Типовые файловые системы и их особенности

 

 

 

ТОГБОУ СПО «Котовский индустриальный техникум»

 

 

 

РЕФЕРАТ

На тему: 

Типовые файловые системы и их особенности.

 

 

 

 

 

Подготовила: Студентка группы П-2-2

Абдокова Диана  

Проверила преподаватель:

Жеребцова  Нелли Александровна    

 

 

 

 

 

Котовск

2014

 

Содержание.

От автора . . . . . . . . . . . . . . . . . . .  . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .3 

§ 1 Понятие файловой системы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4

§ 2 Файловая система MS-DOS . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .5

§ 3 Файловая система Windows 95 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

§ 4 Файловая система Windows NT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12

Заключение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .15

 

 

 

 

 

 

 

 

 

§ 1 Понятие файловой системы.

 

1.1. Определение файловой  системы.

 

Файл (по английски File) - папка,скоросшиватель.

Файл - это поименованная область памяти на каком-либо физическом

носителе, предназначенная для хранения информации.

Совокупность средств операционной системы, обеспечивающих доступ к информации на внешних носителях называется системой управления файлами или  файловой системой.

Файловая система (file system) – функциональная часть операционной системы, которая отвечает за обмен данными с внешними запоминающими устройствами.

 

1.2. Файловая система  FAT.

 

Операционными системами Windows используется, разработанная еще для DOS файловая система FAT, в которой для каждого раздела и тома DOS имеется загрузочный сектор, а каждый раздел DOS содержит две копии таблицы размещения файлов (file allocation table – FAT).

 FAT представляет собой матрицу, которая устанавливает соотношение между файлами и папками раздела и их физическим местоположением на жестком диске.

Перед каждым разделом жесткого диска последовательно расположены две копии FAT. Подобно загрузочным секторам, FAT располагается за пределами области диска, видимой для файловой системы.

При записи на диск файлы не обязательно занимают пространство, эквивалентное их размеру. Обычно файлы разбиваются на кластеры определенного размера, которые могут быть разбросаны по всему разделу.

В результате таблица FAT представляет собой не список файлов и их местоположения, а список кластеров раздела и их содержимого, а в конце каждого описания содержится ссылка на следующий занимаемый файлом кластер.

Элементы таблицы FAT представляют собой 12-, 16- и 32-битовые шестнадцатьричные числа, размер которых определяется программой FDISK, а значение непосредственно создается программой FORMAT.

Все гибкие диски, а также жесткие диски размером до 16 Мбайт используют в FAT 12-битовые элементы. Жесткие и съемные диски, имеющие размер от 16 Мбайт и более, обычно используют 16-битовые элементы.

Файловая система FAT использовалась во всех версиях MS-DOS и в первых двух выпусках OS/2 (версии 1.0 и 1.1). Каждый логический том имел собственный FAT, который выполнял две функции: содержал информацию распределения для каждого файла в томе в форме списка связей модулей распределения (кластеров) и указывал, какие модули распределения свободны.

Когда таблица FAT была изобретена, это было превосходное решение для управления дисковым пространством, главным образом потому что гибкие диски, на которых она использовалась, редко были размером более, чем несколько Mb.

FAT была достаточно мала, чтобы находиться в памяти  постоянно, позволяла обеспечивать  очень быстрый произвольный доступ  к любой части любого файла.

Когда FAT была применена на жестких дисках, она стала слишком большой для резидентного нахождения в памяти и ухудшала производительность системы.

Кроме того, так как информация относительно свободного дискового пространства рассредотачивалась "поперек" большого количества секторов FAT, она была непрактична при распределении файлового пространства, и фрагментация файлов оказалась препятствием высокой эффективности.

Кроме того, использование относительно больших кластеров на жестких дисках привело к большому количеству неиспользуемых участков, так как в среднем для каждого файла половина кластера была потрачена впустую.

В течение нескольких лет Microsoft и IBM делали попытку продлить жизнь файловой системы FAT благодаря снятию ограничений на размеры тома, улучшению cтратегий распределения, кэширования имен пути, и перемещению таблиц и буферов в расширенную память. Но они могут расцениваться только как временные меры, потому что файловая система просто не подходила к большим устройствам произвольного доступа.

 

§ 2 Файловая система операционной системы MS-DOS.

 

Одно из понятий файловой системы MS DOS - логический диск.

Логические диски :

В некотором приближении можно считать, что,  "с точки зрения" MS-DOS, каждый логический диск это отдельный магнитный диск. Каждый логический диск имеет свое уникальное имя. В качестве имени логического диска используются буквы английского алфавита от A до Z (включительно). Количество логических дисков, таким образом, не более 26.

Буквы A и B - отведены строго под имеющиеся в IBM PC флоппи-диски ( FDD ).

Начиная с буквы C именуются логические диски(разделы) HDD ( винчестер).

На рисунках дано изображение логического диска.

В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B

пропускается (рис.2)

 

 

Только логические диски A и C могут быть системными.

 

Файловая структура логического диска :

Чтобы обратиться к информации на диске(находящейся в файле),надо знать физический адрес первого сектора (Nповерхности+Nдорожки+Nсектора), общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера и т.д. Все это очень туманно, трудно и не нужно.

MS DOS избавляет пользователя от  такой работы и ведет ее  сама. Для обеспечения доступа  к файлам - файловая система MS DOS организует  и поддерживает на логическом  диске определенную файловую структуру.

Элементы файловой структуры :

  - стартовый сектор(сектор начальной  загрузки, Boot-сектор),

  - таблица размещения файлов (FAT - File Allocation Table),

  - корневой каталог(Root-Directory),

  - область данных(оставшееся свободным дисковое пространство)

Эти элементы создаются специальными программами (в среде MS DOS) в процессе инициализации диска.

                                                                                  

 

Стартовый сектор(сектор начальной загрузки,Boot-сектор) :

Здесь записана информация, необходимая MS DOS для работы с диском :

  - идентификатор OS(если диск системный),

  - размер сектора диска,

  - количество секторов в кластере,

  - количество резервных секторов  в начале диска,

  - количество копий FAT на диске(стандарт - две),

  - количество элементов в каталоге,

  - количество секторов на  диске,

  - тип формата диска,

  - количество секторов в FAT,

  - количество секторов на  дорожку,

  - количество поверхностей,

  - блок начальной загрузки OS,

 

За стартовым сектором располагается FAT.

 

FAT(таблица  размещения файлов) :

Область данных диска(см.выше) представлена в MS DOS как последо-

вательность пронумерованных кластеров.

FAT - это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска.

Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT.

Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.

FAT - крайне важный элемент Файловой  структуры.Нарушения в FAT могут привести  к полной или частичной потери  информации на всем логическом  диске. Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют спец.программы, которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.

 

Корневой каталог :

Это определенная область диска, создаваемая в процессе инициализации

(форматировании) диска, где содержится  информация о файлах и каталогах, хранящихся на диске.

Корневой Каталог всегда существует на отформатированном диске. На одном диске всегда бывает только один корневой каталог. Размер корневого каталога для данного диска - величина фиксированная, поэтому максимальное количество  "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов (Подкаталогов) - строго определенное.

 

Итак, подытоживая все выше сказанное, можно сделать вывод :

MS-DOS - 16-разрядная операционная система, работающая в реальном режиме процессора.

 

 

 

 

§ 4 Файловая система операционной системы  Windows 95.

4.1. Предыстория создания FAT 32.

В сфере персональных компьютеров в 1987 г. возник кризис. Возможности файловой системы FAT, разработанной фирмой Microsoft за десять лет до этого для интерпретатора Standalone Disk Basic и позднее приспособленной для операционной системы DOS, были исчерпаны. FAT предназначалась для жестких дисков емкостью не свыше 32 Мбайт, а новые НЖМД большей емкости оказывались совершенно бесполезными для пользователей PC. Некоторые независимые поставщики предлагали собственные способы решения этой проблемы, однако лишь с появлением DOS 4.0 этот кризис был преодолен - на некоторое время.

Значительные изменения структуры файловой системы в DOS 4.0 позволили операционной системе работать с дисками емкостью до 128 Мбайт; с внесением в последующем незначительных дополнений этот предел был поднят до 2 Гбайт. В то время казалось, что такой объем памяти превышает любые мыслимые потребности. Однако если история персональных компьютеров чему-то и научила, то именно тому, что емкость, "превышающая любые мыслимые потребности", очень быстро становится "почти недостаточной для серьезных работ". Действительно, в настоящее время в продаже имеются жесткие диски емкостью, как правило, 2,5 Гбайт и выше, а когда-то очень высокий и избавивший нас от ограничений потолок в 2 Гбайт превратился в еще одно препятствие, которое предстоит преодолеть.

4.2. Описание FAT 32.

Для систем Windows 95 фирма Microsoft разработала новое расширение системы FAT - FAT32, без каких-либо громких заявлений предусмотренное в пакете OEM Service Pack 2.

Система FAT32 устанавливается только в новых PC, и не рассчитывайте получить ее при переходе к новой версии Windows 95, хотя, по утверждению Microsoft, это расширение станет составной частью основного пакета для модернизации Windows

4.2.1. Области диска

Эта файловая система предусматривает ряд специальных областей на диске, выделенных для организации пространства диска в процессе его форматирования - головную запись загрузки, таблицу разбиения диска, запись загрузки, таблицу размещения файлов (от которой система FAT и получила свое название) и корневой каталог.

На физическом уровне пространство диска разбивается на 512-байт области, называемые секторами. В системе FAT место для файлов выделяется блоками, которые состоят из целого числа секторов и именуются кластерами. Число секторов в кластере должно быть кратно степени двойки. В Microsoft называют эти кластеры единицами выделения памяти (allocation unit), а в отчете SCANDISK указывается их размер, например "16 384 байт в каждой единице выделения памяти".

4.2.2. Цепочка FAT

FAT представляет собой базу данных, связывающую кластеры дискового пространства с файлами. В этой базе для каждого кластера предусматривается только один элемент. Первые два элемента содержат информацию о самой системе FAT. Третий и последующие элементы ставятся в соответствие кластерам дискового пространства, начиная с первого кластера, отведенного для файлов. Элементы FAT могут содержать несколько специальных значений, указывающих, что

• кластер свободен, т.е. не использован ни одним файлом ;
• кластер содержит один или несколько секторов с физическими дефектами и не должен использоваться ;
• данный кластер - последний кластер файла .

Для любого используемого файлом, но не последнего кластера элемент FAT содержит номер следующего кластера, занятого файлом.

Каждый каталог - независимо корневой или подкаталог - также представляет собой базу данных. В каталоге DOS для каждого файла предусмотрена одна главная запись (В среде Windows 95 для длинных имен файлов введены дополнительные записи). В отличие от FAT, где каждый элемент состоит из единственного поля, записи для файла в каталоге состоят из нескольких полей . Некоторые поля - имя, расширение, размер, дата и время - могут быть выведены на экран по команде DIR. Но в системе FAT предусмотрено поле, которое не отображается командой DIR, - поле с номером первого кластера, отведенного под файл.

Когда программа отправляет запрос к операционной системе с требованием предоставить ей содержимое какого-то файла ОС просматривает запись каталога для него, чтобы найти первый кластер этого файла. Затем она обращается к элементу FAT для данного кластера, чтобы найти следующий кластер в цепочке. Повторяя этот процесс, пока не обнаружит последний кластер файла, ОС точно определяет, какие кластеры принадлежат данному файлу и в какой последования. Таким путем система может предоставить программе любую часть запрашиваемого ею файла. Такой способ организации файла носит название цепочки FAT.