Б) Под файлом обычно понимают именованный набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры.

Цели и задачи файловой системы

Типы файлов

Иерархическая структура файловой системы

Имена файлов

Атрибуты файлов

Логическая организация файла

Логическая организация файловой системы

Одной из основных задач операционной системы является предоставление удобств пользователю при работе с данными, хранящимися на диске.

Система управления файлами является основной в абсолютном большинстве современных операционных систем.

Все современные операционные системы используют файлы и соответствующее программное обеспечение для работы с ними. Дело в том, что, во-первых, через файловую систему связываются по данным многие системные обрабатывающие программы. Во-вторых, с помощью этой системы решаются проблемы централизованного распределения дискового пространства и управления данными.

Информация, с которой работает человек, обычно структурирована. Это, прежде всего, позволяет более эффективно организовать хранение данных, облегчает их поиск, предоставляет дополнительные возможности в именовании.

Для этого операционная система подменяет физическую структуру хранящихся данных некоторой удобной для пользователя логической моделью.

Логическая модель файловой системы материализуется в виде дерева каталогов, в символьных составных именах файлов, в командах работы с файлами.

Существует большое количество файловых систем, созданных для разных устройств внешней памяти и разных операционных систем. В них используются разные принципы размещения данных на носителе Знание основных принципов их построения необходимо не только специалисту в области вычислительной техники, но и обычному пользователю.

Цели и задачи файловой системы

Базовым элементом модели файловой системы является файл, который, как и файловая система в целом, может характеризоваться как логической, так и физической структурой.

А) Файл – это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные.

Б) Под файлом обычно понимают именованный набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры.

Файлы хранятся в памяти, не зависящей от энергопитания, обычно на магнитных дисках. Но также, в оперативной памяти можно создать электронный диск, который используется для оперативной работы.

Основные цели использования файла:

1) Долговременное и надежное хранение информации:

- долговременность достигается за счет использования запоминающих устройств, не зависящих от питания;

- высокая надежность определяется средствами защиты доступа к файлам, которые чаще всего не допускают разрушение информации при сбоях аппаратуры.

2) Совместное использование информации за счет наличия символьного имени, постоянства хранимой информации и расположения файла. Пользователь имеет удобные средства работы с файлами, объединяющие файлы в группы средства поиска файлов по признакам, набор команд для создания, модификации и удаления файлов. Файл может быть создан одним пользователем, а затем использоваться другим. Можно определить права доступа к файлу другим пользователем.

Файловая система предоставляет возможность иметь дело с логическим уровнем структуры данных и операций, выполняемых над данными в процессе их обработки. Именно файловая система определяет способ организации данных на диске или на каком-нибудь ином носителе. Специальное системное программное обеспечение, реализующее работу с файлами по принятым спецификациям файловой системы, часто называют системой управления файлами.

Именно системы управления файлами отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используются файлами.

Назначение системы управления файлами – предоставление более удобного доступа к данным, организованным как файлы, то есть вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной нам записи используется логический доступ с указанием имени файла и записи в нем.

 

Файловая система – это часть операционной системы, включающая:

- совокупность всех файлов на диске;

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

- комплекс системных программных средств, реализующих различные операции над файлами (создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск файлов).

 

Файловая система позволяет программам обходиться набором достаточно простых операций для выполнения действий над файлом. При этом программистам не нужно иметь дело с деталями действительного расположения данных на диске, буферизацией данных и другими низкоуровневыми проблемами передачи данных с долговременного запоминающего устройства. Все эти функции файловая система берет на себя. Файловая система распределяет дисковую память, поддерживает именование файлов, отображает имена файлов в соответствующие адреса во внешней памяти, обеспечивает доступ к данным, поддерживает разделение, защиту и восстановление файлов.

Задачи, решаемые файловой системой, зависят от способа организации вычислительного процесса в целом.

v Самый простой тип – это файловая система в однопользовательских и однопрограммных операционных системах. К ним относится, например, ОС MS–DOS. Основные функции в такой файловой системе нацелены на решение следующих задач:

- именование файлов;

- программный интерфейс для приложений;

- отображение логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;

- устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств.

v Задачи файловой системы усложняются в однопользовательских мультипрограммных ОС, которые, хотя и предназначены для работы одного пользователя, но дают ему возможность запускать одновременно несколько процессов. К перечисленным выше задачам добавляется новая задача совместного доступа к файлу из нескольких процессов. Функция в этом случае является разделяемым ресурсом, а значит, файловая система должна решать весь комплекс проблем, связанных с такими ресурсами (средства блокировки файла и его частей, предотвращение гонок, исключение тупиков, согласование копий и т.п.)

v В многопользовательских системах появляются еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя.

v Еще более сложными становятся функции файловой системы, которая работает в составе сетевой ОС.

Как правило, все современные операционные системы имеют соответствующие системы управления файлами. А некоторые операционные системы имеют возможность работать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно). В этом случае говорят о монтируемых файловых системах.

Следует заметить, что любая операционная система управления файлами не существует сама по себе – она разрабатывается для работы в конкретной операционной системе. Так, файловая система FAT (File Allocation Table – таблица размещения файлов) имеет множество реализаций как система управления файлами. Её разрабатывали для работы с дискетами, некоторое время она использовалась при работе с жесткими дисками, потом доработали для работы с жесткими дисками большего объема (FAT16). Есть версия системы управления файлами с принципами FAT и для Windows 95/98, Windows NT и т.д. другими словами, для работы с файлами, организованными в соответствии с некоторой файловой системой, для каждой операционной системы должна быть разработана соответствующая система управления файлами. И эта система управления файлами будет работать только в той операционной системе, для которой создана, но при этом обеспечит доступ к файлам, созданным с помощью системы управления файлами другой операционной системы, но работающей по тем же основным принципам файловой системы.

Таким образом, файловая система – это множество именованных наборов данных, организованное по принятым спецификациям, которые определяют способы получения адресной информации, необходимой для доступа к этим файлам.

Таким образом, термин файловая система определяет, прежде всего, принципы доступа к данным, организованным в файлы.

А термин система управления файлами следует употреблять по отношению к конкретной реализации файловой системы, то есть это – комплекс программных модулей, обеспечивающих работу с файлами в конкретной операционной системе.

Типы файлов

Файловые системы поддерживают несколько функционально различных типов файлов, в число которых входят обычные файлы, файлы – каталоги, специальные файлы и другие.

Обычные файлы, или просто файлы, содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в результате работы системных и пользовательских программ.

Большинство современных операционных систем ни как не ограничивает и не контролирует содержимое и структуру обычного файла. Содержание обычного файла определяется приложением, которое с ним работает. Например, текстовый редактор создает текстовые файлы, состоящие из строк символов, представленных в каком – либо коде.

Двоичные файлы не используют коды символов, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например исполняемый код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы одни тип файлов – их собственные исполняемые файлы.

Каталоги – это особый тип файлов, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователями по какому – либо неформальному признаку.

Другими словами, в каталоге должны содержаться дескрипторы файлов. Во многих операционных системах в каталог могут входить файлы любых типов, в том числе другие каталоги, за счет чего образуется древовидная структура, удобная для поиска каталоги устанавливают соответствие между именами файлов и их характеристиками, используемыми файловой системой для управления файлами. В число таких характеристик входит, в частности, информация о типе файла и расположении его на диске, права доступа к файлу и датах его создания и модификации. Во всех остальных отношениях каталоги рассматриваются файловой системой как обычные файлы.

Специальные файлы – это фиктивные файлы, ассоциированные с устройствами ввода – вывода, которые используются для унификации механизма доступа к файлам и внешним устройствам.

Специальные файлы позволяют пользователю выполнять операции ввода – вывода посредством обычных команд записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются сначала программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются операционной системой в команды управления соответствующим устройством.

Современные файловые системы поддерживают и другие типы файлов, такие как символьные связи, именованные конвейеры, отображаемые в память файлы.