Диагностика и технология за ремонт на твърди дискове. Дялове на твърдия диск и файлови системи. Основни понятия и основи на работата

Материал за обзорната лекция No33

за студенти от специалността

"Софтуер за информационни технологии"

Доцент на катедра ИКТ, д.м.н. Ливак Е.Н.

СИСТЕМИ ЗА УПРАВЛЕНИЕ НА ФАЙЛОВЕ

Основни понятия, факти

Назначаване. Характеристики на файловите системиДЕБЕЛ,VFAT,МАЗНИНИ 32,HPFS,NTFS. Файлови системи UNIX OS (s5, ufs), Linux Ext2FS Системни области на диск (раздели, томове). Принципи за поставяне на файлове и съхранение на информация за местоположението на файловете. Организация на справочниците. Ограничаване на достъпа до файлове и директории.

умения

Използване на знания за структурата на файловата система за защита и възстановяване на компютърна информация (файлове и директории). Организиране на контрол на достъпа до файлове.

Файлови системи. Структура на файловата система

Данните на диска се съхраняват като файлове. Файлът е именувана част от диск.

Системите за управление на файлове са предназначени за управление на файлове.

Файловата система предоставя възможност за работа с данни, съхранявани във файлове, на логическо ниво. Това е файловата система, която определя начина, по който данните се организират на всеки носител за съхранение.

Поради това, файлова система е набор от спецификации и свързания с тях софтуер, които са отговорни за създаване, унищожаване, организиране, четене, писане, модифициране и преместване на информация за файлове, както и контрол на достъпа до файлове и управление на ресурсите, които се използват от файловете.

Системата за управление на файлове е основната подсистема в по-голямата част от съвременните операционни системи.

Използване на системата за управление на файлове

· Всички програми за обработка на системата са свързани според данните;

· Решава проблема с централизираното разпределение на дисковото пространство и управлението на данните;

· На потребителя се предоставя възможност да извършва операции върху файлове (създаване и т.н.), да обменя данни между файлове и различни устройства, да защитава файлове от неоторизиран достъп.

Някои операционни системи може да имат множество системи за управление на файлове, което им позволява да работят с множество файлови системи.

Нека се опитаме да направим разлика между файловата система и системата за управление на файлове.

Терминът "файлова система" определя принципите на достъп до данни, организирани във файлове.

Срок "Система за управление на файлове"се отнася до конкретната реализация на файловата система, т.е. това е набор от софтуерни модули, които осигуряват работа с файлове в конкретна ОС.

Така че, за да работите с файлове, организирани според определена файлова система, трябва да се разработи съответната система за управление на файлове за всяка ОС. Тази UV система ще работи само на операционната система, за която е предназначена.

За семейството на Windows OS се използват основно файловите системи: VFAT, FAT 32, NTFS.

Нека да разгледаме структурата на тези файлови системи.

Във файловата система ДЕБЕЛ дисковото пространство на всеки логически диск е разделено на две области:

Системна област и

· Област за данни.

Системна област създаден и инициализиран при форматиране и впоследствие актуализиран при манипулиране на файловата структура.

Системната зона се състои от следните компоненти:

· Секторът за зареждане, съдържащ записа за зареждане;

· Запазени сектори (може и да не съществуват);

Таблици за разпределение на файлове (FAT, Таблица за разпределение на файлове);

Основна директория (ROOT).

Тези компоненти са разположени на диска един след друг.

Област на данните съдържа файлове и директории, подчинени на корена.

Областта с данни е разделена на така наречените клъстери. Клъстерът е един или повече съседни сектора на област с данни. От друга страна, клъстерът е най-малката адресируема единица дисково пространство, разпределена на файл. Тези. файлът или директорията заема цял брой клъстери. За да създаде и запише нов файл на диск, операционната система заделя няколко безплатни дискови клъстера за него. Тези клъстери не трябва да следват един друг. За всеки файл се съхранява списък с всички номера на клъстери, които са предоставени на този файл.

Разделянето на областта с данни на клъстери вместо да използвате сектори ви позволява да:

· Намаляване на размера на FAT;

· Намаляване на фрагментирането на файлове;

Съкращаване на дължината на файловите вериги Þ достъпът до файловете се ускорява.

Въпреки това, твърде големият размер на клъстера води до неефективно използване на областта с данни, особено в случай на голям брой малки файлове (в края на краищата средно се губи половин клъстер на файл).

В съвременните файлови системи (FAT 32, HPFS, NTFS) този проблем се решава чрез ограничаване на размера на клъстера (максимум 4 KB)

Картата на областта на данните е T таблица за разпределение на файлове (Таблица за разпределение на файлове - FAT) Всеки елемент от таблицата FAT (12, 16 или 32 бита) съответства на един дисков клъстер и характеризира неговото състояние: свободен, зает или лош клъстер.

· Ако клъстерът е разпределен към файл (т.е. зает), тогава съответният FAT елемент съдържа номера на следващия клъстер на файла;

· Последният клъстер на файла е маркиран с число в диапазона FF8h - FFFh (FFF8h - FFFFh);

· Ако клъстерът е свободен, той съдържа нулевата стойност 000h (0000h);

· Неизползваем (лош) клъстер е маркиран с номер FF7h (FFF7h).

По този начин в таблицата FAT клъстерите, принадлежащи на един и същи файл, са свързани заедно.

Таблицата за разпределение на файлове се съхранява непосредствено след стартиращия запис на логическия диск, точното му местоположение е описано в специално поле в сектора за зареждане.

Съхранява се в два еднакви екземпляра, които следват един след друг. Когато първото копие на таблицата е унищожено, се използва второто.

Поради факта, че FAT се използва много широко при достъп до диск, той обикновено се зарежда в RAM (в I/O буфера или кеша) и остава там възможно най-дълго.

Основният недостатък на FAT е бавната му обработка на файлове. Когато създавате файл, правилото работи - първият свободен клъстер се разпределя. Това води до фрагментация на диска и сложни файлови вериги. Оттук и забавянето на работата с файлове.

За да видите и редактирате таблицата FAT, можете да използвате полезностдискРедактор.

Подробностите за самия файл се съхраняват в друга структура, наречена главна директория. Всяко логическо устройство има своя собствена главна директория (ROOT).

Основна директория описва файлове и други директории. Записът в директорията е файлов дескриптор (дескриптор).

Всеки дескриптор на файл и директория го включва

· име

· разширение

Дата на създаване или последна модификация

Време на създаване или последна модификация

Атрибути (архив, атрибут на директория, атрибут на том, система, скрит, само за четене)

Дължина на файла (за директория - 0)

Запазено поле, което не се използва

· Номер на първия клъстер във веригата от клъстери, присвоени на файл или директория; След като получи този номер, операционната система, позовавайки се на таблицата FAT, открива всички останали номера на клъстера на файла.

И така, потребителят стартира файла за изпълнение. Операционната система търси файла с правилното име, като разглежда описанията на файловете в текущата директория. Когато необходимият елемент бъде намерен в текущата директория, операционната система чете номера на първия клъстер в този файл и след това определя номерата на останалите клъстери от таблицата FAT. Данните от тези клъстери се четат в RAM, като се комбинират в една непрекъсната секция. Операционната система прехвърля контрола върху файла и програмата започва да работи.

За да видите и редактирате главната директория ROOT, можете също да използвате полезностдискРедактор.

Файлова система VFAT

VFAT (виртуална FAT) файлова система за първи път се появи в Windows for Workgroups 3.11 и е проектирана за вход/изход на файлове в защитен режим.

Тази файлова система се използва в Windows 95.

Поддържа се и в Windows NT 4.

VFAT е родната 32-битова файлова система на Windows 95 и се контролира от VFAT .VXD драйвер.

VFAT използва 32-битов код за всички файлови операции, може да използва 32-битови драйвери за защитен режим.

НО записите в таблицата за разпределение на файлове остават 12 или 16 бита, така че на диска се използва същата структура от данни (FAT). Тези. е формат на таблицатаVFAT е същотокакто е форматът FAT.

VFAT заедно с имената "8.3" поддържа дълги имена на файлове... (Често се казва, че VFAT е FAT с поддръжка за дълги имена).

Основният недостатък на VFAT са високите загуби при клъстеризиране при големи размери на логически диск и ограниченията за размера на самия логически диск.

Файлова система МАЗНИНИ 32

Това е нова реализация на идеята за използване на таблицата FAT.

FAT 32 е напълно самостоятелна 32-битова файлова система.

Използван за първи път в Windows OSR 2 (OEM Service Release 2).

FAT 32 в момента се използва в Windows 98 и Windows ME.

Той съдържа множество подобрения и допълнения спрямо предишни FAT реализации.

1. Много по-ефективно използване на дисковото пространство поради факта, че използва по-малки клъстери (4 KB) – смята се, че спестява до 15%.

2. Има разширен запис за зареждане, който ви позволява да създавате копия на критични структури от данни Þ повишава устойчивостта на диска към нарушения на структурите на диска

3. Може да използва резервно копие на FAT вместо стандартно.

4. Може да премести главната директория, с други думи, основната директория може да бъде навсякъде Þ премахва ограничението за размера на основната директория (512 елемента, тъй като ROOT трябваше да заема един клъстер).

5. Подобрена структурата на основната директория

Добавени са допълнителни полета, например време на създаване, дата на създаване, дата на последен достъп, контролна сума

За дългото име на файла все още се използват множество дескриптори.

Файлова система HPFS

HPFS (High Performance File System) е високопроизводителна файлова система.

HPFS се появи за първи път в OS / 2 1.2 и LAN Manager.

Ние изброяваме Основни характеристики на HPFS.

· Основната разлика е в основните принципи за поставяне на файлове на диск и принципите за съхранение на информация за местоположението на файловете. Благодарение на тези принципи HPFS има висока производителност и толерантност на грешки, е надежденфайлова система.

Дисковото пространство в HPFS не се разпределя от клъстери (както в FAT), а блокове.В съвременната реализация размерът на блока се приема равен на един сектор, но по принцип може да бъде с различен размер. (Всъщност блокът е клъстер, само един клъстер винаги е равен на един сектор). Поставянето на файлове в такива малки блокове позволява по-ефективно използване на дисковото пространство, тъй като режийните разходи за свободно пространство са средно само (половин сектор) 256 байта на файл. Припомнете си, че колкото по-голям е размерът на клъстера, толкова повече дисково пространство се губи.

HPFS се стреми да подреди файла в последователни блокове или, ако това не е възможно, да го постави на диск по такъв начин, че обхвати(фрагменти от) файла са били физически възможно най-близо един до друг. Този подход е от съществено значение намалява времето за позициониране на главите за четене/запиствърд диск и латентност (закъснението между инсталирането на главата за четене/запис на желаната песен). Припомнете си, че във файл FAT първият свободен клъстер просто се разпределя.

Обхвати(екстент) - файлови фрагменти, разположени в съседни сектори на диска. Файлът има поне един екстент, ако не е фрагментиран и в противен случай има множество екстенти.

· Използван методбалансирани двоични дървета за съхранение и търсене на информация за местоположението на файловете (директориите се съхраняват в центъра на диска, освен това е осигурено автоматично сортиране на директории), което е от съществено значение повишава производителността HPFS (срещу FAT).

HPFS има специални разширени файлови атрибути, които позволяват контролира достъпа до файлове и директории.

Разширени атрибути (разширени атрибути, EAs ) ви позволяват да съхранявате допълнителна информация за файла. Например всеки файл може да бъде свързан с неговата уникална графика (икона), описание на файла, коментар, информация за собственика на файла и т.н.

C структура на HPFS дяла

В началото на дяла с инсталиран HPFS има три контролни блокове:

Блок за зареждане,

Допълнителен блок (супер блок) и

Резервен блок.

Те заемат 18 сектора.

Цялото останало дисково пространство в HPFS е разделено на части от съседни сектори - ивици(лента - лента, лента). Всяка лента заема 8 MB дисково пространство.

Всяка лента и има своя собствена растерна карта за разпределение на секториРастерната карта показва кои сектори от дадена лента са заети и кои са свободни. Всеки сектор от лента с данни има един бит в своята растерна карта. Ако бит = 1, тогава секторът е зает, ако 0 - свободен.

Растерните изображения на двете ивици са разположени една до друга на диска, а самите ленти също са разположени. Тоест, последователността от ивици и карти изглежда като на фиг.

Сравнете сДЕБЕЛ... Има само една "битова карта" за целия диск (FAT таблица). И за да работите с него, трябва да преместите средно главите за четене/запис през половината диск.

За да се намали времето за позициониране на главите за четене/запис на твърдия диск, в HPFS дискът е разделен на ивици.

Обмисли контролни блокове.

Блок за зареждане (обувкаблок)

Съдържа името на тома, сериен номер, блок за настройки на BIOS и програма за стартиране.

Програмата за стартиране намира файла OS 2 LDR , чете го в паметта и прехвърля контрола към тази програма за зареждане на ОС, която от своя страна зарежда ядрото на OS / 2 от диска в паметта - OS 2 KRNL. И вече OS 2 KRIML използвайки информация от файла CONFIG. SYS зарежда всички други необходими програмни модули и блокове от данни в паметта.

Блокът за зареждане се намира в сектори от 0 до 15.

СуперБлокиране(супер блок)

Съдържа

Указател към списък с растерни блокове. Този списък изброява всички блокове на диска, които съдържат растерните изображения, използвани за откриване на свободни сектори;

· Указател към списъка с лоши блокове. Когато системата открие повреден блок, той се добавя към този списък и вече не се използва за съхраняване на информация;

Указател към лента от директории,

Указател към файловия възел (F -възел) на основната директория,

· Дата на последната проверка на раздел от програмата CHKDSK;

· Информация за размера на лентата (при текущата реализация на HPFS - 8 MB).

Супер блок се намира в сектор 16.

Резервенблок(резервен блок)

Съдържа

Указател към картата за спешна подмяна (карта с актуални корекции или области с актуални корекции);

Указател към списъка с блокирани без спешни случаи

· Редица системни флагове и дескриптори.

Този блок се намира в 17-ия сектор на диска.

Резервният блок осигурява висока отказоустойчивост на файловата система HPFS и ви позволява да възстановите повредени данни на диска.

Принцип на разпределение на файлове

Обхвати(екстент) - файлови фрагменти, разположени в съседни сектори на диска. Файлът има поне един екстент, ако не е фрагментиран и в противен случай има множество екстенти.

HPFS се стреми да намали времето за позициониране на главите за четене/запис на твърдия диск

1) поставете файла в последователни блокове;

2) ако това не е възможно, тогава поставете екстентите на фрагментирания файл възможно най-близо един до друг,

За да направи това, HPFS използва статистически данни и също така се опитва условно да запази поне 4 килобайта пространство в края на файловете, които нарастват.

Принципи за съхранение на информация за местоположението на файловете

Всеки файл и директория на диска има свои собствени файлов възел F-Node... Това е структура, която съдържа информация за местоположението на файл и неговите разширени атрибути.

Всеки F-възел отнема един сектори винаги се намира близо до неговия файл или директория (обикновено непосредствено преди файла или директорията). Обектът F-Node съдържа

дължина,

Първите 15 знака от името на файла,

Специална сервизна информация,

Статистика за достъпа до файлове,

Разширени файлови атрибути,

· Списъкът с права за достъп (или само част от този списък, ако е много голям); ако разширените атрибути са твърде големи за файловия възел, в него се записва указател към тях.

Асоциативна информация за местоположението и подчинението на файла и др.

Ако файлът е съседен, тогава местоположението му на диска се описва с две 32-битови числа. Първото число е указател към първия блок на файла, а второто е дължината на екстента (броя на последователните блокове, които принадлежат на файла).

Ако файлът е фрагментиран, тогава разпределението на неговите екстенти се описва във файловия възел чрез допълнителни двойки 32-битови числа.

Файлов възел може да хоства информация за максимум осем файлови екстента. Ако файлът има повече екстенти, в неговия файлов възел се записва указател към блок за разпределение, който може да съдържа до 40 указателя към екстенти или, подобно на блок на дървото на директории, към други блокове за разпределение.

Структура и разположение на директорията

За да съхранявате директории, използвайте централна лента.

Тази лента се нарича директориябанда.

Ако е пълен, HPFS започва да подрежда файловите директории в други ленти.

Разположението на тази информационна структура в средата на диска значително намалява средното време за позициониране на главите за четене/запис.

Въпреки това, използването на методбалансирани двоични дървета за съхранение и извличане на информация за местоположението на файла.

Припомнете си това във файловата системаДЕБЕЛ директорията има линейна структура, не е специално подредена, следователно, когато търсите файл, трябва да го преглеждате последователно от самото начало.

В HPFS структурата на директорията е балансирано дърво с записи по азбучен ред.

Всеки запис в дървото съдържа

файлови атрибути,

Указател към съответния файлов възел,

Информация за часа и датата на създаване на файла, часа и датата на последната актуализация и обжалване,

Дължината на данните, съдържащи разширени атрибути,

Брояч на достъпа до файлове,

Дължината на името на файла

Самото име,

· И друга информация.

HPFS файловата система търси само клоновете на двоичното дърво, които са необходими за намиране на файл в директория. Този метод е многократно по-ефективен от последователното четене на всички записи в директорията, какъвто е случаят в системата FAT.

Размерът на всеки от блоковете по отношение на това, кои директории са разпределени в текущата реализация на HPFS, е 2 KB. Размерът на записа, описващ файла, зависи от размера на името на файла. Ако името е 13 байта (за формат 8.3), тогава блок от 2 KB може да съдържа до 40 файлови дескриптора. Блоковете са свързани един с друг чрез списък.

Проблеми

При преименуване на файлове може да възникне така нареченото дървовидно пребалансиране. Създаването, преименуването или изтриването на файл може да доведе до каскадни блокове на директории... Всъщност преименуването може да не успее поради недостатъчно дисково пространство, дори ако самият файл не е нараснал по размер. За да избегне това "катастрофа", HPFS поддържа малък пул от безплатни блокове, които могат да бъдат използвани в случай на "срив". Тази операция може да изисква разпределяне на допълнителни блокове на пълен диск. Указател към този пул от безплатни блокове се съхранява в SpareBlock,

Принципи за поставяне на файлове и директории на дискHPFS:

· Информацията за местоположението на файловете се разпръсква из диска, като записите на всеки конкретен файл се поставят (ако е възможно) в съседни сектори и в близост до данните за тяхното местоположение;

· Директориите се намират в средата на дисковото пространство;

· Директориите се съхраняват като двоично балансирано дърво с записи по азбучен ред.

Надеждност на съхранението на данни в HPFS

Всяка файлова система трябва да има средство за коригиране на грешки, които възникват при запис на информация на диск. HPFS използва механизъм за спешна смяна ( актуална корекция).

Ако файловата система HPFS срещне проблем, докато записва данни на диск, тя показва подходящо съобщение за грешка на екрана. HPFS след това съхранява информацията, която е трябвало да бъде записана в дефектния сектор в един от резервните сектори, запазени предварително за този случай. Списъкът с резервни блокове се съхранява в резервния блок HPFS. Ако се открие грешка при запис на данни в нормален блок, HPFS избира един от свободните резервни блокове и съхранява данните в него. След това файловата система се актуализира карта за спешна подмяна в резервното устройство.

Тази карта е само двойка двойни думи, всяка от които е 32-битов номер на сектор.

Първото число показва дефектния сектор, а второто показва сектора сред наличните резервни сектори, който е избран да го замени.

След замяна на дефектния сектор с резервен, картата за спешна подмяна се записва на диска и на екрана се появява изскачащ прозорец, информиращ потребителя за грешката при запис на диска. Всеки път, когато системата записва или чете сектор на диска, тя разглежда картата за спешна смяна и заменя всички лоши номера на сектори с номерата на резервните сектори със съответните данни.

Трябва да се отбележи, че това преобразуване на числа не влияе значително на производителността на системата, тъй като се извършва само при физически достъп до диска, но не и при четене на данни от кеша на диска.

Файлова система NTFS

Файловата система NTFS (New Technology File System) съдържа редица значителни подобрения и промени, които значително я отличават от другите файлови системи.

Имайте предвид, че с редки изключения, с NTFS дяловете могат да бъдат достъпни само директно отWindowsNT,въпреки че има съответни реализации на системи за управление на файлове за редица операционни системи за четене на файлове от NTFS томове.

Въпреки това, все още няма пълноценни реализации за работа с NTFS извън системата на Windows NT.

NTFS не се поддържа в масовите операционни системи Windows 98 и Windows Millennium Edition.

Основни функцииNT FS

· Работата с големи дискове е ефективна (много по-ефективна, отколкото във FAT);

Има инструменти за ограничаване на достъпа до файлове и директории Þ NTFS дяловете осигуряват локална сигурност както за файлове, така и за директории;

Въведен е транзакционен механизъм, при който сечфайлови операции Þ значително повишаване на надеждността;

· Премахнати много ограничения за максимален брой дискови сектори и/или клъстери;

· Името на файла в NTFS, за разлика от файловите системи FAT и HPFS, може да съдържа всякакви знаци, включително пълния набор от национални азбуки, тъй като данните са представени в Unicode - 16-битово представяне, което дава 65535 различни знака. Максималната дължина на името на файла в NTFS е 255 знака.

· NTFS също има вградени инструменти за компресиране, които могат да се прилагат към отделни файлове, цели директории и дори томове (и впоследствие да бъдат отменени или назначени, както сметнете за добре).

Структура на тома с файлова система NTFS

NTFS дял се нарича том. Максималните възможни размери на тома (и размерите на файловете) са 16 EB (ексабайта 2 ** 64).

Подобно на други системи, NTFS разделя дисковото пространство на том на клъстери - блокове данни, които се адресират като единици данни. NTFS поддържа размери на клъстери от 512 байта до 64 KB; стандартът се счита за клъстер от 2 или 4 KB.

Цялото дисково пространство в NTFS е разделено на две неравни части.

Първите 12% от диска са разпределени за така наречената MFT-зона - пространството, което може да нараства по размер, основната услуга метафайл MFT.

В тази област не могат да се записват данни. MFT зоната винаги се поддържа празна - това се прави, за да не се фрагментира възможно най-много, докато нараства MFT файлът.

Останалите 88% от обема са редовно съхранение на файлове.

MFT (майсторфайлмаса -обща файлова таблица) е по същество директория на всички други файлове на диска, включително самия него. Той е предназначен да определя местоположението на файловете.

MFT се състои от записи с фиксиран размер. Размерът на MFT записа (минимум 1 KB и максимум 4 KB) се определя по време на форматиране на тома.

Всеки запис съответства на файл.

Първите 16 записа са от служебен характер и не са достъпни за операционната система - те се извикват метафайлове,и първият метафайл е самият MFT.

Тези първи 16 елемента на MFT са единствената част от диска, която има строго фиксирана позиция. Копие от тези 16 записа се съхранява в средата на тома за надеждност.

Останалата част от MFT файла може да бъде разположена, както всеки друг файл, на произволни места на диска.

Метафайловете са от служебен характер – всеки от тях отговаря за някакъв аспект от работата на системата. Метафайловете се намират в основната директория на NTFS тома. Всички те започват със знака "$", въпреки че е трудно да се получи информация за тях със стандартни средства. Таблица показва основните метафайлове и тяхното предназначение.

Име на метафайл	Целта на метафайла
$ MFT	Самата таблица с главни файлове
$ MFTmirr	Копие на първите 16 MFT записа, разположени в средата на тома
$ LogFile	Файл за поддръжка на регистриране
$ Обем	Сервизна информация - етикет на тома, версия на файловата система и др.
$ AttrDef	Списък със стандартни файлови атрибути на том
		Основна директория
$ Растерно изображение		Обемна карта на свободното пространство
$ Зареждане		Сектор за зареждане (ако дялът е зареждащ)
$ Квота		Файлът, в който са записани правата на потребителите да използват дисково пространство (този файл започна да работи само в Windows 2000 с NTFS 5.0)
$ Горен кейс		Файл - таблица на съответствието между главни и малки букви в имената на файловете. В NTFS имената на файлове се записват в Unicode (което е 65 хиляди различни знака) и търсенето на големи и малки еквиваленти в този случай не е тривиална задача

Цялата информация за файла се съхранява в съответния MFT запис:

· Име на файл,

· размерът;

· Файлови атрибути;

Позиция върху диска на отделни фрагменти и др.

Ако един MFT запис липсва за информация, тогава се използват няколко записа, а не непременно последователни.

Ако файлът не е много голям, тогава данните от файла се съхраняват директно в MFT, в пространството, оставащо от основните данни в рамките на един MFT запис.

Файлът на NTFS тома се идентифицира чрез т.нар връзка към файла(Референтен файл), който е представен като 64-битово число.

Номерът на файла, който съответства на номера на записа в MFT,

· И последователни номера. Това число се увеличава всеки път, когато даденото число се използва повторно в MFT, което позволява на файловата система NTFS да извършва вътрешни проверки за последователност.

Всеки файл в NTFS е представен с потоци(потоци), тоест няма "просто данни" като такива, но има потоци.

Един от потоците са файловите данни.

Повечето от атрибутите на файла също са потоци.

Така се оказва, че файлът има само един основен обект - номерът в MFT, а всичко останало, включително неговите потоци, е по избор.

Този подход може да се използва ефективно – например можете да „залепите“ друг поток към файл, като запишете каквито и да е данни в него.

Стандартните атрибути за файлове и директории на NTFS том имат фиксирани имена и типове кодове.

Каталогв NTFS това е специален файл, който съхранява връзки към други файлове и директории.

Каталожният файл е разделен на блокове, всеки от които съдържа

· Име на файл,

Базови атрибути и

Основната директория на диска не се различава от обикновените директории, с изключение на специална връзка към нея от началото на MFT метафайла.

Вътрешната структура на директорията е двоично дърво като в HPFS.

Броят на файловете в главната и не-root директории не е ограничен.

Файловата система NTFS поддържа обектния модел за защита на NT: NTFS третира директориите и файловете като хетерогенни обекти и поддържа отделни (макар и припокриващи се) списъци за достъп за всеки тип.

NTFS осигурява сигурност на ниво файл; това означава, че правата за достъп до томове, директории и файлове могат да зависят от потребителския акаунт и групите, към които принадлежи. Всеки път, когато потребителят осъществява достъп до обект във файловата система, неговите права за достъп се проверяват спрямо списъка с разрешения на този обект. Ако потребителят има достатъчно ниво на права, искането му е удовлетворено; в противен случай искането се отхвърля. Този модел на защита се прилага както за влизане на локален потребител в NT компютри, така и за заявки за отдалечена мрежа.

NTFS също има някои функции за самолечение. NTFS поддържа различни механизми за проверка на целостта на системата, включително регистриране на транзакции, което ви позволява да възпроизвеждате операции за запис на файлове срещу специален системен дневник.

В сечфайлови операции, системата за управление на файлове записва промените в специален служебен файл. В началото на операция, свързана с промяна на файловата структура, се прави съответна бележка. Ако възникне някаква неизправност по време на операции с файлове, тогава споменатата маркировка за началото на операцията остава посочена като непълна. Проверката на целостта на файловата система след рестартиране на машината ще отмени тези незавършени операции и ще възстанови файловете в първоначалното им състояние. Ако операцията по модифициране на данни във файлове завърши нормално, тогава операцията се маркира като завършена в този файл за поддръжка на регистрация.

Основният недостатък на файловата системаNTFS- служебните данни заемат много място (например всеки елемент от каталога заема 2 KB) - за малки дялове служебните данни могат да заемат до 25% от обема на носителя.

Þ NTFS не може да се използва за форматиране на флопи дискове. Не го използвайте за форматиране на дялове под 100 MB.

OS файлова система UNIX

В света на UNIX има няколко различни вида файлови системи със собствена външна структура на паметта. Най-известните са традиционната файлова система UNIX System V (s5) и семейството файлове на BSD UNIX (ufs).

Помислете за s 5.

Файлът в UNIX е набор от символи за произволен достъп.

Файлът има такава структура, която потребителят му налага.

Файловата система Unix е йерархична, многопотребителска файлова система.

Файловата система има дървовидна структура. Върховете (междинни възли) на дървото са директории с връзки към други директории или файлове. Листата на дървото съответстват на файлове или празни директории.

Коментирайте.Всъщност файловата система на Unix не е дървовидна. Факт е, че системата има възможност за нарушаване на йерархията под формата на дърво, тъй като е възможно да се асоциира множество имена с едно и също файлово съдържание.

Структура на диска

Дискът е разделен на блокове. Размерът на блока от данни се определя при форматиране на файловата система с командата mkfs и може да бъде настроен на 512, 1024, 2048, 4096 или 8192 байта.

Ние броим 512 байта (размер на сектора).

Дисковото пространство е разделено на следните области (виж фигурата):

· Блок за зареждане;

· Контролен суперблок;

· Масив от i -възли;

· Зона за съхранение на съдържанието (данните) на файловете;

· Набор от безплатни блокове (свързани в списък);

Блок за зареждане

Суперблок

i - възел

. . .

i - възел

Коментирайте.За файловата система UFS - всичко това се повтаря за групата цилиндри (с изключение на блока за зареждане) + е разпределена специална област за описание на групата цилиндри

Блок за зареждане

Блокът се намира в блок №0. (Припомнете си, че поставянето на този блок в нулевия блок на системното устройство се определя от хардуера, тъй като хардуерният зареждащ модул винаги се отнася до нулевия блок на системното устройство. Това е последният компонент на файловата система, който зависи от хардуера.)

Блокът за стартиране съдържа бустерна програма, която се използва за стартиране на UNIX OS за първи път. В s 5 файлови системи всъщност се използва само зареждащият блок на основната файлова система. Допълнителните файлови системи имат тази област, но не се използват.

Суперблок

Той съдържа оперативна информация за състоянието на файловата система, както и информация за настройките на файловата система.

По-специално, суперблокът съдържа следната информация

· Броят на i -възлите (инодите);

· Размерът на секцията ???;

· Списък на безплатните блокове;

· Списък със свободни i -възли;

· и други.

Обърни внимание! Формуляри за свободно дисково пространство свързан списък с безплатни блокове... Този списък се съхранява в суперблок.

Елементите на списъка са масиви от 50 елемента (ако блок = 512 байта, тогава елемент = 16 бита):

· В елементите на масив от 1 до 48 се записват номерата на свободните блокове от пространството на файловите блокове от 2 до 49.

Елемент № 0 съдържа указател към продължението на списъка и

· Последният елемент (№ 49) съдържа указател към свободен елемент в масива.

Ако някой процес се нуждае от свободен блок, за да разшири файла, тогава системата избира елемент от масив чрез указател (към свободен елемент) и блокът с номера, съхранен в този елемент, се дава на файла. Ако файлът е съкратен, тогава освободените числа се добавят към масива от свободни блокове и указателят към свободен елемент се коригира.

Тъй като размерът на масива е 50 елемента, са възможни две критични ситуации:

1. Когато освобождаваме блокове от файлове и те не могат да се поберат в този масив. В този случай един свободен блок се избира от файловата система и напълно попълненият масив от свободни блокове се копира в този блок, след което стойността на указателя към свободния елемент се нулира и в нулевия елемент на масива, който е в суперблока, се записва номерът на блока, който системата е избрала да копира съдържанието на масива... В този момент се създава нов елемент от безплатния списък (по 50 елемента всеки).

2. Когато съдържанието на елементите на масива от свободни блокове е изчерпано (в този случай нулевият елемент на масива е равен на нула) Ако този елемент не е равен на нула, това означава, че има разширение на масива. Това продължение се чете в копие на суперблока в RAM.

Списък с безплатниi -възли... Това е буфер от 100 елемента. Той съдържа информация за 100 номера на i-възел, които са безплатни в момента.

Суперблокът винаги е в RAM

Þ всички операции (освобождаване и изземване на блокове и i-възли се извършват в RAM Þ минимизиране на обмените с диска.

Но!Ако съдържанието на суперблока не бъде записано на диска и захранването е изключено, тогава ще възникнат проблеми (несъответствие между реалното състояние на файловата система и съдържанието на суперблока). Но това вече е изискване за надеждността на системния хардуер.

Коментирайте... Множество копия на суперблока се поддържат във файловите системи UFS за подобряване на устойчивостта (едно копие на група цилиндъри)

Област на Inode

Това е масив от описания на файлове, наречен i -възли (аз -възел). (64 байта?)

Всеки дескриптор на inode (i -node) на файла съдържа:

Тип файл (файл / директория / специален файл / fifo / сокет)

Атрибути (права за достъп) - 10

Идентификатор на собственика на файла

Идентификаторът на групата на собственика на файла

Време за създаване на файл

Време за промяна на файла

Времето на последния достъп до файла

Дължина на файла

Броят на връзките към даден i -възел от различни директории

Адреси на файлови блокове

!Забележка... Тук няма име на файл

Нека разгледаме по-подробно как е организирано блокиране на адресиранекъдето се намира файлът. И така, в полето с адреси са номерата на първите 10 блока на файла.

Ако файлът надхвърли десет блока, започва да работи следният механизъм: 11-ият елемент на полето съдържа номера на блока, който съдържа 128 (256) връзки към блоковете на този файл. В случай, че файлът е още по-голям, тогава се използва 12-ият елемент от полето - той съдържа номера на блока, който съдържа 128 (256) номера на блок, като всеки блок съдържа 128 (256) номера на блок от файловата система. И ако файлът е още по-голям, тогава се използва елемент 13 - където дълбочината на влагане на списъка се увеличава с още един.

По този начин можем да получим файл с размер (10 + 128 + 128 2 + 128 3) * 512.

Това може да бъде представено по следния начин:

Адрес на 1-ви блок на файла

Адрес на 2-ри блок на файла

Адрес на 10-ти блок на файла

Индиректен блок адрес (блок с 256 блок адреса)

Блоков адрес на 2-ро непряко адресиране (блок с 256 адреса на блокове с адреси)

Блоков адрес на 3-то непряко адресиране (блок с блок адреси с блок адреси с адреси)

Защита на файлове

Сега нека обърнем внимание на идентификаторите на собственика и групата и битовете за сигурност.

Unix OS използва потребителска йерархия на три нива:

Първото ниво са всички потребители.

Второто ниво са потребителски групи. (Всички потребители са разделени на групи.

Третото ниво е конкретен потребител (Групите се състоят от реални потребители). Поради тази тристепенна потребителска организация, всеки файл има три атрибута:

1) Собственикът на файла. Този атрибут е свързан с един конкретен потребител, който автоматично се присвоява от системата като собственик на файла. Можете да станете собственик по подразбиране, като създадете файл, а има и команда, която ви позволява да промените собственика на файл.

2) Защита на достъпа до файла. Достъпът до всеки файл е ограничен до три категории:

· Права на собственика (какво може да прави собственикът с този файл, като цяло - не е задължително нищо);

· Правата на групата, към която принадлежи собственикът на файла. Собственикът не е включен тук (например файлът може да бъде затворен за четене за собственика и всички останали членове на групата могат свободно да четат от този файл;

· Всички останали потребители на системата;

Три действия се регулират от тези три категории: четене от файл, запис във файл и изпълнение на файл (в системната мнемоника R, W, X, съответно). Във всеки файл са дефинирани тези три категории - кой потребител може да чете, кой да пише и кой може да го изпълнява като процес.

Организиране на директории

От гледна точка на операционната система, директорията е обикновен файл, който съдържа информация за всички файлове, които принадлежат към директорията.

Елементът от каталога се състои от две полета:

1) номера на i -възела (поредния номер в масива от i -възли) и

2) име на файла:

Всяка директория съдържа две специални имена: ‘.’ е самата директория; „..“ е родителската директория.

(За основната директория родителят се позовава на себе си.)

Като цяло директорията може да съдържа множество записи, отнасящи се до един и същ i -възел, но директорията може да не съдържа записи със същото име. Тоест произволен брой имена могат да бъдат свързани със съдържанието на файла. Нарича се обвързване... Извиква се елемент от директорията, отнасящ се до един файл комуникация.

Файловете съществуват независимо от записи в директорията, а връзките към директории всъщност сочат към физически файлове. Файлът "изчезва", когато се премахне последната връзка, сочеща към него.

Така че, за да получите достъп до файл по име,операционна система

1. намира това име в директорията, съдържаща файла,

2. получава номера на i-възела на файла,

3.от числото намира i-възела в областта на i-възлите,

4.от i-възела получава адресите на блоковете, в които се намират файловите данни,

5. по адреси на блокове чете блокове от областта с данни.

Структура на дисковия дял в ВЪНШ2 FS

Цялото пространство на дял е разделено на блокове. Един блок може да бъде с размер 1, 2 или 4 килобайта. Блокът е адресируема единица дисково пространство.

Блоковете в тяхната област се комбинират в групи от блокове. Групите от блокове във файловата система и блоковете в рамките на група се номерират последователно, започвайки от 1. Първият блок на диска е номериран 1 и принадлежи към група с номер 1. Общият брой блокове на диск (в дисков дял) е делител на размера на диска, изразен в сектори. И броят на блоковите групи не е необходим за разделяне на броя на блоковете, тъй като последната група от блокове може да не е пълна. Началото на всяка група блокове има адрес, който може да бъде получен като ((номер на групата - 1) * (брой блокове в групата)).

Всяка група блокове има една и съща структура. Структурата му е показана в таблицата.

Първият елемент от тази структура (суперблок) е еднакъв за всички групи, а всички останали са индивидуални за всяка група. Суперблокът се съхранява в първия блок на всяка група блокове (с изключение на група 1, която съдържа записа за зареждане в първия блок). Суперблоке началната точка на файловата система. Той е с размер 1024 байта и винаги се намира на 1024 байта от началото на файловата система. Наличието на множество копия на суперблока се дължи на изключителното значение на този елемент от файловата система. Дублиращи се суперблокове се използват за възстановяване при срив на файловата система.

Съхранената в суперблока информация се използва за организиране на достъп до останалите данни на диска. Суперблокът определя размера на файловата система, максималния брой файлове в дяла, количеството свободно пространство и съдържа информация къде да се търсят неразпределени области. Когато ОС се стартира, суперблокът се чете в паметта и всички промени във файловата система първо се отразяват в копието на суперблока в операционната система и се записват на диск само периодично. Това подобрява производителността на системата, тъй като много потребители и процеси непрекъснато актуализират файлове. От друга страна, при изключване на системата суперблокът трябва да бъде записан на диск, което не позволява изключване на компютъра чрез просто изключване на захранването. В противен случай при следващото зареждане информацията, записана в суперблока, няма да съответства на реалното състояние на файловата система.

След суперблока са груповите дескриптори. Това описание съдържа:

Адресът на блока, съдържащ блоковата растерна карта на дадената група;

Адресът на блока, съдържащ растерното изображение на inode за групата;

Адресът на блока, съдържащ таблицата с inode на групата;

Брояч на броя на свободните блокове в тази група;

Броят на свободните inode в тази група;

Броят на inodes в тази група, които са директории

и други данни.

Информацията, съхранена в описанието на групата, се използва за намиране на растерните изображения на блока и inode и таблицата inode.

Файлова системаВн 2 се характеризира с:

• йерархична структура,
• последователна обработка на масиви от данни,
• динамично файлово разширение,
• защита на информацията във файлове,
• третиране на периферни устройства (като терминали и лентови устройства) като файлове.

Вътрешно представяне на файлове

Всеки файл в Ext 2 има уникален индекс. Индексът съдържа информацията, която всеки процес има нужда за достъп до файла. Обработва файлове за достъп, като използва добре дефиниран набор от системни повиквания и идентифицира файла с низ от знаци, които действат като отличително име на файл. Всяко отличително име идентифицира уникално файл, така че ядрото превежда това име в индекс за файла. Индексът включва таблица с адреси за местоположението на информацията за файла на диска. Тъй като всеки блок на диска се адресира със собствен номер, тази таблица съхранява колекция от номера на дискови блокове. За гъвкавост ядрото добавя парчета към файл наведнъж, позволявайки информацията за файла да бъде разпръсната из цялата файлова система. Но това оформление усложнява задачата за намиране на данни. Адресната таблица съдържа списък с номера на блокове, съдържащи информация, принадлежаща към файла.

Файлови inodes

Всеки файл на диска има съответен файл inode, който се идентифицира с неговия пореден номер - индекса на файла. Това означава, че броят на файловете, които могат да бъдат създадени във файлова система, е ограничен от броя на inodes, който или е изрично посочен при създаването на файловата система, или се изчислява въз основа на физическия размер на дисковия дял. Inodes съществуват на диска в статична форма и ядрото ги чете в паметта, преди да започне да работи с тях.

Inode на файла съдържа следната информация:

- Типът и правата за достъп до този файл.

Собственик Uid.

Размер на файла в байтове.

Времето на последния достъп до файла (Време за достъп).

Времето на създаване на файла.

Часът на последната промяна на файла.

Време за изтриване на файл.

Идентификатор на група (GID).

Връзките се броят.

Броят на блоковете, заети от файла.

Файлови флагове

Запазено за ОС

Указатели към блоковете, в които са записани файловите данни (пример за директно и непряко адресиране на фиг. 1)

Версия на файла (за NFS)

ACL файл

ACL на директория

Адрес на фрагмента

Номер на фрагмента

Размер на фрагмента

Каталози

Директориите са файлове.

Ядрото съхранява данни в директория точно както прави в обикновен файл, използвайки индексна структура и блокове с нива на пренасочване и индиректно адресиране. Процесите могат да четат данни от директории по същия начин, по който четат обикновените файлове, но изключителният достъп за запис до директорията е запазен от ядрото, за да се гарантира, че структурата на директорията е правилна.).

Когато процесът използва път към файла, ядрото търси в директориите подходящия номер на inode. След като името на файла е преобразувано в номер на inode, този дескриптор се поставя в паметта и след това се използва в следващите заявки.

Допълнителни функции на EXT2 FS

В допълнение към стандартните функции на Unix, EXT2fs предоставя някои допълнителни функции, които обикновено не се поддържат от файловите системи на Unix.

Файловите атрибути ви позволяват да промените отговора на ядрото, когато работите с набори файлове. Можете да зададете атрибути на файл или директория. Във втория случай файловете, създадени в тази директория, наследяват тези атрибути.

По време на монтирането на системата могат да бъдат инсталирани някои функции, свързани с файловите атрибути. Опцията за монтиране позволява на администратора да избере как да се създават файловете. В специфична за BSD файлова система файловете се създават със същия групов ID като родителската директория. Характеристиките на System V са малко по-сложни. Ако дадена директория има зададен бит setgid, тогава генерираните файлове ще заразят груповия идентификатор на тази директория, а поддиректориите наследяват идентификатора на групата и бита setgid. В противен случай файловете и директориите се създават с идентификатора на основната група на процеса на извикване.

Системата EXT2fs може да използва синхронна модификация на данни, подобна на системата BSD. Опцията за монтиране позволява на администратора да посочи, че всички данни (иноди, битови блокове, индиректни блокове и блокове на директории) се записват на диска в синхрон, когато се променят. Това може да се използва за постигане на висока пропускателна способност при запис на данни, но също така влошава производителността. Всъщност тази функция обикновено не се използва, тъй като освен влошаване на производителността, тя може да доведе до загуба на потребителски данни, които не са маркирани при проверка на файловата система.

EXT2fs ви позволява да изберете размера на логическия блок при създаване на файлова система. Той може да бъде с размер 1024, 2048 или 4096 байта. Използването на големи блокове води до по-бързи I/O операции (тъй като броят на заявките към диска намалява) и следователно до по-малко движение на главата. От друга страна, използването на големи блокове води до загуба на дисково пространство. Обикновено последният блок на файл не се използва напълно за съхранение на информация, следователно с увеличаване на размера на блока се увеличава количеството на губеното дисково пространство.

EXT2fs ви позволява да използвате ускорени символни връзки. При използване на такива връзки блоковете данни на файловата система не се използват. Името на целевия файл не се съхранява в блока данни, а в самия inode. Тази структура ви позволява да спестите дисково пространство и да ускорите обработката на символни връзки. Разбира се, мястото, запазено за дескриптора, е ограничено, така че не всяка връзка може да бъде представена като ускорена. Максималната дължина на име на файл в ускорена връзка е 60 знака. В близко бъдеще се планира разширяване на тази схема за малки файлове.

EXT2fs следи състоянието на файловата система. Ядрото използва отделно поле в суперблока, за да посочи състоянието на файловата система. Ако файловата система е монтирана в режим на четене/запис, тогава нейното състояние е настроено на "Not Clean". Ако бъде демонтиран или преинсталиран в режим само за четене, тогава състоянието му е настроено на "Clean". По време на стартиране на системата и проверка на състоянието на файловата система, тази информация се използва, за да се определи дали файловата система трябва да бъде проверена. Ядрото също поставя някои грешки в това поле. Когато ядрото открие несъответствие, файловата система се маркира като "Грешка". Проверката на файловата система тества тази информация, за да провери системата, дори ако нейното състояние всъщност е "Чисто".

Дългосрочното игнориране на тестването на файловата система понякога може да доведе до някои трудности, затова EXT2fs включва два метода за редовна проверка на системата. Суперблокът съдържа брояча за системно монтиране. Този брояч се увеличава всеки път, когато системата е монтирана в режим на четене/запис. Ако стойността му достигне своя максимум (тя също се съхранява в суперблока), програмата за тестване на файловата система започва да го проверява, дори ако състоянието му е "Чист". Времето на последната проверка и максималният интервал между проверките също се съхраняват в суперблока. Когато се достигне максималният интервал между проверките, състоянието на файловата система се игнорира и нейната проверка се стартира.

Оптимизиране на производителността

Системата EXT2fs съдържа много функции, които оптимизират нейната производителност, което води до увеличаване на скоростта на обмен на информация при четене и запис на файлове.

EXT2fs активно използва дисковия буфер. Когато трябва да се прочете блок, ядрото издава I/O заявка за няколко близки блока. По този начин ядрото се опитва да се увери, че следващият блок за четене вече е зареден в дисковия буфер. Такива операции обикновено се извършват чрез последователно четене на файлове.

Системата EXT2fs също съдържа голям брой оптимизации за разполагане на информация. Блоковите групи се използват за комбиниране на съответните inodes и блокове от данни. Ядрото винаги се опитва да постави блоковете данни на един файл в една и съща група, както и неговия дескриптор. Това има за цел да намали движението на задвижващите глави при четене на дескриптора и съответните блокове данни.

Когато записва данни във файл, EXT2fs предварително разпределя до 8 последователни блока, когато разпределя нов блок. Този метод ви позволява да постигнете висока производителност, когато системата е силно натоварена. Той също така позволява да се разпределят последователни блокове от файлове, което прави последващите четения по-бързи.

Файлова системаЕ, от една страна, система за управление на даннисъхранявани на външно устройство за съхранение. За да организира съхранението на данни на външно устройство, да осъществява достъп до тях по време на операции, ОС изгражда специални таблици и справочници. Дисковото пространство може да бъде организирано по различни начини. Следователно, от друга страна, файлова система- ти си данни и сервизна информация, използвани за управление на тези данни, намиращи се на едно устройство, организиране на тяхното въвеждане и съхранение, извършване на операции върху тях (едно устройство - една файлова система). Начинът за организиране на съхранение на данни на външни устройства зависи от файловите системи, използвани в ОС.

Понастоящем различните операционни системи на Microsoft използват различни типове файлови системи... Всеки от тях има свои собствени характеристики и, за съжаление, те може да не бъдат разпознати от "не-родни" операционни системи.

Старата файлова система FAT16 се разпознава от всички операционни системи след MS-DOS, поддържа се от Windows, Windows NT, OS/2 и Unix, но е много неефективна, губи се много дисково пространство. FAT32 може да причини проблеми при инсталиране на множество операционни системи на компютър. Таблицата по-долу показва възможностите на ОС за поддръжка на различни файлови системи.

FAT файлова системапредназначени за малки устройства и прости структури на директории. Основата на неговата организация е таблицата FAT (File Allocation Table). Тази система е ефективна само на логически устройства, които не са по-големи от 256 MB. Дисковото пространство при поставяне на данни с помощта на FAT може да се разпределя само цяло клъстери, така че дисковото пространство може да бъде пропиляно, ако разпределеният файл не запълни целия клъстер, който му е разпределен последно (например, ако размерът на клъстера е 32 KB, тогава поставянето на 10 KB файл на диска няма да използва 22 KB от дискова памет, разпределена за този файл).

В случай на повреда (например внезапно прекъсване на захранването), информацията за местоположението на веригата от клъстери, заети от файла, може да бъде загубена. Информацията в FAT може да бъде повредена. Това може да доведе до появата на "боклук" на диска - клъстери, недостъпни за използване.

За да възстанови файловата система, ОС включва специални помощни програми, които сканиране(проверете) диска и потърсете физически повреди и грешки във файловата система.

Общото ограничение за размер на диска при използване на FAT е 2 GB. Когато използвате FAT, размерът на главната директория е ограничен (512 файла или папки и дори по-малко при използване на дълги имена).

FAT се съхранява в началото на диска. За да се повиши надеждността на работата, се създава нейно копие.

FAT32 файлова системаОсигурява предимства пред внедряването на FAT: поддържат се дискове до 2 TB; по-ефективно използване на дисковото пространство (използват се клъстери от 4, 8, 16 и 32 KB); премахва се ограничението за размера на основната директория (съхранява се, както всички други папки и файлове, под формата на верига от клъстери); осигурява по-голяма надеждност и по-бързо зареждане на програмите.

Основната цел на изпълнението файлова система NTFS(NT File System) трябваше да осигури комбинация от висока производителност, надеждност и ефективност. Тази система реализира високоскоростно изпълнение на стандартни операции с файлове (търсене, четене, запис). NTFS поддържа контрол на достъпа до данни и привилегии на собственик. В тази система можете да зададете права (правомощия) за достъп до устройства, папки и отделни файлове.

Файловата система NTFS има следните допълнителни функции: регистриране на активността на диска (дневник на транзакциите) ви позволява бързо да извършвате възстановяване на диска след неуспехи (всяка I/O операция, която променя даден файл, се счита за транзакция, т.е. за неделима операция, която трябва да бъде напълно завършен и в случай на повреда системата се връща към началото си); гъвкавите опции за форматиране осигуряват по-ефективно използване на дисковото пространство; опциите за компресиране ви позволяват да компресирате отделни файлове и директории (с размери на клъстера до 4 KB); томовете могат да се разширяват и да използват дисково пространство, което не е разпределено на други дялове; ивици обеми осигуряват възможност за ускоряване на достъпа до данни; огледални и RAID-5 томове осигуряват отказоустойчиво съхранение на данни.

Файловата система NTFS 5 въвежда нови функции: Windows поддържа разпределена файлова система(DFS - разпределена файлова система), която ви позволява да комбинирате всички мрежови ресурси в един логически том, и криптирана файлова система(EFS означава Encrypting File System), което е добавка към NTFS, която я допълва с възможности за криптиране на данни.

Файлови системи

Информацията върху дисковете се записва в сектори с фиксирана дължина, като всеки сектор и местоположение на всеки физически запис (сектор) на диска се идентифицира еднозначно с три числа: номерата на повърхността на диска, цилиндъра и сектора на пистата. И дисковият контролер работи с диска в тези условия. И потребителят иска да използва не сектори, цилиндри и повърхности, а файлове и директории. Следователно операционната система или друга програма трябва, когато работи с файлове и директории на дискове, да преведе в действия, които са разбираеми за контролера: четене и запис на определени сектори на диска. И за това е необходимо да се установят правилата, по които се извършва този превод, тоест на първо място да се определи как информацията трябва да се съхранява и организира на дискове.

Файловата система е набор от конвенции, които управляват организацията на данни на носители за съхранение. Наличието на тези споразумения позволява на операционната система, други програми и потребители да работят с файлове и директории.

Файловата система дефинира:

1. как се съхраняват файлове и директории на диск;

2. каква информация се съхранява за файлове и директории;

3. как можете да разберете кои части на диска са свободни и кои не;

4. формат на каталози и друга служебна информация на диска.

За да използвате дискове, записани с определена файлова система, операционната система или специална програма трябва да поддържа тази файлова система.

Информацията се съхранява главно на дискове, а файловите системи, използвани върху тях, определят организацията на данните на твърди магнитни дискове.

Операционните системи от семейството на MS Windows използват следните файлови системи - FAT, FAT 32, NTFS.

FAT файлова система

FAT е най-простата файлова система, поддържана от Windows NT. Основата на файловата система FAT е таблицата за разпределение на файлове, която се намира в самото начало на тома. Две копия на тази таблица се съхраняват на диск в случай на повреда. Освен това таблицата за разпределение на файлове и главната директория трябва да се съхраняват на определено място на диска (за да се определи правилно местоположението на файловете за зареждане). Диск, форматиран с файловата система FAT, е разделен на клъстери, чийто размер зависи от размера на тома. Едновременно със създаването на файла се създава запис в директорията и се задава номерът на първия клъстер, съдържащ данните. Този запис в таблицата за разпределение на файлове сигнализира, че това е последният клъстер във файла, или сочи към следващия клъстер.

Актуализирането на таблицата за разпределение на файлове е важно и отнема много време. Ако не се актуализира редовно таблицата за разпределение на файлове, това може да доведе до загуба на данни. Продължителността на операцията се обяснява с необходимостта от преместване на четящите глави към логическата нулева писта на диска всеки път, когато таблицата на FAT се актуализира. Директорията FAT няма конкретна структура и файловете се записват на първото намерено свободно дисково пространство. В допълнение, файловата система FAT поддържа само четири файлови атрибута: System, Hidden, Read Only и Archive.

На компютър, базиран на Windows NT, деинсталирането не може да бъде отменено на нито една от поддържаните файлови системи. Uninstall Undo се опитва да получи директен достъп до хардуера, което не е възможно с Windows NT. Въпреки това, ако файлът е бил на FAT дял, тогава стартирайки компютъра в режим MS-DOS, можете да отмените изтриването на файла. Файловата система FAT е най-подходяща за използване на дискове и дялове до 200 MB, тъй като се стартира с минимални разходи.

По принцип не трябва да използвате файловата система FAT за дискове и дялове, по-големи от 200 MB. Това е така, защото с нарастването на размера на тома производителността на файловата система FAT намалява бързо. Не можете да задавате разрешения за файлове, разположени на FAT дялове. FAT дяловете са ограничени по размер: 4 GB за Windows NT и 2 GB за MS-DOS.

Разбиране на файловите системи

Windows 2000 поддържа следните файлови системи: FAT, FAT32 и NTFS. Този раздел предоставя кратък преглед на тези файлови системи. Следните фактори влияят върху избора на файлова система:

	Целта, за която се предполага да се използва компютърът.
	Хардуерна платформа.
	Броят на твърдите дискове и техният капацитет.
	Изисквания за безопасност.
	Приложения, използвани в системата

Windows 2000 поддържа разпределена файлова система(Разпределена файлова система, DFS) и криптираща файлова система(Шифрова файлова система, EFS). Въпреки че DFS и EPS се наричат ​​"файлови системи", те не са в тесния смисъл на думата. Например, DFS е разширение на мрежова услуга, която ви позволява да комбинирате мрежови ресурси, разположени в дялове с различни файлови системи, в един логически том. Що се отнася до EPS, това е добавка към NTFS, която допълва NTFS с възможности за криптиране на данни.

Файлови системи FAT и FAT32

FAT (най-често FAT 16 в една глава) е проста файлова система, предназначена за малки дискове и прости структури на директории. Името му идва от името на метода, използван за организиране на файлове - таблицата за разпределение на файлове (FAT). Тази таблица се намира в началото на тома. За да се защити томът, на него се съхраняват две копия на FAT. В случай на повреда на първото копие на FAT

дисковите помощни програми (като Scandisk) могат да използват второто копие за възстановяване на тома. Таблицата за разпределение на файлове и главната директория трябва да се намират на строго фиксирани адреси, така че файловете, необходими за стартиране на системата, да са разположени правилно.

По принцип на конструкция FAT е подобен на съдържанието на книга, тъй като операционната система го използва, за да намери файл и да определи клъстерите, които този файл заема на твърдия диск. Първоначално Microsoft разработи FAT за управление на файлове на флопи дискове и едва след това го прие като стандарт за управление на MS-DOS дискове. Първоначално флопи дисковете и малките твърди дискове (по-малко от 16 MB) използваха 12-битовата версия на FAT (наречена FAT12). В MS-DOS v. 3.0 беше въведена 16-битова версия на PAT за по-големи дискове. FAT 12 в момента се използва на много малки носители (или много стари дискове). Например, всички 1,44 MB 3,5" дискети са форматирани за FAT16, а всички 5,25" дискети са форматирани за FAT12.

Том, форматиран за FAT12 и FAT16, е разделен на дялове клъстери.Размерът на клъстера по подразбиране се определя от размера на тома (повече информация за размерите на клъстера е предоставена по-късно в тази глава). Таблицата за местоположение на файла и нейното архивиране съдържат следната информация за всеки клъстер в тома:

	Неизползван (клъстерът не се използва).
	Клъстер, използван от файл.
	Лош клъстер
	Последен клъстер във файл.

Основната папка съдържа записи за всеки файл и всяка папка, намираща се в основната папка. Единствената разлика между основната папка и останалите е, че тя заема добре дефинирано място на диска и има фиксиран размер (не повече от 512 записа за твърд диск; за флопи дискове този размер се определя от техния размер ).

	Име (във формат 8.3).
	Атрибутен байт (8 бита полезна информация, която е описана подробно по-долу).
	Време за създаване (24 бита).
	Дата на създаване (16 бита).
	Дата на последен достъп (16 бита).
	Време на последната модификация (16 бита).
	Дата на последната модификация (16 бита).
	Началният номер на клъстера на файла в таблицата за местоположение на файла (16 бита).
	Размер на файла (32 бита).

Структурата на папките FAT не е добре организирана и на файловете се присвояват първите налични адреси на клъстери в тома. Началният номер на клъстер на файла е адресът на първия клъстер, зает от файла в таблицата за местоположение на файла. Всеки клъстер съдържа указател към следващия клъстер, използван от файла, или индикатор (OxFFFF), показващ, че този клъстер е последният клъстер във файла.

Информацията за папката се използва от операционни системи, които поддържат файловата система FAT. Освен това Windows 2000 може да съхранява папки в записи допълнителна временна информация(времеви печати). Тези допълнителни временни атрибути показват кога е създаден файлът и кога е бил осъществен за последен достъп. Основно допълнителните атрибути се използват от POSIX приложенията.

Файловете на дискове имат 4 атрибута, които могат да бъдат нулирани и зададени от потребителя - Архив, Система, Скрит и Само за четене.

В Windows NT 3.5 и по-нови, файловете, създадени или преименувани на FAT томове, използват атрибутни битове, за да поддържат дълги имена на файлове по начин, който не противоречи на методите за достъп до тома, използвани от MS-DOS и OS / 2. За файл с дълго име Windows NT / 2000 генерира кратко име във формат 8.3. В допълнение към този стандартен елемент, Windows NT / 2000 създава един или повече допълнителни записи за файла, по един за всеки 13 знака от дългото име. Всеки от тези допълнителни записи съдържа съответната част от дългото име на файл във формат Unicode. Windows NT / 2000 задава атрибути за обем за допълнителни записи, както и скрит системен файл само за четене, така че

маркирайте ги като част от дълго име на файл, MS-DOS и OS / 2 обикновено игнорират записи в директорията, за които са зададени всички тези атрибути, така че да са невидими за тях. Вместо това MS-DOS и OS / 2 имат достъп до файла, използвайки стандартното кратко име 8.3.

Windows NT 3.5 и по-нови поддържат дълги имена на файлове на FAT томове. Тази опция по подразбиране може да бъде деактивирана, като зададете стойността на системния регистър Win31FileSystem на 1 в следния ключ на системния регистър:

HKEY_LOCAL_MACH IN E \ System \ CiirrentControlSet \ Control \ FileSystem

Задаването на тази стойност ще попречи на Windows NT да създава дълги имена на файлове на FAT томове, но няма да засегне вече създадените дълги имена на файлове.

В Windows NT / 2000 FAT16 работи точно както в MS-DOS, Windows 3.1x и Windows 95/98. Поддръжката за тази файлова система беше включена в Windows 2000, тъй като тя е съвместима с повечето операционни системи от други доставчици на софтуер. В допълнение, използването на FAT16 предоставя възможност за надграждане на по-ранни версии на операционните системи Windows до Windows 2000.

32-битовата файлова система FAT32 беше въведена с пускането на Windows 95 OSR2 и се поддържа в Windows 98 и Windows 2000. Тя осигурява оптимален достъп до твърди дискове, CD-ROM и мрежови ресурси, увеличавайки скоростта и производителността на всички I / O операции. FAT32 е подобрена версия на FAT, предназначена за използване на обеми, по-големи от 2 GB.

Том, форматиран да използва FAT32, подобно на том FAT16, се разделя на клъстери. Размерът на клъстера по подразбиране се определя от размера на тома. Таблица 7.1 сравнява размерите на клъстерите за FAT16 и FAT32 в зависимост от размера на диска.

За да се осигури максимална съвместимост със съществуващи приложения, мрежи и драйвери на устройства, FAT32 е внедрен с минимални възможни промени в архитектурата и вътрешните структури от данни. Всички дискови помощни програми на Microsoft (Format, FDISK, Defrag и ScanDisk) са преработени, за да поддържат FAT32. В допълнение, Microsoft върши страхотна работа в подкрепа на водещи производители на драйвери за устройства и помощни програми за дискове, за да помогне и предостави поддръжка на FAT32 в техните продукти. Таблица 7.2 се прави опит да се сравнят характеристиките на FAT16 и FAT32.

Файлова система NTFS

Файловата система на Windows NT (NTFS) осигурява комбинация от производителност, надеждност и ефективност, която не може да бъде постигната с никоя от реализациите на FAT (както FAT16, така и FAT32). Основните цели на разработката на NTFS бяха да осигури високоскоростно изпълнение на стандартни операции с файлове (включително четене, писане, търсене) и предоставяне на допълнителни възможности, включително поправяне на повредена файлова система на изключително големи дискове.

NTFS има функции за сигурност, които поддържат контрол на достъпа до данни и привилегии на собственик, които са от решаващо значение за гарантиране на целостта на чувствителни, чувствителни данни. NTFS папките и файловете могат да имат права за достъп, присвоени им, независимо дали са публични или не. NTFS е единствената файлова система в Windows NT / 2000, която ви позволява да присвоявате права за достъп на отделни файлове. Ако обаче файл се копира от NTFS дял или том в FAT дял или том, всички NTFS разрешения и други уникални атрибути ще бъдат загубени.

Файловата система NTFS, подобно на FAT, използва клъстери като основна единица на дисковото пространство. В NTFS размерът на клъстера по подразбиране (когато не е посочен нито от командата за форматиране, нито от добавката Управление на дискове)зависи от размера на обема. Ако използвате помощната програма на командния ред FORMAT за форматиране на NTFS том, можете да посочите желания размер на клъстера като параметър на тази команда. Размерите на клъстерите по подразбиране са показани в таблицата. 7.3.

Форматирането на том за NTFS създава множество системни файловеи таблица с основни файлове(Главна таблица с файлове, MFT). MFT съдържа информация за всички файлове и папки в NTFS тома. NTFS е обектно-ориентирана файлова система, която третира всички файлове като обекти с атрибути. Почти всички обекти, които съществуват в том, са файлове и всичко във файла е атрибути - включително атрибути на данни, атрибути за защита, атрибути на името на файла. Всеки зает сектор в NTFS том принадлежи на файл. Дори метаданните на файловата система (информация, която е описание на самата файлова система) са част от файла.

Windows 2000 представи нова версия на NTFS - NTFS 5.0. Новите структури от данни, въведени с тази реализация, позволяват нови функции на Windows 2000, като квоти за използване на диск за всеки потребител, криптиране на файлове, проследяване на връзки, преходни точки(съединителни точки), вградени комплекти имоти(местен

набори от свойства). Освен това можете да добавите допълнително дисково пространство към томовете NTFS 5.0 без рестартиране. Новите функции на NTFS 5.0 са показани в табл. 7.4.

NTFS е най-добрият избор за работа с големи обеми. Трябва да се има предвид, че ако към системата се налагат повишени изисквания (които включват сигурност и използване на ефективен алгоритъм за компресия), тогава някои от тях могат да бъдат реализирани само с помощта на NTFS. Ето защо в някои случаи трябва да използвате NTFS дори при малки обеми.

Ограничения на файловата система и проблеми със съвместимостта

Таблиците по-долу (Таблици 7.5 и 7.6) обобщават съвместимостта на файловите системи NTFS и FAT, както и ограниченията, наложени на всяка от тези файлови системи.

маса

Различните операционни системи поддържат различни файлови системи. Вашият сменяем диск трябва да използва FAT32 за по-добра съвместимост, но ако планирате да съхранявате големи файлове, форматирайте с NTFS. Mac форматира дисковете към стандарта HFS +, който не работи с Windows. Linux също има свои собствени файлови системи.

Защо са толкова много?

Файлова система 101

Различните файлови системи са просто различни начини за организиране и съхранение на файлове на вашия твърд диск, флаш устройство или друго устройство за съхранение. Всяко устройство за съхранение има една или повече секции и всяка секция трябва да бъде "форматирана" в определен режим на файлова система. Процесът на форматиране създава празна файлова система от този тип на устройството.

Файлова системапредоставя начин за разделяне на данните на диска на отделни парчета, които са файлове. Той също така предоставя начин за съхраняване на информация за тези файлове - например техните имена, разрешения и други атрибути. Файлова системасъщо така предоставя индексен списък на файловете на диска и къде се намират на диска, така че операционната система може да види какво има на диска на едно място и не е нужно да преминава през целия диск, за да намери файл.

Операционната система трябва да разбира файловата система, за да може да показва съдържанието й, да отваря файлове и да записва файлове в тях. Ако вашата операционна система не разбира файловата система, можете да инсталирате драйвер за файлова система, който осигурява поддръжка за тази файлова система.

Файловата система на компютърния диск може да се сравни с файлова система - битовете данни на компютъра се наричат ​​"файлове" и са организирани във "файлова система", точно както хартиените файлове могат да бъдат организирани в шкафове за файлове. Има различни начини за организиране на тези файлове и съхранение на данни - това са "файлови системи".

Защо има толкова много файлови системи

Не всички файлови системи са създадени еднакви. Различните файлови системи имат различни начини за организиране на своите данни. Някои файлови системи са по-бързи от други, някои имат допълнителни функции за защита, а някои поддържат устройства с по-голям обем памет, докато други работят само на устройства с по-малко памет. Някои файлови системи са по-надеждни и устойчиви на повреда на файлове, докато други намаляват надеждността в името на скоростта.

Не съществува по-добра файлова системакоето би било подходящо за всякакви цели. Всяка компютърна операционна система има тенденция да използва собствена файлова система, върху която работят и дизайнерите на операционната система. Microsoft, Apple и разработчиците на ядрото на Linux работят върху своите файлови системи. Новите файлови системи могат да бъдат по-бързи, по-стабилни, да се мащабират по-добре за по-големи устройства за съхранение и да имат повече възможности от по-старите.

Файловата система не изглежда като дялкоето е само част от място за съхранение. Файловата система определя как файловете се декомпозират, организират, индексират и как метаданните се свързват с тях. Винаги има възможност да настроите и подобрите как се прави това.

Превключване на файлови системи

Всеки раздел има файлова система. Понякога можете да "конвертирате" файловата система на дял, но това рядко е възможно. Вместо това вероятно ще трябва първо да копирате важни данни от дяла.

Операционните системи автоматично форматират дяловете в съответната файлова система по време на инсталацията. Ако имате Windows форматиран дял, на който искате да инсталирате Linux, по време на инсталационния процес Linux ще форматира NTFS или FAT32 дяла към файловата система на Linux, предпочитана от вашата Linux дистрибуция.

По този начин, ако имате устройство за съхранение и искате да използвате различна файлова система, просто копирайте файловете от него, за да създадете резервно копие. След това използвайте инструмента Управление на дисковена прозорци gpartedна Linux или дискова помощна програмана Mac OS.

Преглед на често срещаните файлови системи

Ето кратък преглед на някои от най-често срещаните файлови системи, на които ще срещнете. Не е изчерпателно - има много други файлови системи за специални цели:

• FAT32: е една от най-старите файлови системи на Windows, но все още се използва на сменяеми носители - малки по размер. Големите външни твърди дискове от 1 TB или повече ще бъдат форматирани с NTFS така или иначе. FAT32 има смисъл да се използва само с малки устройства за съхранение или за съвместимост с други устройства като цифрови фотоапарати, игрови конзоли, конзоли и други устройства, които поддържат само FAT32, но NTFS.
• NTFS: съвременна версия на файловата система на Windows - използва се от Windows XP. Външните устройства могат да бъдат форматирани с FAT32 или NTFS.
• HFS + Mac използва HFS + за вътрешните си дялове, форматира външни устройства - използването на външен твърд диск с Time Machine изисква атрибути на файловата система да бъдат добавени към архива. Macs също могат да четат и записват файлове във файлови системи FAT32, но ще ви е необходим софтуер на трети страни, за да записвате във файлови системи NTFS от Mac.
• Ext2 / Ext3/Ext4: Често ще виждате ext2, ext3 и ext4 файлови системи в Linux. Ext2 е по-стара файлова система и липсват важни функции, като например водене на журнал - ако захранването спре или компютърът се срине, докато записва на ext2 устройство, данните може да бъдат загубени. Ext3 добавя тези характеристики на здравина с цената на известна скорост. Ext4 е по-модерна и по-бърза опция и е файловата система по подразбиране в повечето дистрибуции на Linux. Windows и Mac не поддържат тези файлови системи - имате нужда от инструмент на трета страна за достъп до файлове в такива файлови системи. Въпреки това, Linux може да чете и записва както във FAT32, така и в NTFS.
• Btrfs: Това е нова файлова система на Linux, която все още е в процес на разработка. В момента не е стандартен за повечето дистрибуции на Linux, но вероятно ще замени Ext4 един ден. Целта е да се осигури допълнителна функционалност, която позволява на Linux да се мащабира до големи обеми за съхранение.
• Размяна: В Linux файловата система "swap" всъщност не е файлова система. Дял, форматиран като "swap", може да се използва като пространство за пейджинг на операционната система - точно като файла за пейджинг на Windows, но изисква специален дял.

Има и други файлови системи, особено в Linux и други подобни на Unix системи.

Типичният компютърен потребител не трябва да знае много от този материал - но познаването на основите ще ви помогне да разберете въпроси като "защо това устройство Mac не работи с моя компютър с Windows?" и "трябва ли да форматирам този USB твърд диск като FAT32 или NTFS?"