План
Введение
Глава 1 Файловая система
1.1 Понятие файловой системы
1.2 Имена файлов
1.3 Типы файлов
1.4 Файловые операции, контроль
доступа к файлам
Глава 2 Структура и организация
файловой системы
2.1 Иерархическая структура
файловой системы
2.2 Логическая организация
файловой системы
2.3 Физическая организация
файловой системы и адрес файла
Глава 3 Сравнение файловых
систем Windows и Linux
3.1 Типы файловых систем
3.2 Дерево, а не деревья
3.3 Типы файлов
3.4 Жесткая ссылка
3.5 Регистр букв
Заключение
Список литературы
Введение
Среди всех системных
программ c которыми приходится иметь
дело пользователям компьютеров, особое место занимают операционные
системы.
Операционная
система (ОС) управляет компьютером,
запускает программы, обеспечивает
защиту данных, выполняет различные
сервисные функции по запросам
пользователя и программ. Каждая
программа пользуется услугами ОС, а потому может
работать только под управлением той ОС,
которая обеспечивает для нее эти услуги.
Таким
образом, выбор ОС очень важен,
так как она определяет, c какими
программами вы сможете работать на своем компьютере. От выбора
ОС зависят также производительность
вашей работы, степень защиты ваших данных,
необходимые аппаратные средства и т.д.
Операционная система скрывает от пользователя
все сложные и ненужные подробности работы
компьютера и предоставляет ему удобный
и понятный и интерфейс для работы.
В настоящее
время на одном диске в среднем
записывается несколько десятков
тысяч файлов. Как разобраться
во всем этом многообразии
с тем, чтобы точно адресоваться
к файлу? Назначение файловой
системы – эффективное решение
указанной задачи.
Развитие файловых
систем персональных компьютеров
определялось двумя факторами
- появлением новых стандартов
на носители информации и ростом
требований к характеристикам
файловой системы со стороны
прикладных программ (разграничение
уровней доступа, поддержка длинных
имен файлов в формате UNICODE).
Первоначально, для файловых систем
первостепенное значение имело
увеличение скорости доступа
к данным и минимизация объема
хранимой служебной информации.
Впоследствии с появлением более
быстрых жестких дисков и увеличением
их объемов, на первый план вышло
требование надежности хранения информации,
которое привело к необходимости избыточного
хранения данных.
Эволюция файловой
системы была напрямую связана
с развитием технологий реляционных
баз данных. Файловая система
использовала последние достижения,
разработанные для применения
в СУБД: механизмы транзакций, защиты
данных, систему самовосстановления
в результате сбоя.
Развитие файловых систем
привело к изменению самого понятия
"файл" от первоначального толкования
как упорядоченная последовательность
логических записей, до понятия файла,
как объекта, имеющего набор характеризующих
его атрибутов (включая имя файла,
его псевдоним, время создания и
собственно данные), реализованного в
NTFS.
За свою 20 летнюю
историю файловая система прошла
путь от простой системы, взявшей
на себя функции управления
файлами, до системы, представляющей
собой полноценную СУБД, обладающую
встроенным механизмом протоколирования
и восстановления данных.
В отличие
от попыток ввести стандарт
на протокол, описывающий правила
доступа к удаленным файловым
системам (CIFS, NFS), не стоит ожидать
появления подобного стандарта,
описывающего файловые системы
для жестких дисков. Это можно
объяснить тем, что файловая
система жестких дисков все
еще продолжает оставаться одной
из главных частей операционной
системы, влияющей на ее производительность.
Поэтому каждый производитель
операционных систем будет стремиться
использовать файловую систему,
"родную" для его ОС.
Дальнейшая
эволюция файловых систем пойдет
по пути совершенствования механизмов
хранения данных, оптимизации хранения
мультимедийных данных, использования
новых технологий, применяемых в
базах данных (возможность полнотекстового
поиска, сортировка файлов по
различным атрибутам).
Глава 1 Файловая
система
1.1 Понятие файловой
системы
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.
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.
1.2 Имена файлов
Файлы идентифицируются
именами. Пользователи дают файлам
символьные имена, при этом
учитываются ограничения ОС как
на используемые символы, так
и на длину имени. До недавнего
времени эти границы были весьма
узкими. Так в популярной файловой
системе FAT длина имен ограничивается
известной схемой 8.3 (8 символов - собственно
имя, 3 символа - расширение имени),
а в ОС UNIX System V имя не может
содержать более 14 символов. Однако
пользователю гораздо удобнее
работать с длинными именами,
поскольку они позволяют дать
файлу действительно мнемоническое
название, по которому даже через
достаточно большой промежуток
времени можно будет вспомнить,
что содержит этот файл. Поэтому
современные файловые системы,
как правило, поддерживают длинные
символьные имена файлов. Например,
Windows NT в своей новой файловой
системе NTFS устанавливает, что
имя файла может содержать
до 255 символов, не считая завершающего
нулевого символа.
При переходе
к длинным именам возникает
проблема совместимости с ранее
созданными приложениями, использующими
короткие имена. Чтобы приложения
могли обращаться к файлам
в соответствии с принятыми
ранее соглашениями, файловая система
должна уметь предоставлять эквивалентные
короткие имена (псевдонимы) файлам,
имеющим длинные имена. Таким
образом, одной из важных задач
становится проблема генерации
соответствующих коротких имен.
Длинные
имена поддерживаются не только
новыми файловыми системами, но
и новыми версиями хорошо известных
файловых систем. Например, в ОС Windows
95 используется файловая система
VFAT, представляющая собой существенно
измененный вариант FAT. Среди многих
других усовершенствований одним
из главных достоинств VFAT является
поддержка длинных имен. Кроме
проблемы генерации эквивалентных
коротких имен, при реализации
нового варианта FAT важной задачей
была задача хранения длинных
имен при условии, что принципиально
метод хранения и структура
данных на диске не должны
были измениться.
Обычно разные
файлы могут иметь одинаковые
символьные имена. В этом случае
файл однозначно идентифицируется
так называемым составным именем,
представляющем собой последовательность
символьных имен каталогов. В
некоторых системах одному и
тому же файлу не может быть
дано несколько разных имен, а
в других такое ограничение
отсутствует. В последнем случае
операционная система присваивает
файлу дополнительно уникальное
имя, так, чтобы можно было
установить взаимно-однозначное
соответствие между файлом и
его уникальным именем. Уникальное
имя представляет собой числовой
идентификатор и используется
программами операционной системы.
Примером такого уникального
имени файла является номер
индексного дескриптора в системе
UNIX.
1.3 Типы файлов
Файлы бывают
разных типов: обычные файлы,
специальные файлы, файлы-каталоги.
Обычные файлы
в свою очередь подразделяются
на текстовые и двоичные. Текстовые
файлы состоят из строк символов,
представленных в ASCII-коде. Это
могут быть документы, исходные
тексты программ и т.п. Текстовые
файлы можно прочитать на экране
и распечатать на принтере. Двоичные
файлы не используют ASCII-коды, они
часто имеют сложную внутреннюю
структуру, например, объектный код
программы или архивный файл.
Все операционные системы должны
уметь распознавать хотя бы
один тип файлов - их собственные
исполняемые файлы.
Специальные
файлы - это файлы, ассоциированные
с устройствами ввода-вывода, которые
позволяют пользователю выполнять операции
ввода-вывода, используя обычные команды
записи в файл или чтения из файла. Эти
команды обрабатываются вначале программами
файловой системы, а затем на некотором
этапе выполнения запроса преобразуются
ОС в команды управления соответствующим
устройством. Специальные файлы, так же
как и устройства ввода-вывода, делятся
на блок-ориентированные и байт-ориентированные.
Каталог - это, с одной стороны, группа
файлов, объединенных пользователем исходя
из некоторых соображений (например, файлы,
содержащие программы игр, или файлы, составляющие
один программный пакет), а с другой стороны
- это файл, содержащий системную информацию
о группе файлов, его составляющих. В каталоге
содержится список файлов, входящих в
него, и устанавливается соответствие
между файлами и их характеристиками (атрибутами).
В разных
файловых системах могут использоваться
в качестве атрибутов разные
характеристики, например:
- информация о разрешенном доступе,
- пароль для доступа к файлу,
- владелец файла,
- создатель файла,
- признак "только для чтения",
- признак "скрытый файл",
- признак "системный файл",
- признак "архивный файл",
- признак "двоичный/символьный",
- признак "временный" (удалить после завершения процесса),
- признак блокировки,
- длина записи,
- указатель на ключевое поле в записи,
- длина ключа,
- времена создания, последнего доступа и последнего изменения,
- текущий размер файла,
- максимальный размер файла.
- Файловые операции, контроль доступа к файлам
Определить
права доступа к файлу - значит
определить для каждого пользователя
набор операций, которые он может
применить к данному файлу.
В разных файловых системах
может быть определен свой
список дифференцируемых операций
доступа. Этот список может
включать следующие операции:
- создание файла
- уничтожение файла
- открытие файла
- закрытие файла
- чтение файла
- запись в файл
- дополнение файла
- поиск в файле
- получение атрибутов файла
- установление новых значений атрибутов
- переименование
- выполнение файла
- чтение каталога
и другие операции с файлами
и каталогами.
В самом общем случае
права доступа могут быть описаны
матрицей прав доступа, в которой
столбцы соответствуют всем файлам
системы, строки - всем пользователям,
а на пересечении строк и
столбцов указываются разрешенные
операции (рисунок 2.35). В некоторых
системах пользователи могут
быть разделены на отдельные
категории. Для всех пользователей
одной категории определяются
единые права доступа. Например,
в системе UNIX все пользователи
подразделяются на три категории:
владельца файла, членов его
группы и всех остальных.
Рис. 2.35. Матрица
прав доступа
Различают два
основных подхода к определению
прав доступа:
- избирательный доступ, когда для каждого файла и каждого пользователя сам владелец может определить допустимые операции;
- мандатный подход, когда система наделяет пользователя определенными правами по отношению к каждому разделяемому ресурсу (в данном случае файлу) в зависимости от того, к какой группе пользователь отнесен.
Глава 2 Структура
и организация файловой системы
2.1 Иерархическая
структура файловой системы
Каталоги могут
непосредственно содержать значения
характеристик файлов, как это
сделано в файловой системе
MS-DOS, или ссылаться на таблицы,
содержащие эти характеристики,
как это реализовано в ОС UNIX
(рисунок 2.31). Каталоги могут образовывать
иерархическую структуру за счет
того, что каталог более низкого
уровня может входить в каталог
более высокого уровня (рисунок
2.32).