Файловая система логического диска

Файловая система логического диска

Фа́йловая систе́ма (англ. file system ) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов (и каталогов), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же как и о том, на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше) [1] . Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Содержание

Иерархия каталогов [ править | править код ]

Практически всегда файлы на дисках объединяются в каталоги.

В простейшем случае все файлы на данном диске хранятся в одном каталоге. Такая одноуровневая схема использовалась в CP/M и в первой версии MS-DOS 1.0. Иерархическая файловая система со вложенными друг в друга каталогами впервые появилась в Multics, затем в UNIX.

Каталоги на разных дисках могут образовывать несколько отдельных деревьев, как в DOS/Windows, или же объединяться в одно дерево, общее для всех дисков, как в UNIX-подобных системах.

В UNIX существует только один корневой каталог, а все остальные файлы и каталоги вложены в него. Чтобы получить доступ к файлам и каталогам на каком-нибудь диске, необходимо смонтировать этот диск командой mount . Например, чтобы открыть файлы на CD, нужно, говоря простым языком, сказать операционной системе: «возьми файловую систему на этом компакт-диске и покажи её в каталоге /mnt/cdrom ». Все файлы и каталоги, находящиеся на CD, появятся в этом каталоге /mnt/cdrom , который называется точкой монтирования (англ. mount point ). [2] В большинстве UNIX-подобных систем съёмные диски (дискеты и CD), флеш-накопители и другие внешние устройства хранения данных монтируют в каталог /mnt , /mount или /media . Unix и UNIX-подобные операционные системы также позволяют автоматически монтировать диски при загрузке операционной системы.

Обратите внимание на использование слешей в файловых системах Windows, UNIX и UNIX-подобных операционных системах (в Windows используется обратный слеш «», а в UNIX и UNIX-подобных операционных системах — простой слеш «/»)

Кроме того, следует отметить, что вышеописанная система позволяет монтировать не только файловые системы физических устройств, но и отдельные каталоги (параметр —bind) или, например, образ ISO (опция loop). Такие надстройки, как FUSE, позволяют также монтировать, например, целый каталог на FTP и ещё очень большое количество различных ресурсов.

Ещё более сложная структура применяется в NTFS и HFS. В этих файловых системах каждый файл представляет собой набор атрибутов. Атрибутами считаются не только традиционные только для чтения , системный , но и имя файла, размер и даже содержимое. Таким образом, для NTFS и HFS то, что хранится в файле, — это всего лишь один из его атрибутов.

Если следовать этой логике, один файл может иметь несколько вариантов содержимого [ источник не указан 541 день ] . Таким образом, в одном файле можно хранить несколько версий одного документа, а также дополнительные данные (значок файла, связанная с файлом программа). Такая организация типична для HFS на Macintosh.

Классификация файловых систем [ править | править код ]

По предназначению файловые системы можно классифицировать на нижеследующие категории.

  • Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в несколько раз медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например, в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates — в BSD системах.
  • Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.
  • Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, HFS, UDF и др.
  • Виртуальные файловые системы: AEFS и др.
  • Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.
  • Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS, exFAT.
  • Немного выпадают из общей классификации специализированные файловые системы: ZFS (собственно файловой системой является только часть ZFS), VMware VMFS[en] (т. н. кластерная файловая система, которая предназначена для хранения других файловых систем) и др.
Читайте также:  Wifi сервер для дома

Задачи файловой системы [ править | править код ]

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

  • именование файлов;
  • программный интерфейс работы с файлами для приложений;
  • отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
  • организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
  • содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

В многопользовательских системах появляется ещё одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру, при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

Жесткий диск компьютера (винчестер) является одним из самых сложных, хрупких и дорогих устройств компьютера. Говоря о его стоимости, прежде всего, имеется ввиду не цена самого устройства, а ущерб от его утраты (информация, записанная на жестком диске почти всегда дороже самого устройства).

Жесткий диск – единственное логическое устройство, которое является механическим, то есть имеет движущиеся части. Существует мнение о том, что пора бы отходить от этой идеологии и внедрять полностью электронные устройства хранения. Однако, этого пока не происходит, и на то есть несколько причин. Во-первых, способ организации хранения и доступа к данным в жестких дисках уже внедрен, и ненужно ничего изобретать заново. Во-вторых, механическая идеология практически не накладывает ограничения на количество записываемой информации [7] .

Самым главным недостатком жесткого диска является его хрупкость, что зачастую является критическим фактором. Во-вторых, механические детали предоставляют конечное, весьма длительное время доступа к хранимой информации, измеряемое в миллисекундном диапазоне, что связано с самой особенностью доступа к данным на жестком диске (магнитная головка должна считать данные на заданной области, а для этого ее необходимо позиционировать над этой областью, на перемещения уходит время).

Кластеры и секторы

В предыдущем параграфе говорилось о том, что каждый файл, хранящийся на жестком диске, имеет свой собственный логический адрес. Начинается этот адрес с латинской буквы, обозначающий устройство. Заметим, что один физический жесткий диск может содержать несколько логических жестких дисков, при этом каждое логическое устройство живет как бы «своей жизнью». Каждый логический диск будет иметь свою букву.

Очевидно, что на жестком диске файлы и папки хранятся совершенно не так, как мы это видим на экране. На экране монитора, открыв одну из папок, мы видим ее содержимое. Открыв следующую из представленных папок, мы видим ее содержимое и т.д. Жесткий диск не предоставляет возможности «что-нибудь открывать», чтобы увидеть его содержимое, поскольку физически диск это и есть диск.

Физически жесткий диск – несколько стеклянных или пластиковых пластин, покрытых с двух сторон ферромагнитным слоем. Компьютер, как известно, работает только с дискретными данными, поэтому всю поверхность следует разделить на участки. Схематично, поверхность диска разделена диаметрами, образующими геометрические сектора, и концентрическими окружностями. Схематично это выглядит следующим образом:

Круг, который ограничивает каждая из концентрических окружностей называется цилиндром. Кольцо, образованное двумя ближайшими концентрическими окружностями называют дорожкой. Пересечение дорожки и геометрического сектора называется сектором (как это ни странно). [8] В дальнейшем будем использовать термин «сектор», обозначая именно данное пересечение.

Таким образом можно указать адрес для каждого сектора, используя порядковый номер цилиндра и геометрического сектора, то есть произвести форматирование дискового пространства. Такое форматирование пластины диска называется форматированием низкого уровня и выполняется на заводе.

Сектор – минимальный физический объем диска, который может быть занят данными. Обычно эта величина в 512 байт. Интересно, что сектора, находящиеся ближе к центру, и сектора, находящиеся ближе к краю, хотя и различаются по площади, но имеют одинаковый объем. 512 байт – очень маленькая величина и запоминать адрес каждого сектора было бы слишком нерационально для дисков, имеющих объем в гигабайтных диапазонах. Поэтому при логической разметке жесткого диска на нем создаются более крупные логические участки – кластеры,объединяющие несколько секторов. Размер кластера зависит от объема жесткого диска, но может меняться пользователем при форматировании по своему усмотрению.

Следует помнить, что при большом размере кластера остаются т.н. «хвосты», то есть частично заполненные кластеры. Например, если файл состоит из 10 кластеров, то 9 из них заполнены полностью, а десятый записан всего лишь на половину, то все равно весь кластер считается заполненным. Именно из-за таких «хвостов» занимаемое файлом место на диске бывает больше, чем реальный размер файла.

С другой стороны, малый размер кластера приводит к большей фрагментацииданных, что снижает скорость обмена данными с жестким диском.

Записывая информацию на жесткий диск, компьютер не обязательно записывает весь файл целиком на соседние сектора. Напротив, запись происходит на любое свободное место на диске. Любой файл будет записан в любое свободное место, причем необязательно в свободное место должен помещаться весь файл. Файл будет разделен на несколько частей и записан на разные части жесткого диска – туда, где есть свободное место. Почему происходит именно так, очевидно, ведь при работе с компьютером некоторая информация удаляется, другая записывается. Любое освобожденное место должно быть пригодно для дальнейшей записи, даже самое маленькое. Это приводит к неизбежному побочному эффекту, называемому фрагментацией – явлении, при котором файл разбивается на множество отстоящих друг от друга частей – фрагментов. При чтении файла с диска его необходимо сначала собрать воедино, то есть прочесть все эти части. То есть, головке жесткого диска необходимо пробежаться по всем этим частям. Это приводит к значительной трате времени с одной стороны, и к преждевременному износу устройства с другой.

Читайте также:  Почему виндовс не удается завершить форматирование флешки

Для снижения побочных эффектов рекомендуется регулярно проводить дефрагментацию жесткого диска – сбор фрагментов каждого файла в одну область на жестком диске. В зависимости от интенсивности работы с жестким диском (частом удалении и записи) дефрагментацию рекомендуется проводить один раз в 2-6 месяцев.

Каким же образом секторы и кластеры превращаются в удобные для нас файлы и папки? Вопрос сводится только в сопоставлении физического адреса файла его логическому адресу. Эта роль отводится файловой системе. Файловая система– таблица, в которой логическому адресу файла ставится в соответствие его физический адрес. Напомним,

логический адрес файла – адрес файла в иерархической цепочке каталогов,

физический адрес файла – набор адресов кластеров, которые содержат фрагменты данного файла.

Таблица – это условное понятие, какой файловая система предстала бы для человека. На самом деле это тоже набор из нулей и единиц, располагающийся в центре жесткого диска. Файловая система имеет свой дубликат, который располагается также в центре диска для файловой системы FAT32 и в центре диска для файловой системы NTFS. Потерять файловую систему равносильно потере всей информации, хранящейся на жестком диске, ведь без нее любые данные – просто набор нулей и единиц.

Манипуляции с файлами тоже происходят в файловой системе. То есть, при перемещении данных из одной папки в другую не следует удалять эти данные с одного места на диске, чтобы затем записать в другое. Достаточно в файловой системе для определенного файла просто переписать его логический адрес (это не относится к перемещению данных с одного устройства на другое или с одного логического диска на другой). При удалении файла нет необходимости физически удалять файл, достаточно в поле имени файла заменить первую букву файла значком «$», что означает, что физические адреса, указанные в данной строке, свободны и на них можно записывать. Отсюда можно сделать вывод: удаленные с компьютера данные можно вернуть, если после удаления не происходила запись новых данных и не проводилась дефрагментация. Достаточно в файловой системе значок «$» заменить на любую букву. Существует огромное множество программ, которые позволяют это сделать, нет смысла их перечислять. Такие программы легко найти по ключевому слову «undelete» в названии.

Наиболее распространенные на сегодняшний день операционные системы NTFS и FAT32. Первая практически по всем показателям превосходит вторую, поэтому ее можно было бы рекомендовать, если бы не одно важное замечание – операционные системы, не принадлежащие семейству NT (Windows 98, Windows Me, DOS), не видят диски, отформатированные в файловой системе NTFS. Для этих ОС таких дисков просто не существует. Казалось бы, эти операционные системы уже устарели и редко где используются, но очень часто при сбое системы приходится ее восстанавливать именно с помощью MS DOS. Если системный раздел был отформатирован в NTFS, то восстановление может быть весьма затруднительно.

Некоторые возможности файловой системы NTFS

Файловая система NTFS предоставляет целый комплекс дополнительных возможностей, которые в FAT32 предоставляются только с помощью специальных программ.

Квотирование дискового пространства.Позволяет накладывать ограничения для некоторых пользователей на использование дискового пространства. Администратор задает пользователю то количество информации, которое он может использовать на определенном диске. После того, как пользователь превысил этот лимит, пользователю либо выдается сообщение о превышении, либо запись на диск просто невозможна.

Сжатие файлов и папок.Позволяет работать с архивированными файлами, как с обычными. Архивированные данные помечаются синим шрифтом.

Шифрование файлов и папок.Позволяет ограничивать чтение и копирование защищенных файлов.

Ограничение доступа к ресурсам.Позволяет некоторых пользователей отключать от доступа к некоторым папкам. Причем отказано в доступе может быть полностью, а может частично, например, пользователю можно производить только чтение.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Рано или поздно начинающий пользователь компьютера сталкивается с таким понятием, как файловая система (ФС). Как правило, впервые знакомство с данным термином происходит при форматировании носителя информации: логические диски винчестера и подключаемые носители (флешки, карты памяти, внешний жесткий диск).

Перед форматированием операционная система Windows предлагает выбрать вид файловой системы на носителе, размер кластера, способ форматирования (быстрое или полное). Давайте разберемся, что же такое файловая система и для чего она нужна?

Что такое файловая система?

Вся информация записывается на носитель в виде файлов, которые должны располагаться в определенном порядке, иначе операционная система и программы не смогут оперировать с данными. Этот порядок и организует файловая система с помощью определенных алгоритмов и правил размещения файлов на носителе.

Когда программе требуется файл, записанный на диске, ей нет необходимости знать, как и где он хранится. Все, что от программы требуется – это знать имя файла, его размер и атрибуты, чтобы передать эти данные файловой системе, которая обеспечит доступ к нужному файлу. То же самое происходит и при записи данных на носитель: программа передает информацию о файле (имя, размер, атрибуты) файловой системе, которая сохраняет его по своим определенным правилам.

Читайте также:  Ютуб гейминг официальный сайт

Для лучшего понимания представьте библиотекаря, который выдает клиенту книгу по ее названию. Или в обратном порядке: клиент сдает прочитанную книгу библиотекарю, который размещает ее обратно на хранение. Клиенту совсем нет необходимости знать, где и как хранится книга, это обязанность служащего заведения. Библиотекарь знает правила каталогизации библиотеки и согласно этим правилам разыскивает издание или размещает его обратно, т.е. выполняет свои служебные функции. В данном примере библиотека – это носитель информации, библиотекарь – файловая система, клиент – программа.

Основные функции файловой системы

Основными функциями файловой системы являются:

  • размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
  • определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
  • создание, чтение и удаление файлов;
  • назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
  • определение структуры файла;
  • поиск файлов;
  • организация каталогов для логической организации файлов;
  • защита файлов при системном сбое;
  • защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого.

к оглавлению ↑

Организация информации в файловой системе

Информация, записываемая на жесткий диск или любой другой носитель, размещается в нем на основе кластерной организации. Кластер представляют собой своего рода ячейку определенного размера, в которую помещается весь файл или его часть.

Если файл имеет размер кластера, то он занимает только один кластер. Если размер файла превышает размер ячейки, то он размещается в нескольких ячейках-кластерах. Причем свободные кластеры могут находиться не рядом с другом, а быть разбросанными по физической поверхности диска. Такая система позволяет наиболее рационально использовать место при хранении файлов. Задача файловой системы — разложить файл при записи по свободным кластерам оптимальным образом, а также собрать его при чтении и выдать программе или операционной системе.

Виды файловых систем

В процессе эволюции компьютеров, носителей информации и операционных систем возникало и пропадало большое количество файловых систем. В процессе такого эволюционного отбора, на сегодня для работы с жесткими дисками и внешними накопителями (флешки, карты памяти, внешние винчестеры, компакт диски) в основном используются следующие виды ФС:

Последние две системы предназначены для работы с компакт дисками. Файловые системы Ext3 и Ext4 работают с операционными системами на основе Linux. NFS Plus – это ФС для операционных систем OS X, используемых в компьютерах фирмы Apple.

Файловые системы NTFS и FAT32

Самое большое распространение получили файловые системы NTFS и FAT32 и это не удивительно, т.к. они предназначены для операционных систем Windows, под управлением которых работает подавляющее большинство компьютеров в мире.

Сейчас FAT32 активно вытесняется более продвинутой системой NTFS по причине ее большей надежности к сохранности и защите данных. К тому же последние версии ОС Windows просто не дадут себя установить, если раздел жесткого диска будет отформатирован в FAT32. Программа установки потребует отформатировать раздел в NTFS.

Файловая система NTFS поддерживает работу с дисками объемом в сотни терабайт и размером одного файла до 16 терабайт.

Файловая система FAT32 поддерживает диски до 8 терабайт и размер одного файла до 4Гб. Чаще всего данную ФС используют на флешках и картах памяти. Именно в FAT32 форматируют внешние накопители на заводе.

Однако ограничение на размер файла в 4Гб на сегодня уже является большим минусом, т.к. в связи с распространением высококачественного видео, размер файла с фильмом будет превышать это ограничение и его будет невозможно записать на носитель.

Поделиться.

Еще по теме:

  • Как выделить файлы и папки Выделение файлов и папок в операционной системе – одна из самых распространенных операций. Необходимость в данной операции возникает при копировании, перемещении, архивировании, удалении […]
  • Архивация файлов средствами Windows Чтобы уменьшить размеры файла или всех файлов, находящихся в папке, их можно сжать или по-другому – архивировать. Обычно эта методика применяется в тех случаях, когда файлы пересылаются по […]
  • Что такое буфер обмена? Практически все компьютерные чайники, сталкиваясь с понятием «буфер обмена» с трудом понимают, что это такое и какая от него польза. Услышанные от более продвинутых пользователей такие […]
  • Доступ к недавно открывавшимся файлам и папкам Если нужно найти файл, открыть его и продолжить работу с недавно открывавшимся файлом, воспользуйтесь возможностью быстрого доступа, предоставляемой Windows. Откройте меню кнопки «Пуск» и […]
  • Организация данных в Windows Грамотная организация данных заключается в упорядочение файлов путем их хранения в отдельных папках. В Windows файлы и папки упорядочиваются определенным образом. С помощью заранее […]

Один комментарий

Пример с библиотекой помог вникнуть в суть, но с основными функциями опять поплыл. Может 61 летнему чайнику они не нужны наверно?

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector