Definujte systém souborů. Základní prvky souborového systému

Soubory v počítači jsou vytvářeny a umísťovány na základě systémových principů. Díky jejich implementaci získá uživatel možnost pohodlného přístupu nezbytné informace, aniž byste přemýšleli o složitých algoritmech pro přístup k nim. Jak jsou organizovány souborové systémy? Které jsou dnes nejoblíbenější? Jaké jsou rozdíly mezi souborovými systémy přizpůsobenými pro PC? A ty, které se používají v mobilních zařízeních – smartphonech nebo tabletech?

Souborové systémy: definice

Podle obecné definice je souborový systém souborem algoritmů a standardů používaných k organizaci efektivního přístupu uživatele PC k datům umístěným v počítači. Někteří odborníci jej považují za jeho součást, jiní IT experti, uznávajíce, že přímo souvisí s OS, věří, že souborový systém je nezávislou součástí správy počítačových dat.

Jak se používaly počítače, než byl vynalezen souborový systém? Informatika - jako vědní disciplína - zaznamenala skutečnost, že správa dat byla dlouhou dobu prováděna strukturováním v rámci algoritmů zabudovaných do konkrétních programů. Jedním z kritérií pro souborový systém je tedy přítomnost standardů, které jsou stejné pro většinu programů využívajících přístup k datům.

Jak fungují souborové systémy

Souborový systém je především mechanismus, který zahrnuje využití prostředků počítačového hardwaru. Zpravidla mluvíme o magnetických nebo laserových médiích - pevné disky, CD, DVD, flash disky, diskety, které dosud nezastaraly. Abychom pochopili, jak odpovídající systém funguje, definujme, co je samotný soubor.

Podle definice obecně přijímané mezi IT odborníky se jedná o datovou oblast pevné velikosti, vyjádřenou v základních jednotkách informací – bajtech. Soubor je umístěn na diskovém médiu, obvykle ve formě několika vzájemně propojených bloků se specifickou „adresou“ přístupu. Souborový systém určuje právě tyto souřadnice a „oznamuje“ je zase OS. Která srozumitelným způsobem vysílá příslušná data uživateli. Existuje apel na data, abychom je mohli číst, upravovat, vytvářet nová. Konkrétní algoritmus pro práci se "souřadnicemi" souborů se může lišit. Záleží na typu počítače, OS, specifikách uložených dat a dalších podmínkách. Protože existuje různé druhy souborové systémy. Každý z nich je optimalizován pro použití v konkrétním OS nebo pro práci s určitými typy dat.

Přizpůsobování disková média které mají být použity algoritmy konkrétního souborového systému, se nazývá formátování. Odpovídající hardwarové prvky disku - clustery - jsou připraveny pro následný zápis souborů na ně a také pro jejich čtení v souladu se standardy stanovenými v jednom nebo druhém systému správy dat. Jak změnit systém souborů? Ve většině případů to lze provést pouze přeformátováním paměťového média. Soubory jsou v tomto případě zpravidla vymazány. Existuje však možnost, ve které je pomocí speciálních programů stále možné, i když to obvykle vyžaduje mnoho času, změnit systém správy dat a ponechat jej nedotčený.

Souborové systémy nejsou bez chyb. V organizaci práce s datovými bloky mohou nastat určité poruchy. Ale ve většině případů nejsou kritické. Zpravidla neexistují žádné problémy s tím, jak opravit systém souborů, opravit chyby. V operačním systému Windows jsou k tomu zejména vestavěny softwarová řešení dostupné každému uživateli. Jako je například program „Zkontrolovat disk“.

Odrůdy

Jaké typy souborových systémů lze nazvat nejběžnějšími? Pravděpodobně především ty, které používá celosvětově nejpopulárnější OS PC, Windows. Hlavní souborové systémy Windows jsou FAT, FAT32, NTFS a jejich různé modifikace. Spolu s počítači si získaly oblibu smartphony a tablety. Většinu z nich, pokud mluvíme o globálním trhu a neuvažujeme rozdíly v technologických platformách, ovládá Android a iOS. Tyto operační systémy používají pro práci s daty své vlastní algoritmy, které se liší od těch, které charakterizují souborové systémy Windows.

Standardy otevřené všem

Všimněte si, že v Nedávno na globálním trhu s elektronikou dochází k určitému sjednocení standardů z hlediska operačních systémů s různé typy data. To lze vidět ve dvou aspektech. Za prvé, různá zařízení se dvěma odlišnými typy OS často používají stejný souborový systém, který je stejně kompatibilní s každým OS. Za druhé, moderní verze operačního systému jsou zpravidla schopny rozpoznat nejen typické souborové systémy, ale také ty, které se tradičně používají v jiných operačních systémech - jak prostřednictvím vestavěných algoritmů, tak pomocí softwaru třetích stran. Například moderní Linuxové verze, zpravidla bez problémů rozpozná označené systémy souborů pro Windows.

Struktura souborového systému

Navzdory skutečnosti, že typy souborových systémů jsou prezentovány v poměrně velkém počtu, obecně fungují podle velmi podobných principů (obecné schéma jsme nastínili výše) a v rámci podobných strukturních prvků nebo objektů. Zvažme je. Jaké jsou hlavní objekty souborového systému?

Jeden z klíčových - Jedná se o izolovanou datovou oblast, do které lze umístit soubory. Struktura adresářů je hierarchická. Co to znamená? Jeden nebo více adresářů může být umístěno v jiném. Což je zase součást „nadřazeného“. Nejvíce "hlavní" je kořenový adresář. Pokud mluvíme o principech, na základě kterých funguje souborový systém Windows - 7, 8, XP nebo jiná verze, je kořenový adresář považován za logický disk, označovaný písmenem - obvykle C, D, E (ale můžete nakonfigurovat jakýkoli, který je v anglické abecedě). Pokud jde například o OS Linux, zde magnetické médium jako celek funguje jako kořenový adresář. Tento a další operační systémy založené na jeho principech – například Android – nepoužívají logické disky. Je možné ukládat soubory bez adresářů? Ano. To ale není příliš pohodlné. Komfort při používání PC je vlastně jedním z důvodů pro zavedení principu distribuce dat do adresářů v souborových systémech. Mimochodem, mohou se nazývat jinak. V Windows adresáře se nazývají složky, v Linuxu - v podstatě to samé. Ale tradiční název používaný po mnoho let pro adresáře v tomto OS je "adresáře". Stejně jako v předchozích operačních systémech Windows a Linux - DOS, Unix.

Mezi IT odborníky neexistuje jednoznačný názor na to, zda by měl být soubor považován za strukturální prvek odpovídajícího systému. Ti, kteří věří, že to není úplně správné, argumentují svým názorem tím, že systém může existovat bez souborů. Budiž to z praktického hlediska a zbytečný jev. I když na disk nejsou zapsány žádné soubory, příslušný systém může být stále přítomen. Magnetická média prodávaná v obchodech zpravidla neobsahují žádné soubory. Ale už mají odpovídající systém. Podle jiného úhlu pohledu by měly být soubory považovány za nedílnou součást systémů, které je spravují. Proč? Ale protože podle odborníků jsou algoritmy pro jejich použití přizpůsobeny především práci se soubory v rámci určitých standardů. K ničemu jinému nejsou dotyčné systémy určeny.

Další prvek přítomný ve většině souborových systémů - Jedná se o datovou oblast obsahující informace o umístění konkrétního souboru v určitém umístění. To znamená, že zástupce můžete umístit na jedno místo na disku, ale je možné poskytnout přístup k požadované datové oblasti, která se nachází v jiné části média. Je možné uvažovat o tom, že zástupci jsou plnohodnotnými objekty souborového systému, pokud souhlasíme s tím, že soubory jsou také.

Tak či onak nebude chybou tvrdit, že všechny tři typy dat – soubory, zástupci a adresáře – jsou prvky jejich příslušných systémů. Alespoň tato teze bude odpovídat jednomu ze společných úhlů pohledu. Nejdůležitějším aspektem, který charakterizuje fungování souborového systému, jsou principy pojmenovávání souborů a adresářů.

Názvy souborů a adresářů na různých systémech

Pokud souhlasíme s tím, že soubory jsou stále základními prvky jim odpovídajících systémů, pak stojí za to zvážit jejich základní strukturu. Co lze poznamenat především? Pro usnadnění organizace přístupu k nim poskytuje většina moderních systémů správy dat dvouúrovňovou strukturu pojmenování souborů. První úrovní je jméno. Druhým je expanze. Vezměme si jako příklad hudební soubor Dance.mp3. Tanec je jméno. Mp3 je rozšíření. První je navržen tak, aby uživateli odhalil podstatu obsahu souboru (a aby byl program průvodcem pro rychlý přístup). Druhý určuje typ souboru. Pokud je to Mp3, pak je snadné uhodnout, že jde o hudbu. Soubory s příponou Doc jsou zpravidla dokumenty, Jpg - obrázky, Html - webové stránky.

Adresáře mají zase jednoúrovňovou strukturu. Mají pouze jméno, žádnou příponu. Pokud mluvíme o rozdílech mezi různými typy systémů správy dat, pak první věcí, které byste měli věnovat pozornost, jsou zásady pojmenovávání souborů a adresářů, které jsou v nich implementovány. Pokud jde o operační systém Windows, specifika jsou následující. V nejpopulárnějším operačním systému na světě mohou být soubory pojmenovány v jakémkoli jazyce. Maximální délka je však omezena. Přesný interval závisí na použitém systému správy dat. Obvykle se jedná o hodnoty v rozsahu 200-260 znaků.

Obecným pravidlem pro všechny operační systémy a jim odpovídající systémy správy dat je, že soubory se stejnými názvy nemohou být umístěny ve stejném adresáři. V Linuxu však dochází k určité „liberalizaci“ tohoto pravidla. Ve stejném adresáři mohou být soubory se stejnými písmeny, ale v různých velikostech písmen. Například Dance.mp3 a DANCE.mp3. To není možné v operačním systému Windows. Stejná pravidla jsou také stanovena v aspektu umístění adresářů uvnitř jiných.

Adresování souborů a adresářů

Adresování souborů a adresářů je nejdůležitějším prvkem odpovídajícího systému. V systému Windows může jeho vlastní formát vypadat takto: C:/Documents/Music/ je přístup k adresáři Music. Pokud nás zajímá konkrétní soubor, pak adresa může vypadat takto: C:/Documents/Music/Dance.mp3. Proč "na zakázku"? Faktem je, že na úrovni softwarově-hardwarové interakce počítačových komponent je struktura přístupu k souborům mnohem složitější. Souborový systém určuje umístění bloků souborů a interaguje s OS z větší části při operacích skrytých před uživatelem. Uživatel PC však jen zřídka potřebuje používat jiné formáty „adresy“. Téměř vždy je přístup k souborům prováděn ve stanoveném standardu.

Porovnání souborových systémů pro Windows

Prostudovali jsme obecné principy fungování souborových systémů. Zvažte nyní vlastnosti jejich nejběžnějších typů. Nejčastěji používané systémy souborů ve Windows jsou FAT, FAT32, NTFS a exFAT. První v této sérii je považován za zastaralý. Zároveň se po dlouhou dobu jednalo o jakousi vlajkovou loď odvětví, ale jak technologie PC rostla, jeho schopnosti přestaly uspokojovat požadavky uživatelů a požadavky na softwarové zdroje.

Povolán k výměně soubor FAT systém je FAT32. Podle mnoha IT odborníků je nyní nejoblíbenější, pokud mluvíme o trhu s PC Ovládání Windows. Nejčastěji se používá při ukládání souborů na pevné disky a flash disky. Lze také poznamenat, že tento systém správy dat se poměrně pravidelně používá v paměťových modulech různých typů digitální zařízení- telefony, fotoaparáty. Hlavní výhodou FAT32, kterou vyzdvihují odborníci v oblasti IT, je to, že navzdory skutečnosti, že tento souborový systém byl vytvořen společností Microsoft, většina moderních operačních systémů, včetně těch nainstalovaných na těchto typech digitálních zařízení, dokáže pracovat s daty v rámci vestavěných algoritmů. v něm.

Systém FAT32 má také řadu nevýhod. Předně si můžeme všimnout omezení velikosti jednoho pořízeného souboru – nesmí být větší než 4 GB. V systému FAT32 také nemůžete použít vestavěné nástroje Windows k nastavení logické jednotky, jejíž velikost by byla větší než 32 GB. To však lze provést instalací dalšího specializovaného softwaru.

Dalším populárním systémem pro správu souborů vyvinutý společností Microsoft je NTFS. Podle některých IT odborníků je ve většině parametrů lepší než FAT32. Tato teze je ale pravdivá, pokud jde o provoz počítače se systémem Windows. NTFS není tak univerzální jako FAT32. Vlastnosti jeho fungování způsobují, že použití tohoto souborového systému není vždy pohodlné, zejména v mobilních zařízeních. Jednou z klíčových výhod NFTS je spolehlivost. Například v případech, kdy dojde k náhlému výpadku napájení pevného disku, pravděpodobnost, že dojde k poškození souborů, je minimalizována díky algoritmům poskytovaným v NTFS pro duplikování přístupu k datům.

Jedním z nejnovějších souborových systémů od společnosti Microsoft je exFAT. Nejlepší způsob je uzpůsoben pro flash disky. Základní principy práce v něm jsou stejné jako ve FAT32, ale také je zde v některých aspektech výrazný upgrade: například neexistují žádná omezení velikosti jednoho souboru. Systém exFAT, jak poznamenali mnozí IT odborníci, zároveň patří mezi systémy s nízkou univerzálností. Na počítačích s jinými operačními systémy než Windows může být práce se soubory při použití exFAT obtížná. Navíc i v některých verzích samotného Windows, jako je XP, nemusí být data na discích naformátovaných pomocí algoritmů exFAT čitelná. Budete muset nainstalovat další ovladač.

Všimněte si, že kvůli použití poměrně široké škály souborových systémů v systému Windows může uživatel zaznamenat pravidelné potíže s kompatibilitou. různá zařízení s počítačem. V některých případech je například potřeba nainstalovat ovladač souborového systému WPD (Windows Portable Devices – technologie používaná při práci s přenosnými zařízeními). Někdy jej uživatel nemusí mít po ruce, v důsledku čehož OS nemusí externí médium rozpoznat. Systém souborů WPD může vyžadovat další softwarové nástroje přizpůsobení operačnímu prostředí na konkrétním počítači. V některých případech bude uživatel nucen kontaktovat IT specialisty, aby problém vyřešili.

Jak zjistit, který souborový systém - exFAT nebo NTFS, nebo možná FAT32 - je optimální pro použití v konkrétních případech? Doporučení IT specialistů obecně jsou následující. Lze použít dva hlavní přístupy. Podle prvního je třeba rozlišovat mezi typickými systémy souborů pevných disků a těmi, které jsou lépe přizpůsobeny flash diskům. FAT a FAT32 jsou podle mnoha odborníků vhodnější pro "flash disky", NTFS - pro pevné disky (kvůli technologickým vlastnostem práce s daty).

V rámci druhého přístupu záleží na velikosti nosiče. Pokud mluvíme o použití relativně malého objemu disku nebo flash disku, můžete je naformátovat v systému FAT32. Pokud je disk větší, můžete zkusit exFAT. Ale pouze v případě, že nehodláte používat média na jiných počítačích, zejména těch, kde jich není nejvíce čerstvé verze Okna. Pokud se bavíme o velkých pevných discích včetně externích, pak je vhodné je naformátovat na NTFS. Přibližně toto jsou kritéria, podle kterých lze vybrat optimální souborový systém - exFAT nebo NTFS, FAT32. To znamená, že by měl být použit jeden z nich, s ohledem na velikost média, jeho typ a verzi operačního systému, na kterém se jednotka převážně používá.

Souborové systémy pro Mac

Další populární hardwarovou a softwarovou platformou na globálním trhu výpočetní techniky je Apple Macintosh. Počítače této řady pracují pod operačním systémem Mac OS. Jaké jsou funkce organizace souborů na počítačích Mac? Nejmodernější počítače Apple používají souborový systém Mac OS Extended. Dříve v počítačích Práce na Macu data byla spravována v souladu se standardy HFS.

Hlavní věc, kterou lze poznamenat z hlediska jeho vlastností, je, že disk spravovaný souborovým systémem Mac OS Extended může obsahovat velmi velké soubory - můžeme mluvit o několika milionech terabajtů.

Systém souborů v zařízeních Android

Nejpopulárnějším operačním systémem pro mobilní zařízení – formou elektronické technologie, která není o nic horší než PC – je Android. Jak se spravují soubory na zařízeních odpovídajícího typu? Nejprve si všimneme, že tento operační systém je vlastně „mobilní“ adaptací OS Linux, který díky otevřenému programový kód, lze upravit s perspektivou použití na nejširším spektru zařízení. Proto správa souborů v mobilní zařízení pod Ovládání Android prováděny obecně podle stejných zásad jako v Linuxu. Některé z nich jsme zaznamenali výše. Zejména správa souborů v Linuxu probíhá bez rozdělování médií na logické jednotky, jako je tomu ve Windows. Co dalšího je zajímavého na souborovém systému Android?

Kořenový adresář v systému Android je obvykle datová oblast s názvem /mnt. Podle toho může adresa požadovaného souboru vypadat nějak takto: /mnt/sd/photo.jpg. Kromě toho existuje další funkce systému správy dat, která je implementována v tomto mobilním OS. Faktem je, že flash paměť zařízení je obvykle rozdělena do několika sekcí, jako je například systém nebo data. Zároveň nelze změnit původně nastavenou velikost každého z nich. Přibližnou analogii ohledně tohoto technologického aspektu lze nalézt, když si připomeneme, že je nemožné (pokud nepoužíváte speciální software) měnit velikost logických jednotek ve Windows. Musí to být opraveno.

Další zajímavá vlastnost organizace práce se soubory v systému Android - odpovídající operační systém zpravidla zapisuje nová data do konkrétní oblasti disku - Data. Nepracuje se například se sekcí Systém. Když tedy uživatel aktivuje funkci resetování nastavení softwaru smartphonu nebo tabletu na „tovární“ úroveň, pak to v praxi znamená, že ty soubory, které jsou zapsány do oblasti Data, se jednoduše vymažou. Sekce Systém zpravidla zůstává nezměněna. Navíc uživatel bez specializovaného softwaru nemůže provádět žádné úpravy obsahu v Systému. Postup aktualizace systémové oblasti médií v zařízení Android se nazývá blikání. Nejedná se o formátování, i když se často obě operace provádějí současně. Zpravidla se k instalaci používá blikání mobilní zařízení více nová verze OS Android.

Klíčovými principy, na jejichž základě souborový systém Android funguje, je tedy absence logických jednotek a také přísná diferenciace přístupu k systémovým a uživatelským datům. Nedá se říci, že by se tento přístup nějak zásadně lišil od toho, co je implementováno ve Windows, nicméně podle mnoha IT odborníků poskytuje OS Microsoftu uživatelům poněkud větší volnost v práci se soubory. Jak se však někteří odborníci domnívají, nelze to považovat za jasnou výhodu Windows. Na „liberálním“ režimu z hlediska správy souborů se samozřejmě podílejí nejen uživatelé, ale také počítačové viry, na které jsou Windows velmi náchylné (na rozdíl od Linuxu a jeho „mobilní“ implementace v podobě Androidu). To je podle odborníků jeden z důvodů, proč je pro zařízení s Androidem tak málo virů – z čistě technologického hlediska nemohou plně fungovat v operačním prostředí, které funguje na principech přísné kontroly přístupu k souborům.

Dříve nebo později se začínající uživatel počítače setká s takovým konceptem, jako je souborový systém (FS). Zpravidla poprvé k seznámení s tímto pojmem dochází při formátování paměťového média: logické disky a připojená média (flash disky, paměťové karty, externí pevný disk).

Před formátováním vás operační systém Windows vyzve k výběru typu systému souborů na médiu, velikosti clusteru a způsobu formátování (rychlé nebo úplné). Podívejme se, co je souborový systém a proč je potřeba?

Všechny informace jsou na médium zapisovány ve formě, která musí být uspořádána v určitém pořadí, jinak operační systém a programy nebudou moci s daty pracovat. Toto pořadí je organizováno systémem souborů pomocí určitých algoritmů a pravidel pro umístění souborů na médium.

Když program potřebuje soubor zapsat na disk, nemusí vědět, jak a kde je uložen. Vše, co je od programu vyžadováno, je znát název souboru, velikost a atributy, aby tato data mohla předat systému souborů, který poskytne přístup k požadovaný soubor. Totéž se děje při zápisu dat na médium: program přenese informace o souboru (název, velikost, atributy) do souborového systému, který je uloží podle vlastních specifických pravidel.

Pro lepší pochopení si představte, že knihovník půjčuje zákazníkovi knihu podle názvu. Nebo naopak: klient vrátí přečtenou knihu knihovníkovi, který ji uloží zpět do úložiště. Klient nemusí vědět, kde a jak je kniha uložena, za to odpovídá pracovník instituce. Knihovník zná katalogizační řád knihovny a podle těchto pravidel vyhledá publikaci nebo ji zařadí zpět, tzn. vykonává své oficiální funkce. V tomto příkladu je knihovna paměťové médium, knihovník je souborový systém a klient je program.

Základní funkce souborového systému

Hlavní funkce souborového systému jsou:

• umístění a objednání na nosiči dat ve formě souborů;
• stanovení maximálního podporovaného množství dat na paměťovém médiu;
• vytváření, čtení a mazání souborů;
• přiřazování a změna atributů souboru (velikost, čas vytvoření a úpravy, vlastník a tvůrce souboru, pouze pro čtení, skrytý soubor, dočasný soubor, archivovaný, spustitelný, maximální délka název souboru atd.);
• definice struktury souboru;
• organizace adresářů pro logické uspořádání souborů;
• ochrana souborů v případě selhání systému;
• ochrana souborů před neoprávněným přístupem a úpravami jejich obsahu.

Informace zapsané na pevný disk nebo jakékoli jiné médium jsou na něj umístěny na základě organizace clusteru. Cluster je druh buňky o určité velikosti, do které je umístěn celý soubor nebo jeho část.

Pokud má soubor velikost clusteru, pak zabírá pouze jeden cluster. Pokud velikost souboru překročí velikost buňky, je umístěn do několika buněk klastru. Navíc volné shluky nemusí být vedle sebe, ale roztroušeny po fyzickém povrchu disku. Takový systém umožňuje nejracionálnější využití prostoru při ukládání souborů. Úkolem souborového systému je soubor při zápisu optimálně rozložit do volných shluků a také jej při čtení shromáždit a vydat programu nebo operačnímu systému.

Typy souborových systémů

V procesu vývoje počítačů, paměťových médií a operačních systémů, velký počet souborové systémy. V procesu takové evoluční selekce se dnes dá pracovat pevné disky a externí disky (flash disky, paměťové karty, externí pevné disky, CD), používají se především následující typy souborových systémů:

1. FAT32
2. ISO9660

Poslední dva systémy jsou určeny pro práci s CD. Souborové systémy Ext3 a Ext4 pracují s operačními systémy založenými na Linuxu. NFS Plus je souborový systém pro operační systémy OS X používaný v počítačích Apple.

Nejrozšířenější souborové systémy jsou NTFS a FAT32, a to není překvapivé, protože. jsou určeny pro operační systémy Windows, na kterých běží velká většina počítačů na světě.

Nyní je FAT32 aktivně nahrazován pokročilejším systémem NTFS kvůli jeho větší spolehlivosti pro ukládání a ochranu dat. Navíc nejnovější verze Windows se jednoduše nedovolí nainstalovat, pokud je oddíl pevného disku naformátován na FAT32. Instalační program vás požádá o naformátování oddílu na NTFS.

Systém souborů NTFS podporuje disky s objemem stovek terabajtů a velikostí jednoho souboru až 16 terabajtů.

Systém souborů FAT32 podporuje jednotky až 8 terabajtů a velikost jednoho souboru až 4 GB. Nejčastěji se tento FS používá na flash discích a paměťových kartách. Externí disky jsou z výroby naformátovány na FAT32.

Omezení velikosti souboru 4 GB je však již dnes velkým mínusem, protože. z důvodu distribuce kvalitního videa překročí velikost souboru filmu tento limit a nebude možné jej vypálit na médium.

Všeobecné. V teorii informatiky jsou definovány následující tři hlavní typy datových struktur – lineární, tabulkové, hierarchické. Ukázka knihy: sekvence listů - lineární struktura. Části, oddíly, kapitoly, odstavce - hierarchie. Obsah - tabulka - spojuje - hierarchické s lineárním. Strukturovaná data mají nový atribut- Adresa. Tak:

Lineární struktury (seznamy, vektory). Pravidelné seznamy. Adresa každého prvku je jednoznačně určena jeho číslem. Pokud mají všechny prvky seznamu stejnou délku– datový vektor.

Tabulkové struktury (tabulky, matice). Rozdíl mezi tabulkou a seznamem - každý prvek - je určen adresou, která se skládá ne z jednoho, ale z několika parametrů. Nejběžnějším příkladem je matice - adresa - dva parametry - číslo řádku a číslo sloupce. Vícerozměrné tabulky.

Hierarchické struktury. Používá se k reprezentaci nepravidelných dat. Adresa - určuje se podle trasy - z vrcholu stromu. Systém souborů je počítač. (Trasa může překročit - hodnota dat, dichotomie - vždy dvě vidlice - levá a pravá).

Uspořádání datových struktur. Hlavním způsobem je třídění. ! Při přidávání nového prvku do objednané struktury je možné změnit adresu stávajících. U hierarchických struktur - indexování - má každý prvek jedinečné číslo - které se dále využívá při řazení a vyhledávání.

Základní prvky souborového systému

Historicky prvním krokem v oblasti ukládání a správy dat bylo použití systémů pro správu souborů.

Soubor je pojmenovaná oblast externí paměti, do které lze zapisovat a z ní číst. Tři možnosti:

sekvence libovolného počtu bajtů,

jedinečné vlastní jméno (ve skutečnosti adresa).

data stejného typu - typ souboru.

Pravidla pro pojmenování souborů, způsob přístupu k datům uloženým v souboru a struktura těchto dat závisí na konkrétním systému správy souborů a případně na typu souboru.

Za prvé, v moderní chápání, pokročilý souborový systém byl vyvinut společností IBM pro svou řadu 360 (1965-1966). Ale v současných systémech se prakticky nepoužívá. Použité datové struktury seznamu (EC-svazek, sekce, soubor).

Většina z vás zná souborové systémy moderních operačních systémů. Jedná se především o MS DOS, Windows a některé s budováním souborového systému pro různé varianty UNIXu.

Struktura souboru. Soubor je kolekce datových bloků umístěných na externím médiu. Chcete-li provést výměnu s magnetickým diskem na úrovni hardwaru, musíte zadat číslo cylindru, číslo povrchu, číslo bloku na odpovídající stopě a počet bajtů, které se mají zapsat nebo přečíst od začátku tohoto bloku. Ve všech souborových systémech je proto explicitně nebo implicitně alokována nějaká základní úroveň, která zajišťuje práci se soubory, které představují sadu přímo adresovatelných bloků v adresním prostoru.

Pojmenování souborů. Všechny moderní systémy souborů podporují víceúrovňové pojmenování souborů udržováním v externí paměti další soubory se speciální strukturou - adresáře. Každý adresář obsahuje názvy adresářů a/nebo souborů obsažených v tomto adresáři. Plně kvalifikovaný název souboru se tedy skládá ze seznamu názvů adresářů plus názvu souboru v adresáři, který soubor bezprostředně obsahuje. Rozdíl mezi tím, jak jsou soubory pojmenovány v různých souborových systémech, spočívá v tom, kde začíná řetězec pojmenování. (Unix, DOS-Windows)

Ochrana souborů. Systémy správy souborů musí poskytovat oprávnění pro přístup k souborům. Obecně je přístup takový, že ve vztahu ke každému registrovanému uživateli daného výpočetní systém pro každý existující soubor jsou uvedeny akce, které jsou pro tohoto uživatele povoleny nebo zakázány. Byly pokusy implementovat tento přístup jako celek. To však způsobilo příliš mnoho režie jak při ukládání nadbytečných informací, tak při používání těchto informací ke kontrole způsobilosti přístupu. Proto většina moderních systémů správy souborů používá přístup k ochraně souborů, který propagoval UNIX (1974). V tomto systému má každý registrovaný uživatel dvojici celočíselných identifikátorů: identifikátor skupiny, do které tento uživatel patří, a svůj vlastní identifikátor ve skupině. V souladu s tím je pro každý soubor uložen úplný identifikátor uživatele, který tento soubor vytvořil, a je uvedeno, jaké akce může se souborem provádět, jaké akce se souborem jsou dostupné ostatním uživatelům ze stejné skupiny a kteří uživatelé jiných skupin může se souborem dělat. Tyto informace jsou velmi kompaktní, k ověření je potřeba pouze několik kroků a tento způsob řízení přístupu je ve většině případů uspokojivý.

Režim přístupu pro více uživatelů. Pokud operační systém podporuje víceuživatelský režim, je docela možné, že se dva nebo více uživatelů současně pokusí pracovat se stejným souborem. Pokud budou všichni tito uživatelé soubor pouze číst, nestane se nic špatného. Pokud ale alespoň jeden z nich změní soubor, je pro správnou funkci této skupiny nutná vzájemná synchronizace. Historicky souborové systémy zvolily následující přístup. V operaci otevření souboru (první a povinná operace, kterou by měla začít relace práce se souborem) byl kromě dalších parametrů uveden i režim operace (čtení nebo změna). + existují speciální postupy pro synchronizaci uživatelských akcí. Nelze zaznamenat!

Žurnálování v souborových systémech. Obecné zásady.

Spuštění kontroly systému (fsck) na velkých souborových systémech může trvat dlouho, což je s ohledem na dnešní vysokorychlostní systémy velmi špatné. Důvodem nedostatečné integrity v souborovém systému může být nesprávné odpojení, například v době ukončení práce se na disk zapisovalo. Aplikace by mohly aktualizovat data obsažená v souborech a systém mohl aktualizovat metadata souborového systému, což jsou „data o datech souborového systému“, jinými slovy informace o tom, které bloky jsou přidruženy ke kterým souborům, které soubory jsou umístěny ve kterých adresářích. , a podobně.. Chyby (nedostatek integrity) v datových souborech jsou špatné, ale mnohem horší než chyby v metadatech souborového systému, což může vést ke ztrátě souborů a dalším vážným problémům.

Aby se minimalizovaly problémy s integritou a minimalizovala se doba restartování systému, žurnálovací souborový systém uchovává seznam změn, které provede v systému souborů, ještě před samotným zápisem změn. Tyto záznamy jsou uloženy v samostatné části souborového systému nazývané „žurnál“ nebo „protokol“. Jakmile jsou tyto záznamy žurnálu (protokolu) bezpečně zapsány, žurnálovaný souborový systém provede tyto změny v systému souborů a poté tyto záznamy odstraní z "protokolu" (protokolu). Záznamy protokolu jsou uspořádány do sad souvisejících změn systému souborů, podobně jako jsou změny přidané do databáze uspořádány do transakcí.

Žurnálovaný souborový systém zvyšuje pravděpodobnost integrity, protože zápisy do žurnálového souboru se provádějí před provedením změn v souborovém systému a protože souborový systém uchovává tyto zápisy, dokud nejsou plně a bezpečně aplikovány na souborový systém. Při restartování počítače, který používá žurnálovaný souborový systém, může mounter zajistit integritu souborového systému tím, že jednoduše zkontroluje očekávané, ale neprovedené změny v souboru protokolu a zapíše je do systému souborů. Ve většině případů systém nemusí kontrolovat integritu souborového systému, což znamená, že počítač používající žurnálovaný souborový systém bude k dispozici pro práci téměř okamžitě po restartu. V souladu s tím je výrazně snížena šance na ztrátu dat v důsledku problémů v systému souborů.

Klasickou formou žurnálovaného souborového systému je ukládání změn metadat souborového systému do žurnálu (logu) a ukládání změn všech dat souborového systému, včetně změn samotných souborů.

Soubor systém MS-DOS(TLUSTÝ)

Souborový systém MS-DOS je stromový souborový systém pro malé disky a jednoduché adresářové struktury s kořenovým adresářem v kořenovém adresáři a soubory a další adresáře, případně prázdné, jako listy. K umístění souborů pod kontrolou tohoto souborového systému dochází v klastrech, jejichž velikost se může lišit od 4 kB do 64 kB násobkem 4, bez použití vlastnosti sousedství smíšeným způsobem k alokaci diskové paměti. Na obrázku jsou například tři soubory. Soubor1.txt je poměrně velký: používá tři po sobě jdoucí bloky. Malý soubor File3.txt využívá pouze prostor jednoho hostovaného bloku. Třetí soubor je File2.txt. je velký fragmentovaný soubor. V každém případě vstupní bod ukazuje na první alokovatelný blok, který patří k souboru. Pokud soubor používá více alokovatelných bloků, pak předchozí blok ukazuje na další v řetězci. Hodnota FFF je označena koncem sekvence.

FAT oddíl disku

Alokační tabulka souborů se skládá z 16bitových položek a obsahuje následující informace o každém clusteru logických disků:

cluster se nepoužívá;

cluster je používán souborem;

špatný shluk;

poslední souborový cluster; .

Protože každému clusteru musí být přiřazeno jedinečné 16bitové číslo, podporuje FAT maximálně 216 nebo 65 536 clusterů na jednom logickém disku (a dokonce si některé clustery rezervuje pro vlastní potřeby). Získáme tak maximální velikost disku obsluhovaného MS-DOSem 4 GB. Velikost clusteru lze zvětšit nebo zmenšit v závislosti na velikosti disku. Když však velikost disku překročí určitou hodnotu, clustery se příliš zvětší, což vede k vnitřní defragmentaci disku. Kromě informací o souborech lze do alokační tabulky souborů umístit také informace o adresářích. To považuje adresáře za speciální soubory s 32bajtovými položkami pro každý soubor obsažený v tomto adresáři. Kořenový adresář má pevnou velikost 512 položek pro pevný disk, zatímco u disket je tato velikost určena velikostí diskety. Kořenový adresář je také umístěn bezprostředně po druhé kopii FAT, protože obsahuje soubory potřebné pro zavaděč systému MS-DOS.

Při hledání souboru na disku musí MS-DOS prohledat strukturu adresářů, aby jej našel. Chcete-li například spustit spustitelný soubor, C:\Program\NC4\nc.exe najde spustitelný soubor následujícím způsobem:

čte kořenový adresář jednotky C: a hledá v něm adresář Program;

čte počáteční cluster programu a hledá v tomto adresáři záznam o podadresáři NC4;

čte počáteční cluster podadresáře NC4 a hledá v něm položku pro soubor nc.exe;

přečte všechny clustery souboru nc.exe.

Tato metoda vyhledávání není nejrychlejší mezi existujícími systémy souborů. Navíc, čím větší hloubka adresářů, tím pomalejší bude vyhledávání. Chcete-li urychlit operaci vyhledávání, měli byste dodržovat vyváženou strukturu souborů.

Výhody FAT

Je Nejlepší volba pro malé logické jednotky, protože začíná s minimální režií. Na discích menších než 500 MB funguje s přijatelným výkonem.

Nevýhody FAT

Protože velikost záznamu souboru je omezena na 32 bajtů a informace musí zahrnovat velikost souboru, datum, atributy atd., velikost názvu souboru je také omezena a nesmí překročit 8+3 znaky na soubor. Použití takzvaných krátkých názvů souborů činí FAT méně atraktivním pro použití než jiné systémy souborů.

Použití FAT na discích větších než 500 MB není racionální kvůli defragmentaci disku.

Systém souborů FAT nemá žádné prostředky ochrany a zachovává minimální funkce zabezpečení informací.

Rychlost provádění operací ve FAT je nepřímo úměrná hloubce vnoření adresářů a velikosti disku.

Souborový systém UNIX – systémy (ext3)

Moderní, výkonný a bezplatný operační systém Linux poskytuje širokou oblast pro vývoj moderních systémů a softwaru na zakázku. Některé z nejzajímavějších novinek v nedávných linuxových jádrech jsou nové, vysoce výkonné technologie pro správu úložiště, alokaci a aktualizaci dat na disku. Jedním ze zajímavějších mechanismů je souborový systém ext3, který se integruje do Linuxové jádro počínaje verzí 2.4.16 a je již standardně k dispozici v distribucích Linuxu od Red Hat a SuSE.

Souborový systém ext3 je žurnálovací souborový systém, který je 100% kompatibilní se všemi nástroji určenými k vytváření, správě a doladění souborový systém ext2, který se v posledních letech používá v systémech Linux. Než podrobně popíšeme rozdíly mezi souborovými systémy ext2 a ext3, ujasněme si terminologii souborových systémů a ukládání souborů.

Na systémové úrovni existují všechna data v počítači jako bloky dat na nějakém paměťovém zařízení, organizované pomocí speciálních datových struktur do sekcí (logických sad na paměťovém zařízení), které jsou zase organizovány do souborů, adresářů a nepoužívané (volné ) prostor.

Souborové systémy jsou vytvářeny na diskových oddílech, aby se zjednodušilo ukládání a organizace dat ve formě souborů a adresářů. Linux, stejně jako unixový systém, používá hierarchický souborový systém složený ze souborů a adresářů, které obsahují buď soubory, nebo adresáře. Soubory a adresáře v souborovém systému Linux jsou uživateli zpřístupněny jejich připojením (příkaz „mount“), což je obvykle součástí procesu spouštění systému. Seznam systémů souborů dostupných k použití je uložen v souboru /etc/fstab (FileSystem TABle). Seznam souborových systémů, které nejsou aktuálně připojeny systémem, je uložen v souboru /etc/mtab (Mount TABle).

V době, kdy je souborový systém připojen během bootování, je bit v záhlaví („čistý bit“ / „čistý bit“) vymazán, což znamená, že souborový systém je používán a že datové struktury používané k řízení umístění a organizaci souborů a adresářů, v tomto souborovém systému lze měnit.

Souborový systém je považován za neporušený, pokud jsou všechny datové bloky v něm buď používány, nebo jsou volné; každý alokovaný datový blok je obsazen pouze jedním souborem nebo adresářem; všechny soubory a adresáře jsou přístupné po zpracování řady dalších adresářů v systému souborů. Když je linuxový systém úmyslně ukončen pomocí příkazů operátora, všechny souborové systémy jsou odpojeny. Odpojení systému souborů během vypínání nastaví v hlavičce systému souborů jasný bit, což znamená, že systém souborů byl správně odpojen a lze jej tedy považovat za nedotčený.

Roky ladění a zdokonalování souborového systému a používání vylepšených algoritmů pro zápis dat na disk do značné míry snížilo poškození dat způsobené aplikacemi nebo samotným linuxovým jádrem, ale eliminovalo poškození a ztrátu dat v důsledku výpadků napájení a dalších systémové problémy je stále těžký úkol. V případě nouzového zastavení nebo jednoduchého vypnutí Linuxové systémy bez použití standardních vypínacích procedur není "clear bit" v hlavičce souborového systému nastaven. Při příštím spuštění systému proces připojení zjistí, že systém není označen jako „čistý“, a fyzicky zkontroluje jeho integritu pomocí nástroje pro kontrolu systému souborů Linux/Unix „fsck“ ( Souborový systémŠek.

Pro Linux je k dispozici několik žurnálovaných souborových systémů. Nejznámější z nich jsou: XFS, žurnálovací souborový systém vyvinutý společností Silicon Graphics, ale nyní vydaný jako open source (open source); RaiserFS, žurnálovací souborový systém navržený speciálně pro Linux; JFS, žurnálovací souborový systém původně vyvinutý IBM, ale nyní vydaný jako open source; ext3 je souborový systém vyvinutý Dr. Stephanem Tweediem ze společnosti Red Hat a několika dalšími systémy.

Systém souborů ext3 je žurnálovaná verze systému souborů ext2 pro Linux. Souborový systém ext3 má oproti jiným žurnálovacím souborovým systémům jednu významnou výhodu – je plně kompatibilní se souborovým systémem ext2. To umožňuje používat všechny existující aplikace určené k manipulaci a konfiguraci souborového systému ext2.

Souborový systém ext3 je podporován linuxovými jádry verze 2.4.16 a novější a musí být povolen pomocí dialogu Konfigurace souborového systému při sestavování jádra. Linuxové distribuce jako Red Hat 7.2 a SuSE 7.3 již obsahují nativní podporu pro souborový systém ext3. Souborový systém ext3 můžete používat pouze tehdy, pokud je podpora ext3 zabudována do vašeho jádra a máte nejnovější verze utilit mount a e2fsprogs.

Ve většině případů převod systémů souborů z jednoho formátu na jiný vyžaduje zálohování všech obsažených dat, přeformátování oddílů nebo logických svazků obsahujících systém souborů a poté obnovení všech dat do tohoto systému souborů. Vzhledem ke kompatibilitě souborových systémů ext2 a ext3 lze všechny tyto kroky vynechat a překlad lze provést jediným příkazem (spustit jako root):

# /sbin/tune2fs -j<имя-раздела >

Například převod souborového systému ext2 umístěného na oddílu /dev/hda5 na souborový systém ext3 lze provést pomocí následujícího příkazu:

# /sbin/tune2fs -j /dev/hda5

Volba "-j" příkazu "tune2fs" vytvoří žurnál ext3 na existujícím souborovém systému ext2. Po převodu souborového systému ext2 na ext3 musíte také změnit položky /etc/fstab, aby indikovaly, že oddíl je nyní souborovým systémem "ext3". Můžete také použít automatickou detekci typu diskového oddílu (volba „auto“), ale přesto se doporučuje explicitně specifikovat typ systému souborů. Následující příklad souboru /etc/fstab ukazuje změny před a po přechodu souborového systému pro oddíl /dev/hda5:

/dev/hda5 /opt ext2 výchozí 1 2

/dev/hda5 /opt ext3 výchozí 1 0

Poslední pole v /etc/fstab určuje fázi zavádění, během které by měla být kontrolována integrita souborového systému pomocí nástroje "fsck". Při použití souborového systému ext3 můžete tuto hodnotu nastavit na "0", jak je ukázáno v předchozím příkladu. To znamená, že program "fsck" nikdy nebude kontrolovat integritu systému souborů, protože integrita systému souborů je zaručena vrácením žurnálu.

Převod kořenového souborového systému na ext3 vyžaduje speciální přístup a nejlépe se provádí v režimu jednoho uživatele po vytvoření RAM disku, který podporuje souborový systém ext3.

Kromě kompatibility s nástroji souborového systému ext2 a jednoduchý překlad souborový systém ext2 až ext3, souborový systém ext3 také nabízí několik různých typů žurnálování.

Souborový systém ext3 podporuje tři různé režimy žurnálování, které lze povolit ze souboru /etc/fstab. Tyto režimy protokolování jsou následující:

Žurnál/žurnál – záznam všech změn dat a metadat souborového systému. Nejpomalejší ze všech tří režimů protokolování. Tento režim minimalizuje možnost ztráty změn souborů, které provedete v systému souborů.

Sekvenční / uspořádané – zapisuje pouze změny metadat systému souborů, ale zapisuje aktualizace dat souborů na disk před změnami souvisejících metadat systému souborů. Tento režim žurnálování ext3 je standardně nastaven.

Zpětný zápis / zpětný zápis - zapisují se pouze změny metadat systému souborů na základě standardní proces zaznamenává změny v těchto souborech. Tohle je nejvíc rychlá metoda protokolování.

Rozdíly mezi těmito režimy protokolování jsou jemné a hluboké. Použití režimu "žurnál" vyžaduje, aby souborový systém ext3 zapsal každou změnu do systému souborů dvakrát - jednou do žurnálu a poté do samotného systému souborů. To může zpomalit celkový výkon vašeho systému souborů, ale tento režim je mezi uživateli nejoblíbenější, protože minimalizuje možnost ztráty datových změn ve vašich souborech, protože změny metadat i změny datových souborů se zapisují do žurnálu ext3 a lze je zopakován při restartu systému.

Pomocí „sekvenčního“ režimu se zapisují pouze změny metadat souborového systému, což snižuje redundanci mezi zápisem do souborového systému a do žurnálu, a proto je metoda rychlejší. Ačkoli se změny dat souboru nezapisují do žurnálu, musí být provedeny před změnami souvisejících metadat souborového systému, které provádí žurnálovací démon ext3, což může trochu zpomalit výkon vašeho systému. Použití této metody protokolování zajistí, že soubory v systému souborů nebudou nikdy nesynchronizované s jejich přidruženými metadaty systému souborů.

Metoda zpětného zápisu je rychlejší než ostatní dvě metody žurnálování, protože ukládá pouze změny metadat souborového systému a není třeba čekat, až se při zápisu změní související data souboru (před aktualizací věcí, jako je velikost souboru a informace o adresáři). Vzhledem k tomu, že aktualizace dat souborů jsou asynchronní se změnami metadat v systému souborů, mohou soubory v systému souborů vykazovat chyby v metadatech, jako je chyba v určení vlastníka datových bloků (jejichž aktualizace nebyla dokončena v době, kdy byl systém restartován ). To není smrtelné, ale může narušit uživatele.

Režim žurnálování používaný na souborovém systému ext3 je specifikován v souboru /etc/fstab pro tento souborový systém. "Sériový" režim je výchozí, ale můžete určit různé režimy protokolování změnou voleb pro požadovanou sekci v souboru /etc/fstab. Například záznam v /etc/fstab označující použití režimu protokolování "zpětný zápis" by vypadal takto:

/dev/hda5 /opt ext3 data=writeback 1 0

Souborový systém Rodiny Windows NT (NTFS)

Fyzická struktura NTFS

Začněme obecnými fakty. Oddíl NTFS může mít teoreticky téměř jakoukoli velikost, kterou chcete. Limit samozřejmě existuje, ale nebudu ho ani naznačovat, protože s rezervou si vystačí na dalších sto let vývoje výpočetní techniky - při jakémkoli tempu růstu. Jak to funguje v praxi? Skoro stejné. Maximální velikost oddílu NTFS v tento moment omezena pouze velikostí pevných disků. NT4 však bude mít problémy při pokusu o instalaci na diskový oddíl, pokud je jakákoli jeho část vzdálena více než 8 GB od fyzického začátku disku, ale tento problém se týká pouze zaváděcího oddílu.

Lyrická odbočka. Způsob instalace NT4.0 na prázdný disk je zcela originální a může vést k nedorozuměním o možnostech NTFS. Pokud instalačnímu programu sdělíte, že chcete naformátovat disk na NTFS, maximální velikost, kterou vám nabídne, bude mít pouze 4 GB. Proč tak malý, když velikost oddílu NTFS je ve skutečnosti prakticky neomezená? Faktem je, že instalační sekce tento souborový systém prostě nezná :) Instalátor tento disk naformátuje na běžný FAT, jehož maximální velikost v NT je 4 GB (při použití ne úplně standardního obrovského 64 KB clusteru) a nainstaluje NT na tento FAT. Ale již v procesu prvního spuštění samotného operačního systému (ještě ve fázi instalace) je oddíl rychle převeden na NTFS; takže uživatel si ničeho nevšimne, kromě podivného "limitu" velikosti NTFS při instalaci. :)

Struktura řezu - celkový pohled

Jako každý jiný systém rozděluje NTFS veškerý užitečný prostor do clusterů – datových bloků používaných najednou. NTFS podporuje téměř libovolnou velikost clusteru – od 512 bajtů do 64 KB, přičemž za určitý standard je považován cluster o velikosti 4 KB. NTFS nemá žádné anomálie v clusterové struktuře, takže k tomuto, obecně, dost banálnímu tématu, není moc co říct.

Disk NTFS je podmíněně rozdělen na dvě části. Prvních 12 % disku je alokováno pro tzv. MFT zónu – prostor, do kterého narůstá metasoubor MFT (více níže). Do této oblasti není možné zapisovat žádná data. Zóna MFT je vždy udržována prázdná – to se děje tak, aby se soubor nejdůležitějších služeb (MFT) při růstu nefragmentoval. Zbývajících 88 % disku je pouze běžný prostor pro ukládání souborů.

Volné místo na disku však zahrnuje veškeré fyzicky volné místo – jsou tam zahrnuty i nezaplněné kusy MFT zóny. Mechanismus použití zóny MFT je následující: když soubory již nelze zapisovat do běžného prostoru, zóna MFT se jednoduše zmenší (v aktuální verze operační systémy přesně dvakrát), čímž se uvolní místo pro zápis souborů. Při uvolnění místa v běžné oblasti MFT se oblast může znovu rozšířit. Zároveň není vyloučena situace, kdy v této zóně zůstanou i běžné soubory: žádná anomálie zde není. No, systém se to snažil nechat volně, ale nefungovalo to. Život jde dál... Metasoubor MFT se stále může fragmentovat, i když by to bylo nežádoucí.

MFT a jeho struktura

Souborový systém NTFS je vynikajícím úspěchem strukturování: každý prvek systému je soubor – dokonce i servisní informace. Nejdůležitější soubor na NTFS se nazývá MFT nebo Master File Table - obecná tabulka souborů. Právě on se nachází v zóně MFT a je centralizovaným adresářem všech ostatních souborů na disku a paradoxně i sám sebe. MFT je rozdělen na záznamy o pevné velikosti (obvykle 1 kB) a každý záznam odpovídá souboru (v obecný smysl tohle slovo). Prvních 16 souborů je servisního charakteru a jsou pro operační systém nepřístupné – nazývají se metasoubory a úplně prvním metasouborem je samotný MFT. Těchto prvních 16 prvků MFT je jedinou částí disku, která má pevnou polohu. Zajímavé je, že druhá kopie prvních tří záznamů je kvůli spolehlivosti (jsou velmi důležité) uložena přesně uprostřed disku. Zbytek souboru MFT může být umístěn, jako každý jiný soubor, na libovolných místech na disku - jeho polohu můžete obnovit pomocí sebe, "zaháknutí" na samém základě - na prvním prvku MFT.

Metasoubory

Prvních 16 soubory NTFS(metasoubory) mají oficiální povahu. Každý z nich je zodpovědný za nějaký aspekt systému. Výhoda takového modulárního přístupu spočívá v úžasné flexibilitě – například na FAT je fyzické poškození v samotné FAT oblasti fatální pro fungování celého disku a NTFS může přesouvat, dokonce fragmentovat přes disk, všechny své služby plochy, obchází případné povrchové poruchy – kromě prvních 16 prvků MFT.

Metasoubory jsou umístěny v kořenovém adresáři disku NTFS – začínají znakem „$“, i když pomocí standardních nástrojů je obtížné o nich získat jakékoli informace. Je zvláštní, že u těchto souborů je to také uvedeno úplně skutečné velikosti- můžete například zjistit, kolik operační systém utratí za katalogizaci celého vašeho disku, když se podíváte na velikost souboru $MFT. V následující tabulce jsou uvedeny aktuálně používané metasoubory a jejich účel.

Soubory a streamy

Takže systém má soubory - a nic než soubory. Co tento koncept zahrnuje na NTFS?

Za prvé, povinným prvkem je záznam v MFT, protože jak již bylo zmíněno, všechny soubory na disku jsou uvedeny v MFT. Na tomto místě jsou uloženy všechny informace o souboru kromě skutečných dat. Název souboru, velikost, umístění jednotlivých fragmentů na disku atd. Pokud pro informaci chybí jeden záznam MFT, použije se jich několik a ne nutně v řadě.

Volitelný prvek - datové toky souborů. Definice „volitelného“ se může zdát zvláštní, ale přesto zde není nic divného. Za prvé, soubor nemusí mít data – v tomto případě nezabírá volné místo na samotném disku. Za druhé, soubor nemusí být příliš velký. Pak přichází na řadu poměrně úspěšné řešení: data souboru jsou uložena přímo v MFT, na místo zbývající z hlavních dat v rámci jednoho MFT záznamu. Soubory, které zabírají stovky bytů, obvykle nemají své „fyzické“ provedení v oblasti hlavního souboru – všechna data takového souboru jsou uložena na jednom místě – v MFT.

Situace s daty souboru je poměrně zajímavá. Každý soubor na NTFS má obecně poněkud abstraktní strukturu – nemá data jako taková, ale existují proudy. Jeden z proudů má pro nás obvyklý význam – souborová data. Ale většina atributů souborů jsou také proudy! Ukazuje se tedy, že soubor má pouze jednu základní entitu - číslo v MFT a vše ostatní je volitelné. Touto abstrakcí se dají vytvářet docela pohodlné věci – například můžete k souboru „přilepit“ další stream tak, že do něj zapíšete libovolná data – například informace o autorovi a obsahu souboru, jak se to dělá ve Windows 2000 (záložka úplně vpravo ve vlastnostech souboru, zobrazená z průzkumníka). Je zajímavé, že tyto dodatečné toky nejsou standardními prostředky viditelné: pozorovaná velikost souboru je pouze velikost hlavního toku, který obsahuje tradiční data. Je možné mít například soubor nulové délky, po jehož smazání se uvolní 1 GB volného místa – jednoduše proto, že do něj nějaký mazaný program nebo technologie zaseknul další stream (alternativní data) o velikosti gigabajtu. . Ve skutečnosti se však v současné době proudy prakticky nepoužívají, takže byste se neměli bát takových situací, i když jsou hypoteticky možné. Jen mějte na paměti, že soubor na NTFS je hlubší a globálnější koncept, než jaký si lze představit pouze nahlížením do adresářů disku. A konečně: název souboru může obsahovat libovolné znaky, včetně úplné sady národních abeced, protože data jsou prezentována v Unicode - 16bitové reprezentaci, která dává 65535 různých znaků. Maximální délka názvu souboru je 255 znaků.

Katalogy

Adresář na NTFS je specifický soubor, který ukládá odkazy na jiné soubory a adresáře a vytváří tak hierarchickou strukturu dat na disku. Katalogový soubor je rozdělen do bloků, z nichž každý obsahuje název souboru, základní atributy a odkaz na prvek MFT, který již poskytuje úplné informace o položce adresáře. Vnitřní adresářová struktura je binární strom. To znamená: Chcete-li najít soubor s daným názvem v lineárním adresáři, jako je například FAT, musí operační systém prohledat všechny položky v adresáři, dokud nenajde ten správný. Binární strom na druhé straně uspořádává názvy souborů tak, že vyhledávání souborů probíhá rychleji – získáváním dvouhodnotových odpovědí na otázky o umístění souboru. Otázka, na kterou může binární strom odpovědět, zní: ve které skupině vzhledem k danému prvku je hledaný název – nahoře nebo dole? Začínáme takovou otázkou na prostřední prvek a každá odpověď zužuje oblast hledání v průměru dvakrát. Soubory se řekněme jednoduše seřadí podle abecedy a na otázku se odpovídá zřejmým způsobem – porovnáním počátečních písmen. Oblast hledání, dvakrát zúžená, začíná být prozkoumávána podobným způsobem, začíná se znovu od prostředního prvku.

Závěr je takový, že k nalezení jednoho souboru mezi 1000, například, FAT bude muset provést průměrně 500 porovnání (s největší pravděpodobností bude soubor nalezen uprostřed hledání) a stromový systém jen asi 10 ( 2^10 = 1024). Úspora času při hledání je samozřejmostí. Neměli byste si však myslet, že v tradičních systémech (FAT) je vše tak běžící: zaprvé udržovat seznam souborů ve formě binárního stromu je poměrně pracné a zadruhé i FAT při výkonu moderního systému (Windows2000 nebo Windows98) používá podobné optimalizační vyhledávání. Je to jen další skutečnost, kterou je třeba přidat do vaší škatulky znalostí. Rád bych také vyvrátil běžnou mylnou představu (kterou jsem sám nedávno sdílel), že přidání souboru do adresáře ve formě stromu je obtížnější než do lineárního adresáře: jsou to časově docela srovnatelné operace - faktem je že pro přidání souboru do adresáře se musíte nejprve ujistit, že soubor s tímto jménem tam ještě není :) - a zde v lineárním systému budeme mít potíže s nalezením výše popsaného souboru, což více než kompenzuje pro velmi jednoduchost přidání souboru do adresáře.

Jaké informace lze získat pouhým přečtením souboru katalogu? Přesně to, co vytváří příkaz dir. Chcete-li provést nejjednodušší navigaci na disku, nemusíte lézt do MFT pro každý soubor, stačí číst nejvíce obecná informace o souborech z adresářových souborů. Hlavní adresář disku – root – se neliší od běžných adresářů, až na speciální odkaz na něj ze začátku metasouboru MFT.

Vedení deníku

NTFS je systém odolný proti chybám, který se může snadno vrátit do správného stavu v případě téměř jakéhokoli skutečného selhání. Jakýkoli moderní souborový systém je založen na takovém konceptu, jako je transakce - akce, která se provádí zcela a správně nebo se neprovádí vůbec. NTFS prostě nemá mezistavy (chybné nebo nesprávné) - kvantum změny dat nelze rozdělit na před a po selhání, přinášející destrukci a zmatek - buď je potvrzeno, nebo zrušeno.

Příklad 1: Data se zapisují na disk. Najednou se ukazuje, že jsme nemohli zapisovat na místo, kde jsme se právě rozhodli zapsat další porci dat – fyzické poškození povrchu. Chování NTFS je v tomto případě celkem logické: transakce zápisu je odvolána celá – systém si uvědomí, že zápis neproběhl. Místo je označeno jako neúspěšné a data jsou zapsána na jiné místo - začíná nová transakce.

Příklad 2: složitější případ – data se zapisují na disk. Najednou prásk - napájení se vypne a systém se restartuje. V jaké fázi se záznam zastavil, kde jsou data a kde jsou nesmysly? Na pomoc přichází další systémový mechanismus – transakční protokol. Jde o to, že systém, který si uvědomil svou touhu zapisovat na disk, označil tento stav v metasouboru $LogFile. Při opětovném načítání je tento soubor prozkoumán, zda neobsahuje nedokončené transakce, které byly přerušeny havárií a jejichž výsledek je nepředvídatelný - všechny tyto transakce jsou zrušeny: místo, kam bylo zapsáno, je opět označeno jako volné, indexy a prvky MFT jsou uvedeny zpět do stavu ve kterých byly před selháním a systém jako celek zůstává stabilní. Co když ale při zápisu do logu došlo k chybě? Je to také v pořádku: transakce buď ještě nezačala (existuje pouze pokus o zaznamenání záměru ji provést), nebo již skončila - to znamená, že se pokouší zaznamenat, že transakce již byla skutečně dokončena. . V druhém případě při příštím spuštění systém sám plně zjistí, že ve skutečnosti je již vše správně zaznamenáno, a nebude věnovat pozornost „neúplné“ transakci.

Pamatujte však, že protokolování není všelék, ale pouze prostředek k výraznému snížení počtu chyb a selhání systému. Je nepravděpodobné, že by si běžný uživatel NTFS někdy všimnul systémové chyby nebo byl nucen spustit chkdsk – zkušenosti ukazují, že NTFS je obnoven do zcela správného stavu i při pádech během velmi rušných momentů aktivity disku. Disk můžete dokonce optimalizovat a uprostřed tohoto procesu stisknout reset - pravděpodobnost ztráty dat bude i v tomto případě velmi nízká. Je však důležité pochopit, že systém Obnova NTFS zaručuje správnost systému souborů, nikoli vašich dat. Pokud jste zapisovali na disk a došlo k nehodě, vaše data nemusí být zapsána. Zázraky se nedějí.

Soubory NTFS mají jeden poměrně užitečný atribut – „komprimovaný“. Faktem je, že NTFS má vestavěnou podporu pro kompresi disku - něco, pro co jste předtím museli použít Stacker nebo DoubleSpace. Jakýkoli soubor nebo adresář jednotlivě lze uložit na disk v komprimované podobě - ​​tento proces je pro aplikace zcela transparentní. Komprese souborů má velmi vysokou rychlost a pouze jednu velkou negativní vlastnost – obrovskou virtuální fragmentaci komprimovaných souborů, která však nikoho moc netrápí. Komprese se provádí v blocích po 16 clusterech a využívá tzv. „virtuální clustery“ – opět extrémně flexibilní řešení, které umožňuje dosáhnout zajímavé efekty- například polovinu souboru lze komprimovat, ale polovinu ne. Toho je dosaženo díky skutečnosti, že ukládání informací o kompresi určitých fragmentů je velmi podobné běžné fragmentaci souborů: například typický záznam fyzického rozvržení skutečného, ​​nekomprimovaného souboru:

souborové clustery 1 až 43 jsou uloženy v diskových clusterech počínaje 400. souborové clustery 44 až 52 jsou uloženy v diskových clusterech počínaje 8530...

Fyzické rozložení typického komprimovaného souboru:

Souborové clustery 1 až 9 jsou uloženy v diskových clusterech od 400 Souborové clustery 10 až 16 nejsou nikde uloženy Souborové clustery 17 až 18 jsou uloženy v diskových clusterech počínaje 409 Souborové clustery 19 až 36. není nikde uložen ....

To je jasné komprimovaný soubor má „virtuální“ shluky, ve kterých nejsou žádné skutečné informace. Jakmile systém uvidí takové virtuální shluky, okamžitě pochopí, že data předchozího bloku, násobek 16, musí být dekomprimována a výsledná data pouze zaplní virtuální shluky - to je ve skutečnosti celý algoritmus .

Bezpečnost

NTFS obsahuje mnoho prostředků pro vymezení práv objektů – předpokládá se, že jde o nejpokročilejší souborový systém ze všech, které v současnosti existují. Teoreticky je to nepochybně pravda, ale v současných implementacích má bohužel systém práv k ideálu dost daleko a představuje rigidní, ale ne vždy logický soubor vlastností. Práva přidělená jakémukoli objektu a systémem jednoznačně respektovaná se vyvíjejí - velké změny a doplňky práv byly provedeny již několikrát a u Windows 2000 se dostaly do poměrně rozumné množiny.

Práva souborového systému NTFS jsou neoddělitelně spjata se systémem samotným – to znamená, že je obecně nemusí dodržovat jiný systém, pokud má fyzický přístup k disku. Aby se zabránilo fyzickému přístupu, Windows2000 (NT5) stále zavedl standardní funkci - více o tom viz níže. Systém práv je v současném stavu poměrně složitý a pochybuji, že mohu obecnému čtenáři sdělit něco zajímavého a užitečného. obyčejný život. Pokud vás toto téma zajímá, najdete spoustu knih o síťové architektuře NT, které se mu věnují podrobněji.

Tento popis struktury souborového systému lze dokončit, zbývá popsat jen pár jednoduše praktických či originálních věcí.

Tato věc je v NTFS od nepaměti, ale byla používána velmi zřídka - a přesto: Hard Link je, když má stejný soubor dvě jména (několik ukazatelů souborů-adresářů nebo různých adresářů ukazuje na stejnou položku MFT) . Předpokládejme, že stejný soubor má názvy 1.txt a 2.txt: pokud uživatel smaže soubor 1, zůstane soubor 2. Pokud smaže 2, zůstane soubor 1, to znamená, že oba názvy budou od okamžiku vytvoření zcela rovné. Soubor je fyzicky vymazán pouze tehdy, když je odstraněno jeho příjmení.

Symbolické odkazy (NT5)

Mnohem praktičtější funkce, která umožňuje vytvářet virtuální adresáře – stejně jako virtuální disky s příkazem subst v DOSu. Aplikace jsou velmi rozmanité: za prvé, zjednodušení adresářového systému. Pokud se vám nelíbí adresář Dokumenty a nastavení\Administrátor\Dokumenty, můžete jej propojit s kořenovým adresářem – systém bude stále mluvit s adresářem s hustou cestou a vy – s mnohem kratším názvem, zcela ekvivalentním to. K vytvoření takových odkazů můžete použít program junction (junction.zip(15 Kb), 36 kb), který napsal známý specialista Mark Russinovich (http://www.sysinternals.com). Program funguje pouze v NT5 (Windows 2000), stejně jako funkce samotná. Chcete-li odstranit odkaz, můžete použít standardní příkaz rd. VAROVÁNÍ: Pokus o odpojení pomocí Průzkumníka nebo jiných správců souborů, kteří nerozumí virtuální povaze adresáře (např. FAR), smaže data, na která odkaz odkazuje! Buď opatrný.

Šifrování (NT5)

Užitečná funkce pro lidi, kteří se zajímají o svá tajemství, každý soubor nebo adresář lze také zašifrovat, což znemožňuje další instalaci NT je přečíst. V kombinaci se standardním a téměř neprolomitelným heslem pro spouštění samotného systému poskytuje tato funkce dostatečné zabezpečení pro většinu aplikací vámi vybraných důležitých dat.

Souborový systém je součástí operačního systému, jehož účelem je organizovat efektivní práce s daty uloženými v externí paměti a poskytují uživateli pohodlné rozhraní při práci s takovými daty. Organizace ukládání informací na magnetický disk není jednoduchá. To vyžaduje například dobrou znalost zařízení řadiče disku, vlastností práce s jeho registry. Přímá interakce s diskem je výsadou I/O systémové komponenty operačního systému, nazývané ovladač disku. Aby se uživatel počítače ušetřil od složitosti interakce s hardwarem, byl vynalezen jasný abstraktní model souborového systému. Operace zápisu nebo čtení souborů jsou koncepčně jednodušší než operace zařízení na nízké úrovni.

Pojďme seznam hlavní funkce souborový systém.

1. Identifikace souborů. Přiřazení názvu souboru k jeho přidělenému externímu paměťovému prostoru.

2. Rozdělení externí paměti mezi soubory. Pro práci s konkrétním souborem uživatel nepotřebuje mít informace o umístění tohoto souboru na externím paměťovém médiu. Abychom například načetli dokument do editoru z pevného disku, nemusíme vědět, na které straně magnetický disk, na kterém válci a ve kterém sektoru se tento dokument nachází.

3. Zajištění spolehlivosti a odolnosti proti poruchám. Náklady na informace mohou být mnohonásobně vyšší než náklady na počítač.

4. Zajištění ochrany před neoprávněným přístupem.

5. Bezpečnost sdílení soubory, takže uživatel nemusí vynakládat zvláštní úsilí na zajištění synchronizace přístupu.

6. Zajištění vysokého výkonu.

Někdy se říká, že soubor je pojmenovaná množina související informace uloženy v sekundární paměti. Pro většinu uživatelů je souborový systém nejvíce viditelná část OS. Poskytuje mechanismus pro online ukládání a přístup k datům i programům pro všechny uživatele systému. Z pohledu uživatele je soubor jednotkou externí paměti, to znamená, že data zapsaná na disk musí být součástí souboru.

37. Nejjednodušší stůl objemový obsah a jeho prvky

Souborový systém zahrnuje obsah A datová oblast - kolekce bloků na disku identifikovaných jejich čísly/adresami. Příklad jednoduchého (abstraktního) obsahu, obsahu pro svazek (disk, disková sada), který má v různých operačních systémech různé názvy - VTOC - Volume Table of Content (Volume Table of Contents), FAT - File Allocation Table (File Allocation Table), FDT - File Definition Table (File Definition Table) atd., je znázorněna na Obr. 1.

Rýže. 1. Nejjednodušší obsah svazku

Skládá se ze tří oblastí:

· oblast souboru. Toto je tabulka, která má obvykle omezené (v příkladu výše) N=6) počet řádků N(v MS-DOS např. N= 500, tzn. ne více než 500 souborů). Počet sloupců M(v příkladu M= 5) se obvykle vybírá z těch úvah, že 85 – 95 % souboru vytvořeného uživatelem by neobsahovalo více než M bloků, což závisí jak na velikosti bloku a typu uživatele, tak na obecné úrovni rozvoje informací a softwaru. První sloupec tabulky v každém řádku (Záznam o titulu) obsahuje data o souboru, v tomto příkladu název souboru;

· přepadová oblast- dodatková tabulka podobné struktury, ve které jsou zaznamenány počty bloků zvláště dlouhých souborů (v příkladu - Soubor_l). Organizace alokační tabulky ve formě oblasti souboru a oblasti přetečení samozřejmě šetří velikost tabulky jako celku a zároveň neomezuje pravděpodobnou délku souboru;

· seznam volných bloků- potřebné informace pro umístění vytvořených nebo rozšířených souborů. Seznam se vytváří při inicializaci a zahrnuje všechny bloky kromě poškozených a následně se opravuje při vytváření, mazání, úpravě souborů;

· seznam špatných bloků. Jedná se o tabulku vytvořenou při inicializaci (rozdělení) svazku (disku), doplněnou diagnostickými programy (příkladem jsou známí uživatelé NDD - Norton Disk Doctor) a zabraňující rozložení poškozených oblastí na magnetickém médiu. pro datové soubory.

Uveďme rysy situace zaznamenané na obr.1. v nejjednodušším (umělém) souborovém systému.

File_l zabírá 6 bloků, toto číslo je větší než maximum, takže adresa bloku číslo 6 (23) je umístěna v přetečovací tabulce;

Soubor_2 zabírá 2 bloky, což je méně než limit, takže všechny informace jsou soustředěny v oblasti souboru.

Existují následující konfliktní situace:

· Soubor_3 neobsahuje žádné bloky (proto byl soubor smazán, ale záznam záhlaví byl zachován);

· Soubor_4 a Soubor_l odkazují na blok č. 3. Toto je chyba, protože každý blok musí být přiřazen k jednomu souboru;

· Seznam volných bloků obsahuje čísla bloků č. 12 (označené jako špatné) a č. 13 (přiřazené pod Soubor_1).

38. Logická struktura diskových oddílů na příkladu souborových systémů kompatibilních s IBM a MS

Maximální počet primárních oddílů je 4. Aktivní oddíl je ten, kde je umístěn zavaděč systému.

MBR- kód a data nezbytná pro následné spuštění operačního systému a umístěná v prvních fyzických sektorech (nejčastěji v tom úplně prvním) na pevném disku nebo jiném úložném zařízení.

Je volána položka rozšířeného oddílu SMBR (sekundární hlavní spouštěcí záznam)). Rozdíl této položky je v tom, že nemá zavaděč a tabulka oddílů se skládá ze dvou položek: hlavního oddílu a rozšířeného oddílu.

39. Systém souborů FAT. Struktura objemu FAT

40. Systém souborů NTFS. Struktura svazku NTFS

41. Registr systému Windows

42. Operační systémy rodiny Windows NT

43. Některé architektonické moduly windows NT

44. Rigidní řízení jednotky ve Windows NT

45. Projektivní operační systémy, jejich princip, výhody, nevýhody

46.Procedurální operační systémy, jejich principy, výhody, nevýhody

47. Historie vývoje a ideologie budování OS Unix

48. Struktura OS Unix

49. Unixová uživatelská rozhraní

50. Dispečerské procesy (úlohy) v Unixu

51. OS Linux a jeho hlavní výhody

52. Implementace grafického režimu v OS Linux

53. Základní principy práce v OS Linux

54. Základní konfigurační soubory OS Linux

55. Práce s diskovými jednotkami v OS Linux

56. Aplikace pro OS Linux

Materiál pro recenzní přednášku č. 33

pro studenty oboru

"Software pro informační technologie"

docent Ústavu ICT, Ph.D. Livak E.N.

SYSTÉMY SPRÁVY SOUBORŮ

Základní pojmy, fakta

Jmenování. Vlastnosti souborových systémůTlustý,VFAT,FAT32,hpfs,NTFS. Souborové systémy OS UNIX (s5, ufs), OS Linux Ext2FS Systémové oblasti disku (oddíl, svazek). Principy umístění souborů a ukládání informací o umístění souborů. Organizace adresářů. Omezení přístupu k souborům a adresářům.

Dovednosti

Využití znalostí o struktuře souborového systému k ochraně a obnově počítačových informací (souborů a adresářů). Organizace řízení přístupu k souborům.

souborové systémy. Struktura souborového systému

Data jsou uložena na disku jako soubory. Soubor je pojmenovaná část disku.

Systémy správy souborů jsou navrženy pro správu souborů.

Schopnost nakládat s daty uloženými v souborech na logické úrovni poskytuje souborový systém. Je to souborový systém, který určuje, jak jsou data organizována na paměťovém médiu.

Tím pádem, souborový systém je sada specifikací a jejich přidruženého softwaru, které jsou zodpovědné za vytváření, ničení, organizování, čtení, zápis, úpravu a přesouvání informací o souborech, jakož i řízení přístupu k souborům a správu zdrojů používaných soubory.

Systém správy souborů je hlavním subsystémem v naprosté většině moderních operačních systémů.

Použití systému správy souborů

· všechny programy pro zpracování systému jsou zapojeny podle dat;

· vyřešeny problémy centralizovaného rozdělení diskového prostoru a správy dat;

· uživateli je poskytnuta možnost provádět operace se soubory (vytvářet atd.), vyměňovat si data mezi soubory a různými zařízeními, chránit soubory před neoprávněným přístupem.

Některé operační systémy mohou mít více systémů správy souborů, což jim umožňuje pracovat s více systémy souborů.

Zkusme rozlišit mezi souborovým systémem a systémem správy souborů.

Pojem "souborový systém" definuje zásady pro přístup k datům organizovaným v souborech.

Období "systém správy souborů" odkazuje na konkrétní implementaci souborového systému, tj. jedná se o sadu softwarových modulů, které zajišťují práci se soubory v konkrétním OS.

Aby bylo možné pracovat se soubory organizovanými v souladu s nějakým souborovým systémem, musí být pro každý OS vyvinut vhodný systém správy souborů. Tento UV systém bude fungovat pouze na OS, pro který byl vytvořen.

Pro rodinu OS Windows se používají především souborové systémy: VFAT, FAT 32, NTFS.

Zvažte strukturu těchto souborových systémů.

Na souborovém systému TLUSTÝ Diskový prostor libovolné logické jednotky je rozdělen do dvou oblastí:

oblast systému a

datové oblasti.

Systémová oblast se vytváří a inicializuje při formátování a následně se aktualizuje při manipulaci se strukturou souboru.

Oblast systému se skládá z následujících komponent:

Spouštěcí sektor obsahující spouštěcí záznam (boot record);

Vyhrazené sektory (nemusí být);

alokační tabulky souborů (FAT, File Allocation Table);

Kořenový adresář (ROOT).

Tyto komponenty jsou umístěny na disku jedna po druhé.

Datová oblast obsahuje soubory a adresáře podřízené kořenu.

Datová oblast je rozdělena do tzv. shluků. Cluster je jeden nebo více souvislých sektorů datové oblasti. Na druhé straně je cluster nejmenší adresovatelná jednotka místa na disku přidělená souboru. Tito. soubor nebo adresář zabírá celočíselný počet clusterů. Chcete-li vytvořit a zapsat nový soubor na disk, operační systém mu přidělí několik volných diskových clusterů. Tyto shluky na sebe nemusí navazovat. Pro každý soubor je uložen seznam všech čísel clusteru, která jsou tomuto souboru poskytnuta.

Rozdělení datové oblasti do klastrů namísto použití sektorů vám umožní:

· zmenšit velikost tabulky FAT;

Snižte fragmentaci souborů

Snižuje délku řetězců souborů Þ urychlit přístup k souborům.

Příliš velká velikost clusteru však vede k neefektivnímu využití datové oblasti, zejména v případě velkého množství malých souborů (ostatně u každého souboru se ztratí v průměru polovina clusteru).

V moderních souborových systémech (FAT 32, HPFS, NTFS) je tento problém vyřešen omezením velikosti clusteru (maximálně 4 KB)

Mapa datové oblasti je T alokační tabulka souborů (File Allocation Table - FAT) Každý prvek tabulky FAT (12, 16 nebo 32 bitů) odpovídá jednomu diskovému clusteru a charakterizuje jeho stav: volný, zaneprázdněný nebo je špatný cluster.

· Pokud je klastr přidělen jakémukoli souboru (tj. zaneprázdněn), pak odpovídající prvek FAT obsahuje číslo dalšího klastru souborů;

· poslední shluk souboru je označen číslem v rozsahu FF8h - FFFh (FFF8h - FFFFh);

· pokud je shluk volný, obsahuje nulovou hodnotu 000h (0000h);

· Cluster, který je nepoužitelný (selhal), je označen číslem FF7h (FFF7h).

V tabulce FAT jsou tedy clustery patřící do stejného souboru propojeny v řetězcích.

Alokační tabulka souborů je uložena ihned po boot záznamu logického disku, její přesné umístění je popsáno ve speciálním poli v boot sektoru.

Je uložen ve dvou stejných kopiích, které na sebe navazují. Když je zničena první kopie tabulky, použije se druhá.

Vzhledem k tomu, že FAT je při přístupu na disk velmi intenzivně využíván, je obvykle načten do RAM (do I/O bufferu nebo mezipaměti) a zůstává tam co nejdéle.

Hlavní nevýhodou FAT je pomalá práce se soubory. Při vytváření souboru funguje pravidlo - je vybrán první volný cluster. To vede k fragmentaci disku a složitým souborovým řetězcům. Proto zpomalení práce se soubory.

Chcete-li zobrazit a upravit tabulku FAT, můžete použít utilitydiskEditor.

Podrobné informace o samotném souboru jsou uloženy v jiné struktuře zvané kořenový adresář. Každý logický disk má svůj kořenový adresář (ROOT, anglicky - root).

Kořenový adresář popisuje soubory a další adresáře. Prvek adresáře je deskriptor souboru (deskriptor).

Deskriptor každého souboru a adresáře jej obsahuje

· Název

· prodloužení

datum vytvoření nebo poslední úpravy

čas vytvoření nebo poslední úpravy

atributy (archiv, atribut adresáře, atribut svazku, systém, skrytý, jen pro čtení)

délka souboru (pro adresář - 0)

vyhrazené pole, které se nepoužívá

· číslo prvního clusteru v řetězci clusterů přiřazených k souboru nebo adresáři; po obdržení tohoto čísla operační systém s odkazem na tabulku FAT zjistí také všechna ostatní čísla shluků souborů.

Uživatel tedy spustí soubor k provedení. Operační systém hledá soubor s požadovaným názvem podle popisů souborů v aktuálním adresáři. Když je požadovaný prvek nalezen v aktuálním adresáři, operační systém přečte číslo prvního clusteru daný soubor a poté určí zbývající čísla clusteru z tabulky FAT. Data z těchto klastrů jsou načtena do RAM, sloučena do jedné souvislé sekce. Operační systém přenese řízení na soubor a program se spustí.

Chcete-li zobrazit a upravit adresář ROOT, můžete také použít utilitydiskEditor.

Souborový systém VFAT

Systém souborů VFAT (virtual FAT) se poprvé objevil v systému Windows for Workgroups 3.11 a byl navržen pro souborový vstup/výstup v chráněném režimu.

Tento souborový systém se používá ve Windows 95.

Je také podporován ve Windows NT 4.

VFAT je "nativní" 32bitový souborový systém Windows 95. Je řízen ovladačem VFAT .VXD.

VFAT používá 32bitový kód pro všechny operace se soubory a může používat 32bitové ovladače chráněného režimu.

ALE záznamy v alokační tabulce zůstávají 12- nebo 16bitové, takže na disku je použita stejná datová struktura (FAT). Tito. F formát tabulkyVFAT je stejný, stejně jako formát FAT.

VFAT spolu s názvy "8.3". podporuje dlouhé názvy souborů. (VFAT se často říká, že je FAT s podporou dlouhých jmen).

Hlavní nevýhodou VFAT jsou velké ztráty pro clustering s velkými velikostmi logických disků a omezení velikosti samotného logického disku.

Souborový systém TUK 32

Toto je nová implementace myšlenky použití tabulky FAT.

FAT 32 je zcela nezávislý 32bitový souborový systém.

Poprvé použito ve Windows OSR 2 (OEM Service Release 2).

FAT 32 se v současnosti používá ve Windows 98 a Windows ME.

Oproti předchozím implementacím FAT obsahuje četná vylepšení a doplňky.

1. Mnohem efektivnější využití místa na disku díky tomu, že využívá menší clustery (4 KB) – odhaduje se, že ušetří až 15 %.

2. Má rozšířený spouštěcí záznam, který umožňuje vytvářet kopie důležitých datových struktur Þ zvyšuje odolnost disku proti porušení struktur disku

3. Můžete použít zálohu FAT místo standardní.

4. Může přesunout kořenový adresář, jinými slovy, kořenový adresář může být na libovolném místě Þ odstraňuje omezení velikosti kořenového adresáře (512 prvků, protože ROOT měl zabírat jeden cluster).

5. Vylepšená struktura kořenového adresáře

Objevila se další pole, například čas vytvoření, datum vytvoření, datum posledního přístupu, kontrolní součet

Stále existuje několik deskriptorů pro dlouhý název souboru.

Souborový systém HPFS

HPFS (High Performance File System) je vysoce výkonný souborový systém.

HPFS se poprvé objevil v OS/2 1.2 a LAN Manager.

Pojďme seznam hlavní vlastnosti HPFS.

Hlavním rozdílem je základní principy umístění souborů na disku a zásady ukládání informací o umístění souborů. Díky těmto principům má HPFS vysoký výkon a odolnost proti chybám, je spolehlivý souborový systém.

Místo na disku v HPFS není přiděleno clustery (jako ve FAT), ale bloky. V moderní implementaci se velikost bloku rovná jednomu sektoru, ale v zásadě může mít jinou velikost. (Ve skutečnosti je blok shlukem, pouze shluk se vždy rovná jednomu sektoru). Uspořádání souborů v tak malých blocích umožňuje efektivněji využívat místo na disku, protože režie volného místa je v průměru pouze (půl sektoru) 256 bajtů na soubor. Připomeňme, že čím větší je velikost clusteru, tím více místa je zbytečný na disku.

Systém HPFS se snaží uspořádat soubor do souvislých bloků, nebo pokud to není možné, umístit jej na disk tak, aby rozsahy(fragmenty) souboru byly fyzicky co nejblíže k sobě. Tento přístup je zásadní snižuje čas polohování zapisovacích/čtecích hlav pevný disk a latence (prodleva mezi polohou čtecí/zapisovací hlavy na správné stopě). Připomeňme, že v souboru FAT je jednoduše přidělen první volný cluster.

Rozsahy(rozsah) - fragmenty souborů umístěné v sousedních sektorech disku. Soubor má alespoň jeden rozsah, pokud není fragmentovaný, a více než jeden rozsah jinak.

Použitý metoda vyvážené binární stromy pro ukládání a vyhledávání informací o umístění souborů (adresáře jsou uloženy ve středu disku, navíc je zajištěno automatické třídění adresářů), což je zásadní zlepšuje produktivitu HPFS (verze FAT).

HPFS poskytuje speciální rozšířené atributy souborů, které to umožňují spravovat přístup k souborům a adresářům.

Rozšířené atributy (rozšířené atributy, EAs ) vám umožní uložit Dodatečné informace o souboru. Ke každému souboru může být například přiřazen jeho jedinečný grafický obrázek (ikona), popis souboru, komentář, informace o vlastníkovi souboru atd.

C Struktura oddílu HPFS

Na začátku oddílu s nainstalovaným HPFS jsou tři ovládací blok:

boot block (boot block),

přídavný blok (superblok) a

Náhradní (záložní) blok (náhradní blok).

Zabírají 18 sektorů.

Veškerý ostatní diskový prostor v HPFS je rozdělen na části ze sousedních sektorů - pruhy(páska - pás, páska). Každý pruh zabírá 8 MB na disku.

Každý pruh a má svůj vlastní bitmapa alokace sektorů.Bitmapa ukazuje, které sektory daného pásma jsou obsazené a které volné. Každý sektor datového pruhu odpovídá jednomu bitu v jeho bitmapě. Pokud bit = 1, pak je sektor obsazený, pokud 0 - volný.

Bitmapy dvou pásem jsou umístěny vedle sebe na disku, stejně jako samotná pásma. To znamená, že sekvence pruhů a karet vypadá jako na obr.

Srovnat sTLUSTÝ. Pro celý disk existuje pouze jedna "bitmapa" (tabulka FAT). A abyste s tím mohli pracovat, musíte pohybovat čtecími / zapisovacími hlavami v průměru přes polovinu disku.

Aby se zkrátila doba polohování čtecích/zápisových hlav pevného disku, je disk HPFS rozdělen na pruhy.

Zvážit kontrolní bloky.

Spouštěcí blok (botablok)

Obsahuje název svazku, jeho sériové číslo, blok nastavení systému BIOS a spouštěcí program.

Bootstrap najde soubor OS 2 LDR , načte jej do paměti a předá řízení tomuto spouštěcímu programu OS, který zase nahraje jádro OS/2 z disku do paměti - OS 2 KRNL. A již OS 2 KRIML pomocí informací ze souboru KONFIG. SYS načte všechny ostatní potřebné programové moduly a datové bloky do paměti.

Spouštěcí blok se nachází v sektorech 0 až 15.

SuperBlok(super blok)

Obsahuje

Ukazatel na seznam bitmap ( bitmap block list ). Tento seznam uvádí všechny bloky na disku, které obsahují bitmapy používané k detekci volných sektorů;

ukazatel na seznam špatných bloků (seznam špatných bloků). Když systém detekuje poškozený blok, je přidán do tohoto seznamu a již není používán pro ukládání informací;

ukazatel na skupinu adresářů (directory band ),

ukazatel na uzel souboru (F -node ) kořenového adresáře,

· datum poslední kontroly oddílu programem CHKDSK;

informace o velikosti pruhu (v aktuální implementaci HPFS - 8 MB).

Super blok je umístěn v 16. sektoru.

Náhradníblok(náhradní blok)

Obsahuje

ukazatel na mapu nouzového nahrazení (mapa opravy hotfix nebo oblasti opravy hotfix);

· ukazatel na seznam volných náhradních bloků (adresář seznam nouzových volných bloků);

množství systémových příznaků a deskriptorů.

Tento blok se nachází v sektoru 17 disku.

Náhradní blok poskytuje vysokou odolnost proti chybám systému souborů HPFS a umožňuje obnovit poškozená data na disku.

Princip umístění souboru

Rozsahy(rozsah) - fragmenty souborů umístěné v sousedních sektorech disku. Soubor má alespoň jeden rozsah, pokud není fragmentovaný, a více než jeden rozsah jinak.

Aby se zkrátila doba polohování čtecích/zápisových hlav pevného disku, systém HPFS vyhledává

1) umístěte soubor do sousedních bloků;

2) pokud to není možné, umístěte rozsahy fragmentovaného souboru co nejblíže k sobě,

K tomu používá HPFS statistiku a také se snaží podmíněně vyhradit alespoň 4 kilobajty místa na konci souborů, které rostou.

Zásady ukládání informací o umístění souborů

Každý soubor a adresář na disku má svůj vlastní Uzel souboru F-Node. Toto je struktura, která obsahuje informace o umístění souboru a jeho rozšířených atributech.

Každý F-uzel zabírá jeden sektor a je vždy umístěn poblíž jeho souboru nebo adresáře (obvykle těsně před souborem nebo adresářem). F-uzel obsahuje

délka,

prvních 15 znaků názvu souboru,

Speciální servisní informace

Statistiky přístupu k souborům

Rozšířené atributy souboru

seznam přístupových práv (nebo pouze část tohoto seznamu, pokud je velmi velký); pokud jsou rozšířené atributy pro souborový uzel příliš velké, zapíše se do něj ukazatel.

asociativní informace o umístění a podřízenosti souboru atp.

Pokud je soubor spojitý, pak je jeho umístění na disku popsáno dvěma 32bitovými čísly. První číslo je ukazatel na první blok souboru a druhé je délka rozsahu (počet po sobě jdoucích bloků, které patří do souboru).

Pokud je soubor fragmentovaný, je umístění jeho rozsahů popsáno v uzlu souboru s dalšími dvojicemi 32bitových čísel.

Souborový uzel může obsahovat informace až o osmi oblastech souboru. Pokud má soubor více oblastí, zapíše se do jeho souborového uzlu ukazatel na alokační blok, který může obsahovat až 40 ukazatelů na rozsahy nebo, analogicky s blokem adresářového stromu, na jiné alokační bloky.

Struktura a umístění adresářů

Slouží k ukládání adresářů. pruh ve středu disku.

Tento pás se nazývá adresářkapela.

Pokud je plný, HPFS začne umisťovat adresáře souborů do jiných pruhů.

Umístění této informační struktury uprostřed disku výrazně snižuje průměrnou dobu polohování čtecích/zápisových hlav.

Podstatně větší příspěvek (ve srovnání s umístěním adresářového pásma uprostřed logického disku) k výkonu HPFS však pochází z použití metoda vyvážené binární stromy pro ukládání a získávání informací o umístění souborů.

Připomeňte si to v systému souborů TLUSTÝ adresář má lineární strukturu, není speciálně uspořádaná, takže při hledání souboru jej musíte postupně procházet od samého začátku.

V HPFS je adresářová struktura vyvážený strom s položkami v abecedním pořadí.

Každá položka ve stromu obsahuje

atributy souboru,

ukazatel na odpovídající uzel souboru,

informace o čase a datu vytvoření souboru, čase a datu poslední aktualizace a přístupu,

délka dat obsahujících rozšířené atributy,

čítač přístupu k souboru

Délka názvu souboru

samotný název

a další informace.

Při hledání souboru v adresáři se souborový systém HPFS dívá pouze na potřebné větve binárního stromu. Tento způsob je mnohonásobně efektivnější než sekvenční čtení všech záznamů v adresáři, což je případ systému FAT.

Velikost každého z bloků, pokud jde o adresáře alokované v aktuální implementaci HPFS, je 2 KB. Velikost záznamu popisujícího soubor závisí na velikosti názvu souboru. Pokud je název 13 bajtů (pro formát 8.3), pak 2K blok pojme až 40 deskriptorů souborů. Bloky jsou vzájemně propojeny pomocí seznamu.

Problémy

Při přejmenovávání souborů může dojít k tzv. rebalancování stromu. Vytvoření souboru, jeho přejmenování nebo vymazání může mít za následek kaskádové adresářové bloky. Ve skutečnosti může přejmenování selhat kvůli nedostatku místa na disku, i když se velikost samotného souboru nezvětšila. Aby se předešlo této katastrofě, HPFS udržuje malý fond volných bloků, které lze použít v případě katastrofy. Tato operace může vyžadovat přidělení dalších bloků na plném disku. Ukazatel na tento fond volných bloků je uložen v SpareBlock,

Jak jsou soubory a adresáře umístěny na diskuHPFS:

· informace o umístění souborů jsou rozptýleny po celém disku, přičemž záznamy každého konkrétního souboru jsou umístěny (pokud možno) v sousedních sektorech a blízko údajů o jejich umístění;

adresáře jsou umístěny uprostřed diskového prostoru;

· adresáře jsou uloženy jako binární vyvážený strom s položkami uspořádanými v abecedním pořadí.

Spolehlivost ukládání dat v HPFS

Každý souborový systém musí mít prostředky k opravě chyb, ke kterým dochází při zápisu informací na disk. Systém HPFS používá mechanismus nouzové výměny ( hotfix).

Pokud systém souborů HPFS narazí na problém při zápisu dat na disk, zobrazí příslušnou chybovou zprávu. HPFS pak ukládá informace, které měly být zapsány do vadného sektoru, do jednoho z rezervních sektorů předem rezervovaných pro tento případ. Seznam volných náhradních bloků je uložen v náhradním bloku HPFS. Pokud je zjištěna chyba při zápisu dat do normálního bloku, HPFS vybere jeden z volných náhradních bloků a uloží data do něj. Systém souborů se poté aktualizuje nouzová náhradní karta v záložní jednotce.

Tato mapa jsou jednoduše dvojice dvojitých slov, z nichž každé je 32bitové číslo sektoru.

První číslo označuje vadný sektor a druhé - sektor mezi dostupnými náhradními sektory, který byl vybrán k jeho nahrazení.

Po výměně vadného sektoru za náhradní se náhradní karta zapíše na disk a na obrazovce se objeví vyskakovací okno informující uživatele, že došlo k chybě zápisu na disk. Pokaždé, když systém zapisuje nebo čte sektor disku, podívá se na mapu horkých rezerv a nahradí všechna čísla chybných sektorů čísly náhradních sektorů odpovídajícími daty.

Je třeba poznamenat, že tento překlad čísel výrazně neovlivňuje výkon systému, protože se provádí pouze při fyzickém přístupu na disk, nikoli však při čtení dat z mezipaměti disku.

Souborový systém NTFS

Souborový systém NTFS (New Technology File System) obsahuje řadu významných vylepšení a změn, které jej výrazně odlišují od jiných souborových systémů.

Všimněte si, že až na vzácné výjimky K oddílům NTFS lze přistupovat pouze přímo zOknaNT, ačkoli existují odpovídající implementace systémů správy souborů pro řadu operačních systémů pro čtení souborů ze svazků NTFS.

Pro práci s NTFS však mimo Windows NT zatím neexistují žádné plnohodnotné implementace.

Systém NTFS není podporován v široce používaných operačních systémech Windows 98 a Windows Millennium Edition.

Klíčové vlastnostiNTFS

práce na velkých discích je efektivní (mnohem efektivnější než ve FAT);

Existují nástroje pro omezení přístupu k souborům a adresářům Þ Oddíly NTFS poskytují místní zabezpečení souborů i adresářů;

Byl zaveden transakční mechanismus, ve kterém protokolování operace se soubory Þ výrazné zvýšení spolehlivosti;

· byla odstraněna mnohá omezení týkající se maximálního počtu diskových sektorů a/nebo clusterů;

· název souboru v NTFS, na rozdíl od souborových systémů FAT a HPFS, může obsahovat libovolné znaky, včetně úplné sady národních abeced, protože data jsou prezentována v Unicode - 16bitové reprezentaci, která dává 65535 různých znaků. Maximální délka názvu souboru v NTFS je 255 znaků.

· NTFS má také vestavěné nástroje pro kompresi, které můžete použít na jednotlivé soubory, celé adresáře a dokonce i svazky (a následně je zrušit nebo přiřadit podle svého uvážení).

Struktura svazku se systémem souborů NTFS

Oddíl NTFS se nazývá svazek. Maximální možné velikosti svazků (a velikosti souborů) jsou 16 bajtů (2 exabajty**64).

Stejně jako jiné systémy rozděluje NTFS diskový prostor svazku do shluků, bloků dat, které jsou adresovány jako jednotky dat. NTFS podporuje velikosti clusterů od 512 bajtů do 64 KB; standardem je cluster 2 nebo 4 KB.

Veškerý diskový prostor v NTFS je rozdělen na dvě nestejné části.

Prvních 12 % disku je vyhrazeno pro tzv. MFT zónu - prostor, který může být zabírán, zvětšující se velikost, hlavní službou metasoubor MFT.

Do této oblasti není možné zapisovat žádná data. Zóna MFT je vždy udržována prázdná – to se děje proto, aby se soubor MFT pokud možno nefragmentoval při svém růstu.

Zbývajících 88 % svazku tvoří běžný prostor pro ukládání souborů.

MFT (mistrsouborstůl- obecná tabulka souborů) je v podstatě adresář všech ostatních souborů na disku, včetně něj samotného. Je určen k určení umístění souborů.

MFT se skládá ze záznamů pevné velikosti. Velikost položky MFT (minimálně 1 KB a maximálně 4 KB) je určena během formátování svazku.

Každý záznam odpovídá souboru.

Prvních 16 položek má povahu služeb a nejsou dostupné pro operační systém – jsou volány metasoubory, a úplně prvním metasouborem je samotný MFT.

Těchto prvních 16 prvků MFT je jedinou částí disku, která má striktně pevnou pozici. Kopie stejných 16 záznamů je kvůli bezpečnosti uložena uprostřed svazku.

Zbývající části souboru MFT mohou být umístěny, jako každý jiný soubor, na libovolných místech na disku.

Metasoubory jsou svou povahou služby – každý z nich je zodpovědný za nějaký aspekt systému. Metasoubory jsou umístěny v kořenovém adresáři svazku NTFS. Všechny začínají znakem názvu „$“, i když pomocí standardních nástrojů je obtížné o nich získat jakékoli informace. V tabulce. jsou uvedeny hlavní metasoubory a jejich účel.

Odpovídající záznam MFT ukládá všechny informace o souboru:

· název souboru,

· velikost;

atributy souboru

pozice na disku jednotlivých fragmentů atp.

Pokud pro informaci chybí jeden záznam MFT, použije se několik záznamů a nemusí být nutně v řadě.

Pokud soubor není příliš velký, pak jsou data souboru uložena přímo v MFT, v prostoru zbývajícím od hlavních dat, v rámci jednoho MFT záznamu.

Soubor na svazku NTFS je identifikován tzv odkaz na soubor(File Reference ), které je reprezentováno jako 64bitové číslo.

číslo souboru, které odpovídá číslu záznamu v MFT,

a pořadová čísla. Toto číslo se zvýší vždy, když je dané číslo znovu použito v MFT, což umožňuje soubor systém NTFS provádět kontroly vnitřní integrity.

Každý soubor v NTFS je reprezentován protéká(streams ), to znamená, že nemá „jen data“ jako taková, ale existují streamy.

Jedním z proudů jsou data souboru.

Většina atributů souborů jsou také proudy.

Ukazuje se tedy, že soubor má pouze jednu základní entitu – číslo v MFT, a vše ostatní, včetně jeho streamů, je volitelné.

Tento přístup lze efektivně využít – například lze k souboru „přilepit“ jiný proud zápisem jakýchkoli dat do něj.

Standardní atributy souborů a adresářů na svazku NTFS mají pevné názvy a kódy typů.

Katalog NTFS je speciální soubor, který ukládá odkazy na jiné soubory a adresáře.

Katalogový soubor je rozdělen do bloků, z nichž každý obsahuje

· název souboru,

základní atributy a

Kořenový adresář disku se neliší od běžných adresářů, až na speciální odkaz na něj ze začátku metasouboru MFT.

Vnitřní adresářová struktura je binární strom jako v HPFS.

Počet souborů v kořenovém i nekořenovém adresáři je neomezený.

Systém souborů NTFS podporuje objektový model zabezpečení NT: NTFS zachází s adresáři a soubory jako s heterogenními objekty a udržuje samostatné (ačkoli se překrývající) seznamy oprávnění pro každý typ.

NTFS poskytuje zabezpečení na úrovni souborů; to znamená, že oprávnění ke svazkům, adresářům a souborům mohou záviset na účet uživatele a skupiny, do kterých patří. Pokaždé, když uživatel přistupuje k objektu systému souborů, jsou jeho oprávnění zkontrolována podle seznamu oprávnění objektu. Pokud má uživatel dostatečnou úroveň práv, je jeho žádosti vyhověno; jinak je žádost zamítnuta. Tento model zabezpečení se vztahuje jak na přihlášení místních uživatelů na počítačích NT, tak na požadavky vzdálené sítě.

NTFS má také některé samoopravné funkce. NTFS podporuje různé mechanismy pro kontrolu integrity systému, včetně protokolování transakcí, které umožňuje přehrát operace zápisu souborů proti speciálnímu systémovému protokolu.

Na žurnálování spisové operace, spisový systém zaznamenává probíhající změny do zvláštního spisu služeb. Na začátku operace spojené se změnou struktury souboru se provede odpovídající značka. Dojde-li při operacích se soubory k nějaké chybě, pak zmíněná značka zahájení operace zůstane označena jako nedokončená. Pokud po restartu počítače provedete kontrolu integrity systému souborů, budou tyto nevyřízené operace vráceny zpět a soubory budou obnoveny do původního stavu. Pokud je operace změny dat v souborech dokončena normálně, je operace označena jako dokončená právě v tomto servisním souboru podpory protokolování.

Hlavní nevýhoda souborového systémuNTFS- data služeb zabírají hodně místa (například každý prvek adresáře zabírá 2 KB) - u malých oddílů mohou data služeb zabírat až 25 % objemu média.

Þ NTFS nelze použít k formátování disket. Nepoužívejte jej k formátování oddílů menších než 100 MB.

souborový systém OS UNIX

Ve světě UNIX existuje několik různých druhů souborových systémů s vlastní strukturou externí paměti. Nejznámější jsou tradiční souborový systém UNIX System V (s5) a souborový systém UNIX BSD family (ufs).

Zvažte s 5.

Soubor UNIX je sada znaků s náhodným přístupem.

Soubor má strukturu, kterou mu uživatel uloží.

Souborový systém Unix je hierarchický souborový systém pro více uživatelů.

Souborový systém má stromovou strukturu. Vrcholy (mezilehlé uzly) stromu jsou adresáře s odkazy na jiné adresáře nebo soubory. Listy stromu odpovídají souborům nebo prázdným adresářům.

Komentář. Ve skutečnosti souborový systém Unix není strom. Faktem je, že systém má možnost rozbít hierarchii ve formě stromu, protože je možné asociovat více jmen se stejným obsahem souboru.

Struktura disku

Disk je rozdělen do bloků. Velikost datového bloku je určena při formátování systému souborů pomocí příkazu mkfs a lze ji nastavit na 512, 1024, 2048, 4096 nebo 8192 bajtů.

Počítáme po 512 bajtech (velikost sektoru).

Místo na disku je rozděleno do následujících oblastí (viz obrázek):

nakládací blok;

ovládání superblok;

pole i-uzlů;

oblast pro ukládání obsahu (dat) souborů;

sada volných bloků (propojených v seznamu);

Komentář. Pro souborový systém UFS - toto vše se opakuje pro skupinu válců (kromě Boot bloku) + je přidělena speciální oblast pro popis skupiny válců

Bootstrap blok

Blok se nachází v bloku #0. (Připomeňme, že umístění tohoto bloku v nulovém bloku systémového zařízení je určeno hardwarem, protože hardwarový zavaděč vždy odkazuje na nulový blok systémového zařízení. Toto je poslední komponenta systému souborů, která závisí na hardwaru.)

Spouštěcí blok obsahuje spinup program, který se používá k počátečnímu spuštění operačního systému UNIX. V souborových systémech s 5 se ve skutečnosti používá pouze zaváděcí blok kořenového systému souborů. V sekundárních souborových systémech je tato oblast přítomna, ale nepoužívá se.

Superblok

Obsahuje provozní informace o stavu souborového systému a také údaje o nastavení souborového systému.

Konkrétně superblok obsahuje následující informace

počet i-uzlů (indexové deskriptory);

velikost oddílu???;

seznam volných bloků;

seznam volných i-uzlů;

· a další.

Dávejme pozor! Volné místo na disku je propojený seznam volných bloků. Tento seznam je uložen v superbloku.

Prvky seznamu jsou pole 50 prvků (pokud blok = 512 bajtů, pak prvek = 16 bitů):

· Prvky pole č. 1-48 obsahují počty volných bloků prostoru bloků souborů od 2 do 49.

prvek #0 obsahuje ukazatel na pokračování seznamu a

· poslední prvek (#49) obsahuje ukazatel na volný prvek v poli.

Pokud některý proces potřebuje volný blok pro příponu souboru, pak systém vybere prvek pole ukazatelem (na volný prvek) a blok s číslem uloženým v tomto prvku je poskytnut souboru. Pokud je soubor zmenšen, uvolněná čísla se přidají do pole volných bloků a upraví se ukazatel na volný prvek.

Protože velikost pole je 50 prvků, jsou možné dvě kritické situace:

1. Když uvolníme bloky souborů, ale nevejdou se do tohoto pole. V tomto případě se ze souborového systému vybere jeden volný blok a do tohoto bloku se zkopíruje plně vyplněné pole volných bloků, načež se hodnota ukazatele na volný prvek nastaví na nulu a v nulovém prvku pole, který je v superbloku, se zapíše číslo bloku, do kterého se systém rozhodl zkopírovat obsah pole.. V tomto okamžiku je vytvořen nový prvek seznamu volných bloků (každý s 50 prvky).

2. Když je vyčerpán obsah prvků pole volných bloků (v tomto případě je nulový prvek pole roven nule) Pokud tento prvek není roven nule, pak to znamená, že existuje pokračování pole . Toto pokračování je načteno do kopie superbloku v RAM.

Seznam volnýchi-uzly. Jedná se o vyrovnávací paměť sestávající ze 100 prvků. Obsahuje informace o 100 číslech i-uzlů, které jsou v tuto chvíli volné.

Superblock je vždy v paměti RAM

Þ všechny operace (uvolnění a obsazení bloků a i-uzlů probíhá v RAM Þ minimalizace výměny disků.

Ale! Pokud se obsah superbloku nezapíše na disk a vypne se napájení, pak nastanou problémy (nesoulad mezi skutečným stavem souborového systému a obsahem superbloku). Ale to už je požadavek na spolehlivost systémového vybavení.

Komentář. Souborové systémy UFS podporují více kopií superbloku (jedna kopie na skupinu válců) pro zvýšenou odolnost

Oblast inodu

Toto je pole popisů souborů tzv i-uzly (já-uzel).(64 bajtů?)

Každý indexový deskriptor (i-uzel) souboru obsahuje:

Typ souboru (soubor/adresář/speciální soubor/fifo/socket)

Atributy (oprávnění) - 10

ID vlastníka souboru

ID skupiny, která vlastní soubor

Čas vytvoření souboru

Čas úpravy souboru

Poslední přístup k souboru

Délka souboru

Počet odkazů na daný i-uzel z různých adresářů

Adresy bloků souborů

!Poznámka. Není zde žádný název souboru

Pojďme se blíže podívat na to, jak je to organizováno. blokové adresování, který obsahuje soubor. Takže v poli s adresami jsou čísla prvních 10 bloků souboru.

Pokud soubor přesáhne deset bloků, začne fungovat následující mechanismus: 11. prvek pole obsahuje číslo bloku, který obsahuje 128 (256) odkazů na bloky daného souboru. V případě, že je soubor ještě větší, pak se použije 12. prvek pole - obsahuje číslo bloku, který obsahuje 128 (256) čísel bloků, kde každý blok obsahuje 128 (256) čísel bloků systému souborů. A pokud je soubor ještě větší, pak se použije 13. prvek - kde se hloubka vnoření seznamu zvětší ještě o jeden.

Můžeme tedy získat soubor o velikosti (10+128+128 2 +128 3)*512.

To může být reprezentováno v následující podobě:

Adresa 1. bloku souboru

Adresa 2. bloku souboru

Adresa 10. bloku souboru

Nepřímá bloková adresa (blok s 256 blokovými adresami)

Bloková adresa 2. nepřímého adresování (blok s 256 bloky adres s adresami)

Bloková adresa 3. nepřímého adresování (blok s blokovými adresami s blokovými adresami s adresami)

Ochrana souborů

Nyní se podívejme na ID vlastníka a skupiny a bezpečnostní bity.

Operační systém Unix používá tříúrovňová hierarchie uživatelů:

První úrovní jsou všichni uživatelé.

Druhou úrovní jsou uživatelské skupiny. (Všichni uživatelé jsou rozděleni do skupin.

Třetí úrovní je konkrétní uživatel (Skupiny se skládají ze skutečných uživatelů). Díky této tříúrovňové organizaci uživatelů má každý soubor tři atributy:

1) Vlastník souboru. Tento atribut je spojen s jedním konkrétním uživatelem, který je systémem automaticky přiřazen jako vlastník souboru. Výchozím vlastníkem se můžete stát vytvořením souboru a existuje také příkaz, který umožňuje změnit vlastníka souboru.

2) Ochrana přístupu k souborům. Přístup ke každému souboru je omezen ve třech kategoriích:

práva vlastníka (co může vlastník s tímto souborem dělat, v obecném případě - ne nutně nic);

práva skupiny, do které patří vlastník souboru. Vlastník zde není zahrnut (například soubor může být pro vlastníka uzamčen pro čtení a všichni ostatní členové skupiny mohou z tohoto souboru volně číst;

všichni ostatní uživatelé systému;

Podle těchto tří kategorií jsou regulovány tři akce: čtení ze souboru, zápis do souboru a spuštění souboru (v systémových mnemotechnických pomůckách R, W, X, v tomto pořadí). V každém souboru tyto tři kategorie definují, který uživatel může číst, který zapisovat a kdo jej může spouštět jako proces.

Organizace katalogu

Adresář z pohledu OS je běžný soubor, který obsahuje údaje o všech souborech, které do adresáře patří.

Prvek adresáře se skládá ze dvou polí:

1) číslo i-uzlu (sériové číslo v poli i-uzlů) a

2) název souboru:

Každý adresář obsahuje dva speciální názvy: '.' - samotný adresář; „...“ je nadřazený adresář.

(Pro kořenový adresář odkazuje rodič sám na sebe.)

Obecně platí, že adresář může mít položky odkazující na stejný i-uzel více než jednou, ale adresář nemůže mít položky se stejným názvem. To znamená, že k obsahu souboru lze přiřadit libovolný počet jmen. To se nazývá vazba. Zavolá se položka adresáře, která odkazuje na jeden soubor sdělení.

Soubory existují nezávisle na položkách adresáře a odkazy na adresář ve skutečnosti ukazují na fyzické soubory. Soubor „zmizí“, když je odstraněn poslední odkaz, který na něj ukazuje.

Chcete-li získat přístup k souboru podle názvu, operační systém

1. najde toto jméno v adresáři obsahujícím soubor,

2. získá číslo i-uzlu souboru,

3. podle čísla najde i-uzel v oblasti i-uzlů,

4. z i-uzlu obdrží adresy bloků, ve kterých se nacházejí data souboru,

5. čte bloky z datové oblasti podle adres bloků.

Struktura diskových oddílů v EXT2 FS

Celý prostor příčky je rozdělen do bloků. Blok může mít velikost 1, 2 nebo 4 kilobajty. Blok je adresovatelná jednotka místa na disku.

Bloky ve své oblasti jsou spojeny do skupin bloků. Skupiny bloků v souborovém systému a bloky ve skupině jsou číslovány postupně od 1. První blok na disku má číslo 1 a patří do skupiny číslo 1. Celkový počet bloků na disku (v diskovém oddílu) je dělitel velikosti disku vyjádřený v sektorech. A počet skupin bloků nemusí dělit počet bloků, protože poslední skupina bloků nemusí být kompletní. Začátek každé skupiny bloků má adresu, kterou lze získat jako ((číslo skupiny - 1)* (počet bloků ve skupině)).

Každá skupina bloků má stejnou strukturu. Jeho struktura je uvedena v tabulce.

První prvek této struktury (superblok) je stejný pro všechny skupiny a všechny ostatní jsou pro každou skupinu individuální. Superblok je uložen v prvním bloku každé skupiny bloků (s výjimkou skupiny 1, která má spouštěcí záznam v prvním bloku). Superblok je výchozím bodem souborového systému. Má velikost 1024 bajtů a je vždy umístěn v offsetu 1024 bajtů od začátku systému souborů. Přítomnost několika kopií superbloku se vysvětluje extrémní důležitostí tohoto prvku souborového systému. Duplikáty Superblock se používají při obnově systému souborů po haváriích.

Informace uložené v superbloku se používají k organizaci přístupu ke zbytku dat na disku. Superblok určuje velikost souborového systému, maximální počet souborů v oddílu, množství volného místa a obsahuje informace o tom, kde hledat nepřidělené oblasti. Při spuštění operačního systému se superblok načte do paměti a všechny změny v souborovém systému se nejprve projeví v kopii superbloku umístěné v operačním systému a na disk se zapisují pouze periodicky. To zlepšuje výkon systému, protože mnoho uživatelů a procesů neustále aktualizuje soubory. Na druhou stranu při vypnutí systému se musí superblok zapsat na disk, což neumožňuje vypnout počítač pouhým vypnutím napájení. Jinak při příštím spuštění nebudou informace zapsané v superbloku odpovídat skutečnému stavu souborového systému.

Za superblokem následuje popis skupiny bloků (Group Descriptors). Tento popis obsahuje:

Adresa bloku obsahujícího bitmapu bloku dané skupiny;

Adresa bloku obsahujícího bitmapu inodů dané skupiny;

Adresa bloku obsahujícího tabulku inodů této skupiny;

Počítadlo počtu volných bloků v této skupině;

Počet volných inodů v této skupině;

Počet inodů v této skupině, které jsou adresáři

a další údaje.

Informace uložené v popisu skupiny se používají k nalezení bitmap bloků a inodů a tabulky inodů.

Souborový systém Ext 2 se vyznačuje:

• hierarchická struktura,
• koordinované zpracování datových polí,
• dynamická přípona souboru,
• ochrana informací v souborech,
• zacházet s periferními zařízeními (jako jsou terminály a páskové jednotky) jako se soubory.

Vnitřní reprezentace souborů

Každý soubor v systému Ext 2 má jedinečný index. Index obsahuje informace, které jakýkoli proces potřebuje k přístupu k souboru. Zpracovává přístup k souborům pomocí dobře definované sady systémových volání a identifikuje soubor pomocí znakového řetězce, který funguje jako název cesty k souboru. Každý složený název jednoznačně identifikuje soubor, díky čemuž jádro systému toto jméno převede na index souboru, který obsahuje tabulku adres, kde se informace o souboru na disku nacházejí. Protože každý blok na disku je adresován svým číslem, tato tabulka ukládá sbírku čísel diskových bloků. Pro zvýšení flexibility připojuje jádro k souboru jeden blok po druhém, což umožňuje, aby byly informace o souboru rozptýleny v systému souborů. Ale takové rozložení komplikuje úkol najít data. Tabulka adres obsahuje seznam čísel bloků obsahujících informace patřící k souboru.

Soubor inody

Každý soubor na disku má odpovídající souborový inode, který je identifikován pořadovým číslem - indexem souboru. To znamená, že počet souborů, které lze vytvořit v systému souborů, je omezen počtem inodů, který je buď explicitně nastaven při vytváření systému souborů, nebo se vypočítá z fyzické velikosti diskového oddílu. Inody existují na disku ve statické formě a jádro je načte do paměti, než s nimi začne pracovat.

Soubor inode obsahuje následující informace:

Katalogy

Adresáře jsou soubory.

Jádro ukládá data do adresáře stejně jako do běžného typu souboru, s použitím indexové struktury a bloků s přímou a nepřímou úrovní adres. Procesy mohou číst data z adresářů stejným způsobem, jakým čtou běžné soubory, ale výhradní přístup pro zápis do adresáře je vyhrazen jádrem, aby bylo zajištěno, že struktura adresářů je správná.).

Když proces používá cestu k souboru, jádro hledá v adresářích odpovídající číslo inodu. Poté, co byl název souboru převeden na číslo inodu, je tento inode umístěn do paměti a poté použit v následujících požadavcích.

Další funkce EXT2 FS

Kromě standardních unixových funkcí poskytuje EXT2fs některé další funkce, které běžně unixové souborové systémy nepodporují.

Atributy souboru vám umožňují změnit, jak jádro reaguje při práci se sadami souborů. Můžete nastavit atributy souboru nebo adresáře. Ve druhém případě soubory vytvořené v tomto adresáři zdědí tyto atributy.

Během připojení systému lze nastavit některé funkce související s atributy souborů. Možnost připojení umožňuje správci zvolit způsob vytváření souborů. Na souborovém systému specifickém pro BSD jsou soubory vytvářeny se stejným ID skupiny jako nadřazený adresář. Funkce System V jsou poněkud složitější. Pokud je nastaven bit setgid adresáře, pak generované soubory zdědí ID skupiny tohoto adresáře a podadresáře zdědí ID skupiny a bit setgid. Jinak jsou soubory a adresáře vytvořeny s ID primární skupiny volajícího procesu.

Systém EXT2fs může využívat synchronní modifikaci dat podobně jako systém BSD. Volba mount umožňuje administrátorovi určit, že všechna data (indexové deskriptory, bitové bloky, nepřímé bloky a adresářové bloky) budou zapsána na disk synchronně, když jsou změněna. Toho lze využít k dosažení vysoké propustnosti zápisu, ale také má za následek špatný výkon. Ve skutečnosti se tato funkce obvykle nepoužívá, protože kromě snížení výkonu může vést ke ztrátě uživatelských dat, která nejsou označena při kontrole souborového systému.

EXT2fs umožňuje zvolit velikost logického bloku při vytváření systému souborů. Může mít velikost 1024, 2048 nebo 4096 bajtů. Použití velkých bloků vede k rychlejším I/O operacím (protože se snižuje počet požadavků na disk) a následně k menšímu pohybu hlav. Na druhou stranu použití velkých bloků vede ke ztrátě místa na disku. Obvykle poslední blok souboru není plně využit pro ukládání informací, takže s rostoucí velikostí bloku roste množství plýtvaného místa na disku.

EXT2fs umožňuje používat zrychlené symbolické odkazy. Při použití takových odkazů se nepoužívají datové bloky systému souborů. Název cílového souboru není uložen v datovém bloku, ale v samotném inodu. Tato struktura umožňuje ušetřit místo na disku a urychlit zpracování symbolických odkazů. Prostor vyhrazený pro rukojeť je samozřejmě omezený, takže ne každý odkaz může být reprezentován jako zrychlený odkaz. Maximální délka názvu souboru ve zrychleném odkazu je 60 znaků. V blízké budoucnosti se plánuje rozšíření tohoto schématu pro malé soubory.

EXT2fs monitoruje stav systému souborů. Jádro používá samostatné pole v superbloku k označení stavu systému souborů. Pokud je souborový systém připojen v režimu čtení/zápisu, pak je jeho stav nastaven na "Not Clean". Pokud je odpojen nebo znovu připojen v režimu pouze pro čtení, pak je jeho stav nastaven na "Čistý". Během spouštění systému a kontrol stavu systému souborů se tyto informace používají k určení, zda je potřeba kontrola systému souborů. Jádro do tohoto pole také umísťuje některé chyby. Když jádro detekuje nekonzistenci, je souborový systém označen jako "chybný". Kontrola systému souborů testuje tyto informace, aby zkontroloval systém, i když je jeho stav ve skutečnosti "Čistý".

Ignorování testování souborového systému po dlouhou dobu může někdy vést k určitým potížím, takže EXT2fs obsahuje dvě metody pro pravidelnou kontrolu systému. Superblok obsahuje počítadlo systémových montáží. Tento čítač se zvýší pokaždé, když je systém připojen v režimu čtení/zápisu. Pokud jeho hodnota dosáhne maximální hodnoty (je také uložena v superbloku), pak testovací rutina souborového systému spustí kontrolu souborového systému, i když je jeho stav "Čistý". V superbloku je také uložen čas poslední kontroly a maximální interval mezi kontrolami. Po dosažení maximálního intervalu mezi kontrolami je stav souborového systému ignorován a je zahájena jeho kontrola.

Optimalizace výkonu

Systém EXT2fs obsahuje mnoho funkcí, které optimalizují jeho výkon, což vede ke zvýšení rychlosti výměny informací při čtení a zápisu souborů.

EXT2fs intenzivně využívá vyrovnávací paměť disku. Když je potřeba přečíst blok, jádro vydá I/O požadavek na několik souvislých bloků. Jádro se tedy snaží ujistit, že další blok ke čtení již byl načten do vyrovnávací paměti disku. Takové operace se obvykle provádějí při sekvenčním čtení souborů.

Systém EXT2fs obsahuje také velké množství optimalizací rozvržení informací. Skupiny bloků se používají k seskupování odpovídajících inodů a datových bloků. Jádro se vždy snaží umístit datové bloky jednoho souboru do stejné skupiny, stejně jako jeho deskriptor. To má omezit pohyb hlav měniče při čtení deskriptoru a jeho odpovídajících datových bloků.

Při zápisu dat do souboru EXT2fs předem přidělí až 8 souvislých bloků při umístění nového bloku. Tato metoda umožňuje dosáhnout vysokého výkonu při velkém zatížení systému. Umožňuje také alokovat souvislé bloky pro soubory, což urychluje jejich následné čtení.