяет, где и каким образом на носителе будут записаны файлы, и представляет ОС доступ к этим файлам. Любая файловая система предназначена для хранения информации о физическом размещении частей файла.

От файловой системы требуется четкое выполнение следующих действий:

· Определение физического расположения частей файла;

· Определение наличия свободного места и выделение его для вновь создаваемых файлов.

Все современные дисковые операционные системы обеспечивают создание файловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним.

Принцип организации файловой системы -- табличный. Поверхность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями которой являются номера поверхности, цилиндра и сектора.

Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения.

Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных сведений приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. Поэтому к системной области предъявляются особые требования по надежности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами операционной системы.

Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен 512 байт. Теоретически возможна самостоятельная адресация для каждого сектора. Но для дисков большого объема такой подход неэффективен, а для некоторых файловых систем -- и просто невозможен. В связи с этим группы секторов объединяются в кластеры.

Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска. Поскольку используется двоичная система счисления, то размеры кластеров кратны степени двойки.

Пользователь может образно представить себе жесткий диск как блокнот в клеточку. Одина клеточка на странице - это один кластер. Файловая система - это содержание блокнота, а файл - слово.

Для жестких дисков в ПК в данный момент наиболее распространены две файловые системы: FAT и NTFS.

Структура FAT (Таблица размещения файлов) была разработана в 1977 году. Использовалась в качестве основной файловой системы в ОС DOS и Microsoft Windows (до версии Windows ME).

Существует четыре версии FAT - FAT12, FAT16, FAT32, ехFAT. Они отличаются количеством бит, отведенных для хранения номера кластера.

FAT12 применяется в основном для дискет, FAT16 - для дисков малого объема, FAT32, ехFAT - для флэш-накопителей.

В зависимости от требований, предъявляемых к накопителю данных, может использоваться одна из нескольких файловых систем.

Основное отличие между файловыми системами заключается в максимально допустимом размере файла.

В компьютерах используются пять типов файловых систем.

FAT16 (устарела) была разработана в 1983 году и могла корректно работать только с файлами размером до 2Гб. Допускалось использование накопителей данных емкостью не более 4 Гб и хранение не более 65 536 файлов. Индекс 16 в названии показывает, что для номера кластера используется 16 бит.

Преимущества:

Файловая система поддерживается OC MS-Dos, W-95 (98, NT,2000), а также некоторыми ОС UNIX.

Существует большое число программ, позволяющих исправлять ошибки в этой файловой системе и восстанавливать данные.

При возникновении проблем с загрузкой с HDD система может быть загружена с системной дискеты;

Файловая система достаточно эффективна для томов объемом менее 256 Мб.

Недостатки:

Не поддерживается резервная копия загрузочного сектора;

Не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.

FAT32 в связи с тем, что объемы данных, которые хранились на жестком диске, постоянно росли, в 1997 году была введена файловая система FAT32. Она использует 32-разрядную адресацию кластеров и поддерживает файлы размером не более 4Гб, жесткие диски емкостью приблизительно до 8 Тб и позволяет хранить около 270 млн файлов.

Также эта система может поддерживать длинные имена файлов. Помимо Windows 95 и выше данную файловую систему могут использовать также и другие ОС, например МасOS от Apple.

В настоящее время средний размер файла значительно увеличился (например, объем видеофильма много больше 4Гб), поэтому FAT32 имеет смысл использовать только на сменных накопителях (флешках или внешних жестких дисках).

Преимущества:

· Выделение дискового пространства выполняется более эффективно, особенно для дисков большого объема;

· Корневой каталог представляет собой обычную цепочку кластеров и может находиться в любом месте диска, благодаря этому не накладываются никакие ограничения на число элементов в корневом каталоге;

· За счет использования кластеров меньшего размера занятое дисковое пространство на 10-15 % меньше чем под FAT16.

· Является более надежной файловой системой, в частности , она поддерживает возможность перемещения корневого каталога и использование резервной копии FAT.

Недостатки:

· Размер тома под Win2000 ограничен 32Гб;

· Тома недоступны из других ОС - только из Win95 и Win98;

· Не поддерживается резервная копия загрузочного сектора;

· Не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.

NTFS (Файловая система новой технологии) - стандартная файловая система для семейства ОС Windows NT.

Основные особенности: встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей, а также назначать квоты (ограничения на максимальный объем дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями), использовать системы журналирования для повышения надежности файловой системы.

Она может управлять файлами с размером в 16Тб и поддерживает жесткие диски емкостью до 256 Тб. Файловая система позволяет хранить практически неограниченное количество файлов - более 4 млрд. На случай если будут использоваться файлы больших размеров и жесткие диски большей емкости, функции NTFS можно расширить.

Еще одним преимуществом системы является журналирование. С помощью данной технологии все изменения файлов NTFS записывает вначале в отдельную область на жестком диске. Это позволяет избежать потери данных в процессе их сохранения, например при возникновении перебоя в подаче электроэнергии.

Преимущества:

· Возможность восстановления. Эта возможность встроена в файловую систему. NTFS и гарантирует сохранность данных за счет того, что используются протокол и некоторые алгоритмы восстановления информации;

· Сжатие информации. Такие сжатые файлы могут использоваться Windows-приложениями без предварительной распаковки, которая происходит автоматически при чтении из файла. При закрытии и сохранении файл снова упаковывается;

· Защита файлов и каталогов. Только на томах NTFS возможно задание атрибутов доступа к файлам и папкам;

· Файловая система поддерживает резервную копию загрузочного сектора - она располагается в конце тома;

· NTFS поддерживает систему шифрования EFS, обеспечивающую защиту от неавторизованного доступа к содержимому файлов.

Недостатки:

· NTFS-тома недоступны в MS-Dos, W-95 и W-98;

· Для томов небольшого объема, содержащих много файлов небольшого размера, возможно снижение производительности по сравнению с FAT.

exFAT. Была создана для карт памяти, чтобы обеспечить возможность сохранения файлов большого размера.

NSF+. Стандартная файловая система в ОС МасOS. Как и NTFS, она подходит для работы с очень большими файлами и жесткими дисками. Это журналируемая файловая система.

Операционные системы MS-DOS, OS/2, Windows 95 и другие используют файловую систему на основе таблиц размещения файлов (FAT -таблицы), состоящих из 16-разрядных полей. Такая файловая система называется FAT16. Она позволяет разместить в FAT -таблицах не более 65536 записей (2¹⁶) о местоположении единиц хранения данных.

Для дисков объемом от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик и располагается в нескольких кластерах, все равно в его конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый кластер.

Для жестких дисков, объем которых приближается к 2 Гбайт, потери, связанные с неэффективностью этой файловой системы, весьма значительны и могут составлять от 25% до 40% полной емкости диска, в зависимости от среднего размера хранящихся файлов. С дисками же размером более 2 Гбайт файловая система FAT16 вообще работать не может.

Начиная с Windows 98 операционные системы семейства Windows (Windows 98, Windows Me, Windows 2000, WindowsХР) поддерживают более совершенную версию файловой системы на основе FAT -таблиц -- FAT32 с 32-разрядными полями в таблице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечивает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов).

Операционные системы Windows NT и Windows ХР способны поддерживать совершенно другую файловую систему -- NTFS. В ней хранение файлов организовано иначе -- служебная информация хранится в Главной таблице файлов (MFT). В системе NTFS размер кластера не зависит от размера диска, и, потенциально, для очень больших дисков эта система должна работать эффективнее, чем FAT32. Однако с учетом типичных характеристик современных компьютеров можно говорить о том, что в настоящее время эффективность FAT32 и NTFS примерно одинакова.

Все файловые системы построены на принципе: один кластер - один файл. Т.е один кластер хранит данные только одного файла. Основное отличие для обычного пользователя между этими системами - размер кластера.

Пример: Файл размером 10Кб. Для FAT32 размер кластера будет 32Кб, а для NTFS - 4Кб. В FAT32 такой файл займет 1 кластер, при этом останется 32-10=22Кб не занятого места. В NTFS такой файл займет 3 кластера, при этом останется 12-10=2Кб незанятого места.

Таким образом, переход от FAT32 к NTFS позволяет более оптимально использовать жесткий диск при наличии большого количества мелких файлов в системе.

Как программы получают доступ к данным. Все программы, которые хотят получить доступ к жесткому диску, вначале посылают Windows запрос, содержащий путь размещения файла. Затем ОС направляет его таблице файловой системы. В этой таблице содержится физический адрес файла, по которому его можно найти на жестком диске. С помощью данного адреса файловая система отыскивает нужный файл и передает операционной системе. Windows соотносит полученный файл с соответствующим запросом и посылает его программе, которая направила запрос. После этого программа открывает файл. При каждом последующем изменении файла, программа инициирует новый запрос.

Файловая система для CD-ROM называется High Sierra.

Файловая система имеет три уровня:

· 1 уровень - файлы имеют имена формата, схожего с MS-DOS - 8 символов имя файла плюс до трех символов расширения, файлы должны быть непрерывными. Глубина вложенности каталогов ограничена восемью. Этот уровень понимают почти все операционные системы.

· 2 уровень - имена файлов могут быть до 32 символов, файлы должны быть непрерывными.

· 3 уровень - позволяет использовать сегментированные файлы.

Для этого стандарта существуют расширения:

Rock Ridge - позволяет использовать длинные файлы, а также UID, GID и символические ссылки.

Размещено на Allbest.ru

...