3.3 Управление файловой структурой
Файловая система – общая структура, определяющая в операционной системе наименование, сохранение и размещение файлов, а также включающая правила образования имен файлов и способов обращения к ним, иерархическую систему оглавления файлов и структуру хранения файлов на диске.
Различными типами файловых систем являются системы:
- FAT (файловая система, используемая MS-DOS и операционными системами семейства Windows для упорядочения файлов и управления ими). FAT – file allocation table – таблица размещения файлов – представляет собой структуру данных, создаваемую Windows при форматировании тома для файловых систем FAT или FAT32. Windows хранит в таблице размещения файлов сведения о каждом файле в виде цепочки номеров (кластеров – минимальных единиц хранения данных файла), чтобы при необходимости можно было извлечь нужный файл.
- FAT32 (файловая система, производная системы FAT). FAT32 поддерживает меньшие размеры кластеров, что позволяет более эффективно использовать дисковое пространство.
- NTFS (улучшенная файловая система, обеспечивающая уровень быстродействия и безопасности, а также дополнительные возможности, недоступные ни в одной версии файловой системы FAT). Например, для обеспечения целостности данных тома в файловой системе NTFS используются стандартные технологии записи и восстановления транзакций. В случае сбоя компьютера целостность файловой системы восстанавливается с помощью файла журнала NTFS и данных о контрольных точках. В операционных системах Windows 2000 и Windows XP файловая система NTFS также обеспечивает дополнительные возможности, например, разрешения (разделение прав доступа) для файлов и папок, шифрование, дисковые квоты и сжатие.
Управление файловой структурой в ОС Windows осуществляется с помощью специальной программы Проводник или специализированных программ файловых менеджеров (Far , Windows Commander).
Функции ОС по обслуживанию файловой структуры
Лекция 4.3. Обслуживание файловой структуры
Повышение надежности
Повышение надежности и качества управления
Повышение надежности обеспечивают как новые, так и модернизированные старые служебные программы, которые выполняют: проверку системных файлов, очистку и проверку диска, автоматическое техническое обслуживание, проверку реестра, архивацию данных и др.
Появилась возможность поддержки нескольких мониторов для расширения рабочего стола, выполнение разных программ на разных мониторах, а также возможность выполнения многоэкранных программ или игр.
Работа с Windows облегчается за счет таких средств управления, как запуск одним щелчком, выделение значков, кнопки «Вперед» и «Назад» и удобного для настройки Главного меню.
Компьютер, оснащенный операционной системой Windows, может работать круглосуточно, выполняя многие функции самостоятельно:
Почистить жесткие диски и удалить с них накопившийся за день «мусор»;
Проверить состояние жестких дисков и устранить иеющиеся дефекты файловой структуры;
Выполнить резервное копирование важнейшей информации;
Проверить состояние сжатого тома, провести его переупаковку, повысить степень сжатия редко используемых данных и программ;
Обслужить жесткие диски и провести дефрагментацию таким образом, чтобы файлы, последовательно загружающиеся при запуске программ, располагались на диске в порядке их вызова и др.
Система Windows 98 и последующие версии более производительны по сравнению с предшествующими операционными системами (включая Windows 95). Это обеспечивается благодаря тому, что файловая система FAT-32 позволяет более рационально по сравнению с системой FAT-16 использовать диски. На дисках FAT-32 формируются кластеры меньших размеров, чем на дисках FAT-16, в результате чего повышается эффективность использования диска. В состав Windows 98 (и последующих версий) включена специальная программа, которая позволяет быстро и безопасно преобразовать на диске файловую систему FAT-16 в файловую систему FAT-32.
Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры. Все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:
- Создание файлов и присвоение им имен;
- Создание каталогов (папок) и присвоение им имен;
- Переименование файлов и каталогов (папок);
- Копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами (папками) одного диска;
- Удаление файлов и каталогов;
- Навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке);
- Управление атрибутами файлов.
Файловая структура операционной системы. Операции с файлами.
Закодированная информация хранится в ПК на магнитных дисках.
Имена дисков обозначаются латинскими буквами с двоеточием: А:, B: – гибкие магнитные диски (дискеты), C:, D:, … – разделы жесткого диска. Количество разделов жесткого диска и объем памяти каждого из них задаются при первоначальной инсталляции ПК в зависимости от потребностей пользователя. За разделами жесткого диска следуют компакт-диски (CD, DVD), флэш-накопители.
Файл — это определенное количество информации (программа, обычный текст, массив данных и т. д.), имеющее имя и хранящееся в долговременной (внешней) памяти.
Название файла состоит из двух частей: собственно имя файла и тип (расширение имени), которые при написании разделяются точкой, например, command.com или отчет.doc. Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании.
Резервная копия файла
.bmp, .gif, .jpg, .png, .pds
.wav, .mp3, .midi, .kar, .ogg
Код (текст) программы на языках программирования
При выполнении операций с группой файлов можно задать шаблон (маску) имени, в котором символ «*» обозначает любое количество любых символов, знак «?» – один символ или его отсутствие (в конце имени), например:
lab*.rar – все файлы, имя которых начинается на lab, имеющие расширение rar (lab.rar, lab3.rar, lab-25.rar, laboratory.rar и др.);
год_200?.doc – все файлы, имена которых строго соответствуют указанному обозначению за исключением того, что на месте вопросительного знака находится любой символ.
Файлы регистрируются в каталогах (папках).
Иерархическая структура, в виде которой операционная система отображает файлы и папки, называется файловой структурой. Она напоминает обычную библиотеку, в которой книги (файлы) систематизированы по тематическим разделам и подразделам (каталогам и подкаталогам).
Простое, полное и относительное имя файла
Простое имя идентифицирует файл в пределах каталога, в котором файл непосредственно размещен.
Путь к файлу – последовательность имен каталогов, разделенных знаком слэш (прямым или обратным, в зависимости от ОС), начиная с имени текущего каталога и до каталога, в котором находится файл.
Полное имя файла в дереве каталогов – путь от корня к файлу с приписанным через слэш простым именем файла. Если деревья расположены на разных логических дисках, то в полное имя в общем случае включается имя дисковода; в противном случае подразумевается текущий дисковод.
Это означает, что для доступа к файлу Группа 46а.doc нужно выбрать диск D, а затем последовательно открыть папки, перечисленные в пути доступа.
Если в некоторой команде указано полное имя файла, то он доступен из любого каталога.
Если путь не указан, то подразумевается текущий каталог. При таком указании имени файлы одного каталога недоступны из другого.
Относительное имя файла – путь от текущего каталога к файлу с приписанным через слэш простым именем файла.
Процесс обеспечения доступа к файлам и папкам и их содержимому называется навигацией по файловой структуре.
Порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в ПК, называется файловой системой.
Файловая система является частью ОС и включает в себя:
– совокупность всех файлов на диске,
– структуры данных, используемых для управления файлами (каталоги, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,
– комплекс системных программ для управления файлами (создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск файлов и др. операции).
К современным файловым системам предъявляют дополнительные требования: возможность шифрования файлов, разграничение доступа для файлов и др. Обычно файловая система записана в начале жесткого диска.
Файловая система определяет формат физического хранения информации (файлов).
При форматировании диска на нем размечаются дорожки и сектора. Пространство для размещения файлов выделяется отдельными блоками смежных секторов на диске – кластерами.
В разных файловых системах кластеры имеют разный размер. Размер кластера (количество секторов в кластере) кратен степени двойки. Минимальный размер кластера – 512 байт, максимальный – 64 Кб.
Файл может занимать один или несколько кластеров, в том числе и несмежные кластеры. Части файла могут быть разбросаны по диску, что снижает скорость доступа к нему. Для более эффективного доступа к данным файла следует стремиться, чтобы он занимал соседние кластеры. Для этого используют специальные программы дефрагментации диска.
Один кластер хранит данные только одного файла. Для хранения файла отводится целое число кластеров (минимум один), так что, например, если размер файла составляет 40 байт, а размер кластера 4 кбайт, реально занят информацией файла будет лишь 1 % отведенного для него места. Для избежания подобных ситуаций целесообразно уменьшать размер кластеров, а для сокращения объёма адресной информации и повышения скорости файловых операций — наоборот.
Для жестких дисков в ПК в данный момент наиболее распространены две файловые системы: FAT и NTFS.
Файловая система в виде FAT – от англ. File Allocation Table — «таблица размещения файлов» была разработана Биллом Гейтсом и Марком МакДональдом (англ.) в 1977 г.
FAT (версии отличаются количеством бит для хранения номера кластера):
FAT16 – для дисков малого объема (размер тома – до 4 Гб), для номера кластера – 16 бит, 1987 г., имена 8.3;
FAT32 – для номера кластера – 32 бит, размер тома – до 128 Гб, размер файла – до 4 Гб, 1996 г., Windows 95, длинные имена (до 255);
exFAT (от англ. Extended FAT – «расширенная FAT») – проприетарная, для флэш-накопителей, можно файлы > 4 Гб.
Кол-во кластеров: 65524 → FAT32
Размеры кластеров по умолчанию для FAT16 и FAT32
Для томов > 32 Гб рекомендуется NTFS.
NTFS (от англ. New Technology File System) – Файловая Система Новой Технологии), 1993 г.
Размер кластера – 4 Кб, размер тома – до 264 байт,
быстродействие, надежность, сжатие и шифрование файлов, разграничение доступа, квотирование, журналирование и др.
NTFS – стандартная файловая система для Microsoft Windows NT, рекомендуется для Windows 7.
Основные особенности NTFS: встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей, а также назначать квоты (ограничения на максимальный объём дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями), использование системы журналирования для повышения надёжности файловой системы.