Функции и классификация файловых систем

 

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ  УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«САНКТ – ПЕТЕРБУРГСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

УНИВЕРСИТЕТ СЕРВИСА И  ЭКОНОМИКИ»

Кафедра «Информатики»

 

 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ИНФОРМАТИКА»

на тему: «Функции и классификация файловых систем»

 

 

 

 

 

 

 

 
 

 

 

 

 

 

Выполнил: 
Студент  
1-го курса специальности

ИТиМЭО 
Иванов Иван Иванович 
Проверил(а):  

 

 

 

Санкт – Петербург

2013

Оглавление

I. Функции и классификация файловых систем 2

Функции файловой системы и иерархия данных 2

Файловая система FAT 2

Файловые системы VFAT и FAT32 2

Файловая система NTFS 2

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 2

 

 

1. Функции и классификация файловых систем

 

 

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами. Все современные операционные системы используют файлы и соответствующее программное обеспечение для работы с ними.

В широком смысле понятие файловая система включает:

• совокупность всех файлов на диске,
• наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,
• комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Существует большое количество файловых систем, созданных для разных устройств внешней памяти и разных операционных систем. В них используются разные принципы размещения данных на носителе. Это системы FAT, FAT32 и NTFS.

 

 Функции файловой системы и иерархия данных

Напомним, что под файлом обычно понимают именованный набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для управления этими данными создаются соответствующие файловые системы. Файловая система предоставляет возможность иметь дело с логическим уровнем структуры данных и операций, выполняемых над данными в процессе их обработки. Специальное системное программное обеспечение, реализующее работу с файлами по принятым спецификациям файловой системы, часто называют системой управления файлами. Именно системы управления файлами отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используются файлами. Назначение системы управления файлами - предоставление более удобного доступа к данным, организованным как файлы, то есть вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной нам записи используется логический доступ с указанием имени файла и записи в нем.

Очевидно, что система управления файлами, будучи компонентом операционной системы, не является независимой от нее, поскольку активно использует соответствующие вызовы API. С другой стороны, системы управления файлами сами дополняют API новыми вызовами.

Информация, с которой работает человек, обычно структурирована. Это, прежде всего, позволяет более эффективно организовать хранение данных, облегчает  их поиск, предоставляет дополнительные возможности в именовании. Аналогично, и при работе с файлами желательно ввести механизмы структурирования. Проще всего организовать иерархические  отношения. Для этого достаточно ввести понятие каталога (directory). Каталог содержит информацию о данных, организованных в виде файлов. Другими словами, в каталоге должны содержаться дескрипторы файлов. Если файлы организованы на блочном устройстве, то именно с помощью каталога система управления файлами будет находить адреса тех блоков, в которых размещены искомые данные. Причем очевидно, что каталогом может быть не только специальная системная информационная структура, которую часто называют корневым каталогом, но и сам файл. Такой файл-каталог (подкаталог – subdirectory) должен иметь специальное системное значение. Если файл-каталог содержит информацию о других файлах, то поскольку среди них также могут быть файлы-каталоги, мы получаем возможность строить почти ничем не ограниченную иерархию.

Файловая система FAT

Файловая система FAT (File Allocation Table - таблица размещения файлов) получила свое название благодаря простой таблице, в которой указываются:

• непосредственно адресуемые участки логического диска, отведенные для размещения в них файлов или их фрагментов;
• свободные области дискового пространства;
• дефектные области диска (эти области содержат дефектные участки и не гарантируют чтение и запись данных без ошибок).

В файловой системе FAT дисковое пространство любого логического диска делится на две области (рис. 1): системную область и область данных.

 

 

  

 

 

  

 

Рис. 1. Структура логического диска в FAT 

 

Системная область логического  диска создается и инициализируется при форматировании, а в последующем  обновляется при работе с файловой структурой. Область данных логического  диска содержит обычные файлы  и файлы-каталоги; эти объект образуют иерархию, подчиненную корневому  каталогу. Область данных, в отличие  от системной области, доступна через  пользовательский интерфейс операционной системы. Системная область состоит  из следующих компонентов (расположенных  в логическом адресном пространстве друг за другом):

• загрузочной записи (Boot Record, BR);
• зарезервированных секторов (Reserved Sectors, ResSec);
• таблицы размещения файлов (File Allocation Table, FAT);
• корневого каталога (Root Directory, RDir). 

Файловые системы VFAT и FAT32

Одной из важнейших характеристик  исходной файловой системы FAT было использование имен файлов формата 8.3. К стандартной системе FAT (имеется ввиду прежде всего реализация FAT16) добавились еще две разновидности, используемые в широко распространенных ОС от Microsoft (конкретно - в Windows 95 и Windows NT): VFAT (виртуальная система FAT) и система FAT32,используемая в редакциях ОС Windows 95, Windows 98, Windows Millennium Edition, Windows 2000 и WindowsXP. Имеются реализации FAT32 и для Windows NT, и для Linux.

Основными недостатками файловых систем FAT и VFAT, которые привели к разработке новой реализации файловой системы, основанной на той же идее (таблице размещения файлов), являются большие потери на кластеризацию при больших размерах логического диска и ограничения на сам размер логического диска. Поэтому в Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2 на смену системе VFAT пришла файловая система FAT32, которая является полностью самостоятельной 32-разрядной файловой системой и содержит многочисленные усовершенствования и дополнения по сравнению с предыдущими реализациями FAT. Самое принципиальное отличие заключается в том, что FAT32 намного эффективнее расходует дисковое пространство.

Файловая система NTFS

В название файловой системы NTFS (New Technology File System - файловая система новой технологии) входят слова «новая технология». Действительно, файловая система NTFS по сравнению с широко известными FAT16 и FAT32 содержит ряд значительных усовершенствований и изменений. С точки зрения пользователей файлы по-прежнему хранятся в каталогах, ныне при работе в среде Windows часто называемых папками (folders). Однако в ней появилось много новых особенностей и возможностей. 

Основные  возможности файловой системы NTFS

При проектировании NTFS особое внимание было уделено надежности, механизмам ограничения доступа к файлам и каталогам, расширенной функциональности, поддержке дисков большого объема. Она уже достаточно хорошо проявляет себя при работе с томами объемом 300-400 Мбайт и выше. Чем больше объем диска и чем больше на нем файлов, тем больший выигрыш мы получаем, используя NTFS вместо FAT16 илиFAT32.

Надежность

Высокопроизводительные компьютеры и системы совместного использования  должны обладать повышенной надежностью, которая является ключевым элементом структуры и функционирования NTFS. Система NTFS обладает определенными средствами самовосстановления. Она поддерживает различные механизмы проверки целостности системы, включая ведение журналов транзакций, позволяющих воспроизвести файловые операции записи по специальному системному журналу. При протоколировании файловых операций система управления файлами фиксирует в специальном служебном файле (журнале) происходящие изменения. Поскольку NTFS разрабатывалась как файловая система для серверов, для которых очень важно обеспечить бесперебойную работу без перезагрузок, в ней, для повышения надежности был введен механизм аварийной замены дефектных секторов резервными.

Ограничения доступа к файлам и каталогам

Система NTFS обеспечивает безопасность на уровне файлов и каталогов. Это означает, что разрешения доступа к томам, каталогам и файлам могут зависеть от учетной записи пользователя и тех групп, к которым он принадлежит. Каждый раз, когда пользователь обращается к объекту файловой системы, его разрешения на доступ проверяются по уже упоминавшемуся списку управления доступом (ACL) для данного объекта. Эта модель безопасности применяется как при локальной регистрации пользователей на компьютерах с Windows NT, так и при удаленных сетевых запросах.

Расширенная функциональность

Система NTFS проектировалась с учетом возможного расширения. В ней были воплощены многие дополнительные возможности - повышенная отказоустойчивость, эмуляция других файловых систем, мощная модель безопасности, параллельная обработка потоков данных и создание файловых атрибутов, определяемых пользователем. Эта система также позволяет сжимать как отдельные файлы, так и целые каталоги. 

Разрешения NTFS

Разрешения NTFS (NTFS permissions) - это набор специальных расширенных атрибутов файла или каталога (папки), заданных для ограничения доступа пользователей к этим объектам. Они имеются только на томах, где установлена файловая система NTFS. Разрешения обеспечивают гибкую защиту, так как их можно применять и к каталогам, и к отдельным файлам; они распространяются как на локальных пользователей (работающих на компьютерах, где находятся защищенные папки и файлы), так и на пользователей, подключающихся к ресурсам по сети. Разрешения NTFS обеспечивают высокую избирательность защиты: для каждого файла в папке можно установить свои разрешения.

Каждый файловый объект имеет так  называемую маску доступа (access mask). Маска доступа включает стандартные (standard), специфичные (specific) и родовые (generic) права доступа.

• Стандартные права доступа определяют операции, которые являются общими для всех защищенных объектов.
• Специфичные права доступа указывают основные права, характерные для файловых объектов.
• Родовые права доступа используются системой; они определяют комбинации стандартных и специфичных прав. 

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Информатика: Учебник для вузов/под ред. Симоновича, СПб, 2000.
2. Информатика: Учебник/ под ред. Н.В.Макаровой. М., 1999.
3. Информатика: Учебник для вузов. Н. В. Макарова, В. Б. Волков. Питер, 2011
4. Основы информатики: Учебник для вузов. М.А. Беляев, В.В. Лысенко,

Л.А. Малинина. 2006