Systém súborov v počítači. Súbory a systém súborov File OS

Pochopenie súborových systémov

Operačný systém Windows 8, podporuje viac súborových systémov: NTFS, FAT a FAT32... Ale môže to fungovať iba ďalej NTFS To znamená, že ho možno nainštalovať iba na oddiel pevného disku naformátovaný v tomto systéme súborov. Je to kvôli tým funkciám a bezpečnostným nástrojom, ktoré sú k dispozícii v NTFS ale nie je prítomný v súborových systémoch Predošlé Windows generácie: FAT16 a FAT32... Ďalej sa budeme zaoberať celým radom súborových systémov pre systém Windows, aby sme pochopili, akú úlohu zohrávajú pri prevádzke systému a ako sa vyvinuli v procese, keď sa systém Windows stal súčasťou systému Windows 8.

Výhody NTFS týka sa takmer všetkého: výkonu, spoľahlivosti a efektivity práce s údajmi (súbormi) na disku. Takže jeden z hlavných cieľov tvorby NTFS bolo zabezpečenie vysokorýchlostného výkonu operácií so súbormi (kopírovanie, čítanie, mazanie, zápis), ako aj poskytovanie ďalších funkcií: kompresia údajov, obnova poškodené súbory systémy na veľkých diskoch a pod.

Ďalším hlavným účelom vytvárania NTFS od súborových systémov došlo k implementácii zvýšených bezpečnostných požiadaviek TUK, FAT32 v tomto ohľade neboli vôbec dobrí. Presne o NTFS môžete povoliť alebo odmietnuť prístup k akémukoľvek súboru alebo priečinku (rozlišovať prístupové práva).


Najprv sa pozrime na porovnávacie charakteristiky súborových systémov a potom sa podrobnejšie zaoberáme každým z nich. Porovnania sú pre väčšiu prehľadnosť uvedené v tabuľkovej forme.

Systém súborov TUK jednoducho nie je vhodný pre moderné pevné disky (kvôli obmedzeným možnostiam). Ohľadom FAT32, potom sa dá ešte použiť, ale s natiahnutím. Ak si kúpite 1 000 GB pevný disk, budete ho musieť rozdeliť najmenej na niekoľko oddielov. A ak sa chystáte na úpravu videa, budete veľmi vyrušovaní obmedzenie na 4 GB ako maximálnu možnú veľkosť súboru.

Súborový systém neobsahuje všetky tieto nedostatky. NTFS... Bez toho, aby ste sa museli rozpisovať o podrobnostiach a prístupnosti systému súborov NTFS, môžete si vybrať v jeho prospech.

Súbor
systému		 možnosti
Rozmery objemu Maximálna veľkosť súboru
TUK 1,44 MB až 4 GB 2 GB
FAT32 Teoreticky možná veľkosť zväzku je od 512 MB do 2 TB. Kompresia nie je podporovaná na úrovni systému súborov 4 GB
NTFS Minimálna odporúčaná veľkosť je 1,44 MB a maximálna 2 TB. Podpora kompresie systému súborov pre súbory, adresáre a zväzky. Maximálna veľkosť je obmedzená iba veľkosťou zväzku (teoreticky - 264 bajtov mínus 1 kilobajt. Prakticky - 244 bajtov mínus 64 kilobajtov)

Všeobecné použitie FAT32 je možné odôvodniť iba v prípadoch, keď máte v počítači nainštalovaných niekoľko operačných systémov a niektoré z nich nepodporujú NTFS... Ale dnes takí ľudia prakticky neexistujú. Pokiaľ nechcete inštalovať starožitnosti ako Windows 98.

Súborový systém FAT

Systém súborov TUK(zvyčajne to znamená TUK 16) bol vyvinutý už dávnejšie a bol určený na prácu s malými objemami diskov a súborov, jednoduchou adresárovou štruktúrou. Skratka TUK znamenať Tabuľka alokácie súborov(z anglickej alokačnej tabuľky súborov). Táto tabuľka je umiestnená na začiatku zväzku a uchovávajú sa jej dve kópie (kvôli väčšej odolnosti).
Túto tabuľku používa operačný systém na vyhľadanie súboru a určenie jeho fyzického umiestnenia na pevnom disku. Ak je tabuľka (a jej kópia) poškodená, operačný systém nemôže čítať súbory. Jednoducho nemôže určiť, kde je ktorý súbor, kde začína a kde končí. V takýchto prípadoch údajne zlyhal súborový systém.
Systém súborov TUK bol pôvodne vyvinutý spoločnosťou Microsoft pre diskety. Až potom ho začali používať pevné disky... Najprv to bolo FAT12(pre diskety a pevné disky do 16 MB), a potom to prerástlo do FAT16 ktorý bol uvedený do prevádzky s operačným systémom MS-DOS 3.0.

Súborový systém FAT32

Počnúc operačným systémom Windows 95 OSR2 začína Microsoft aktívne používať vo svojich operačných systémoch FAT32- tridsaťdva bitová verzia TUK... Čo robiť, technický pokrok nestojí na mieste a príležitosti TUK 16 očividne nestačilo.
V porovnaní s ňou FAT32 začal poskytovať optimálnejší prístup k diskom, rýchlejšie I / O operácie a tiež podporu veľkých súborov (kapacita disku až 2 TB).
V. FAT32 implementované efektívnejšie využitie miesta na disku (pomocou menších klastrov). Využite výhody FAT16 je asi 10 ... 15%. Teda pri použití FAT32 Na ten istý disk je možné zaznamenať o 10 ... 15% viac informácií ako pri použití FAT16.
Okrem toho je potrebné poznamenať, že FAT32 poskytuje vyššiu spoľahlivosť a rýchlejšie spustenie programov.
Môžu za to dve významné inovácie:
schopnosť presúvať koreňový adresár a záloha TUK(ak je hlavná kópia poškodená)

Možnosť uložiť zálohu systémových údajov.

Systém súborov NTFS

Všeobecné informácie
Žiadna z verzií FAT neposkytuje prijateľnú úroveň zabezpečenia. To, rovnako ako potreba ďalších mechanizmov súborov (kompresia, šifrovanie), viedla k potrebe vytvoriť zásadne nový súborový systém. A stal sa z toho súborový systém NT (NTFS)
NTFS- z angličtiny. Nový súborový systém - systém súborov Nová technológia
Ako už bolo spomenuté, jeho hlavnou výhodou je bezpečnosť: pre súbory a priečinky NTFS môžu byť priradené prístupové práva (čítanie, zápis atď.). Vďaka tomu sa výrazne zvýšila bezpečnosť údajov a stabilita systému. Priradenie prístupových práv vám umožňuje zakázať / povoliť akýmkoľvek používateľom a programom vykonávať akékoľvek operácie so súbormi. Bez dostatočných práv napríklad neoprávnený používateľ nebude môcť zmeniť žiadny súbor. V opačnom prípade vírus, ktorý nemá dostatočné práva, nebude môcť súbor poškodiť.
Okrem toho, NTFS, ako bolo uvedené vyššie, poskytuje lepší výkon a možnosť pracovať s veľkým objemom údajov.

Verzia je od systému Windows 2000 NTFS 5.0, ktorý vám okrem štandardných umožňuje implementovať nasledujúce funkcie:

Šifrovanie dát- táto funkcia je implementovaná špeciálnym doplnkom NTFS s názvom Šifrovací systém súborov(EFS)- šifrovací súborový systém. Vďaka tomuto mechanizmu je možné šifrované údaje čítať iba na počítači, na ktorom došlo k šifrovaniu.
Diskové kvóty- bolo možné priradiť používateľom určitú (obmedzenú) veľkosť na disku, ktorú môžu používať.
Efektívne ukladanie riedkych súborov... Existujú súbory, ktoré obsahujú veľký počet po sebe idúcich prázdnych bajtov. Systém súborov NTFS vám umožňuje optimalizovať ich úložisko.

Použitie denníka zmien- umožňuje registrovať všetky operácie prístupu k súborom a zväzkom.

A ešte jedna inovácia NTFS - montážne body... Pomocou bodov pripojenia môžete v systéme definovať rôzne nesúvisiace priečinky a dokonca aj jednotky ako jeden disk alebo priečinok. To má veľký význam pre zber heterogénnych informácií umiestnených v systéme na jednom mieste.

■ Nakoniec je potrebné mať na pamäti, že ak boli pre súbor v systéme NTFS nastavené určité prístupové práva a potom ste ho skopírovali do oddielu FAT, stratia sa všetky jeho prístupové práva a ďalšie jedinečné atribúty, ktoré sú súčasťou systému NTFS. Buď opatrný.

 Zariadenie NTFS. Tabuľka kmeňových súborov MFT.
Ako každý iný súborový systém, NTFS rozdeľuje všetok využiteľný priestor na zhluky- minimálne bloky údajov, do ktorých sú súbory rozdelené. NTFS podporuje takmer akúkoľvek veľkosť klastra od 512 bajtov do 64 kB. Všeobecne akceptovaným štandardom je však 4 kB klaster. Je to on, kto je štandardne používaný. Princíp existencie klastrov je možné ilustrovať na nasledujúcom príklade.
Ak je veľkosť vášho klastra 4 kB (čo je najpravdepodobnejšie) a potrebujete uložiť súbor s veľkosťou 5 kB, bude mu skutočne pridelených 8 kB, pretože sa nezmestí do jedného klastra a miesto na disku je vyhradené pre súbor iba podľa klastrov ...
Každý disk NTFS má špeciálny súbor - MFT (hlavná alokačná tabuľka)... Tento súbor obsahuje centralizovaný adresár všetkých súborov na disku. Pri vytváraní súboru NTFS vytvára a vypĺňa MFT zodpovedajúci záznam, ktorý obsahuje informácie o atribútoch súboru, obsahu súboru, názve súboru atď.

Okrem tohoto MFT, existuje 15 ďalších špeciálnych súborov (spolu s MFT - 16), ktoré nie sú k dispozícii operačný systém a sú volaní metasúbory... Mená všetkých metasúbory začnite postavou $ , ale nie je možné ich zobrazovať štandardnými prostriedkami operačného systému a spravidla ich nevidieť. Nasledujú napríklad základné metasúbory:

SMFT- Samotná MFT.
$ MFTmirr- kópia prvých 16 záznamov MFT umiestnených v strede disku (zrkadlo).
$ LogFile- súbor podpory protokolovania.
$ Objem- servisné informácie: štítok zväzku, verzia systému súborov atď.
$ AttrDef- zoznam štandardných atribútov súborov na zväzku.
$. - koreňový adresár.
$ Bitmapa- mapa voľného priestoru zväzku.
$ Boot - boot sektor(ak je oddiel spustiteľný).
$ Kvóta- súbor obsahujúci používateľské práva na využitie miesta na disku.
$ Upcase- tabuľka korešpondencie veľkých a malých písmen v názvoch súborov na aktuálnom zväzku.
Je to potrebné hlavne preto, že v súboroch NTFS sú názvy súborov kódované Unicode, čo je 65 tisíc rôznych znakov, je veľmi netriviálne hľadať veľké a malé ekvivalenty.
Pokiaľ ide o princíp organizácie údajov na disku NTFS, je podmienečne rozdelený na dve časti. Prvých 12% disku je alokovaných na tzv MFT-zóna- priestor, do ktorého rastie metasúbor MFT.
Do tejto oblasti nie je možné zapisovať žiadne používateľské údaje. Zóna MFT je vždy prázdna. To sa robí tak, aby najdôležitejší servisný súbor (MFT) nebol pri raste fragmentovaný. Zostávajúcich 88% jednotky tvorí konvenčné úložisko súborov.
Ak však nie je na disku dostatok miesta, zóna MFT sa môže sama zmenšiť (ak je to možné), takže nezaznamenáte žiadne nepohodlie. V takom prípade budú nové údaje už zapísané do bývalej zóny MFT.
V prípade následného uvoľnenia miesta na disku MFT-zóna opäť narastie, ale v defragmentovanej podobe (to znamená nie v jednom bloku, ale vo viacerých častiach na disku). Na tom nie je nič zlé, jednoducho sa verí, že systém je spoľahlivejší, keď Súbor MFT nie je defragmentovaný. Navyše s nedefragmentovaným súborom MFT je celý systém súborov rýchlejší. Preto čím je súbor MFT defragmentovaný, tým pomalšie funguje súborový systém.

Pokiaľ ide o veľkosť súboru MFT, je zhruba vypočítaný na základe 1 MB na 1 000 súborov.

Konvertujte oddiely FAT32 na NTFS bez straty dát. Nástroj na prevod

Existujúci oddiel FAT32 môžete jednoducho previesť na NTFS. Windows 8, Windows 8.1 na to poskytuje nástroj príkazový riadok previesť

Parametre jej práce sú uvedené na snímke obrazovky.

Ak teda chcete previesť disk D: na systém súborov NTFS, zadajte do príkazového riadka nasledujúci príkaz:

Potom budete vyzvaní, aby ste zadali štítok zväzku, ak existuje (štítok zväzku je uvedený vedľa názvu disku v okne Môj počítač... Slúži na podrobnejšie označenie diskov a môže, ale nemusí byť použitý. Napríklad to môže byť Ukladanie súborov (D:).
Ak chcete previesť jednotku flash, príkaz vyzerá takto:

previesť e: / fs: ntfs / nosecurity / x

Systém súborov vám umožňuje organizovať programy a údaje a organizovať usporiadanú správu týchto objektov.

Na operačných systémoch osobné počítače zanechal hlbokú stopu v koncepte súborového systému, ktorý je základom operačného systému Unix. V systéme Unix OS I / O subsystém zjednocuje spôsob prístupu k súborom a periférne zariadenia... V tomto prípade je súbor chápaný ako množina údajov na disku, termináli alebo inom zariadení.

Systém súborov Je funkčnou súčasťou operačného systému, ktorý poskytuje operácie so súbormi. Systém súborov vám umožňuje pracovať so súbormi a adresármi (adresármi) bez ohľadu na ich obsah, veľkosť, typ atď.

Systém súborov Je to systém správy údajov.

Systém správy údajov je systém, v ktorom sú užívatelia oslobodení od väčšiny operácií fyzického spracovania súborov a môžu sa zamerať predovšetkým na logické vlastnosti údajov.

Systémy súborov OS vytvárajú pre používateľov virtuálnu reprezentáciu externých úložných zariadení, čo im umožňuje pracovať s nimi nie na nízkej úrovni príkazov na ovládanie fyzických zariadení, ale na vysokej úrovni dátových súborov a štruktúr.

Systém súborov (cieľ):

  • skryje obrázok skutočného umiestnenia informácií v externá pamäť;
  • zaisťuje nezávislosť programov od zvláštností konkrétnej konfigurácie počítača (logická úroveň práce so súbormi);
  • poskytuje štandardné reakcie na komunikačné chyby.

Štruktúra súboru

Celá zbierka súborov na disku a vzťahy medzi nimi sa nazýva štruktúra súborov. Pokročilé operačné systémy majú hierarchickú - viacúrovňovú štruktúru súborov organizovanú vo forme stromu.

Je použitá stromová štruktúra adresárov - adresárový strom. Požičané z Unixu. Hierarchická štruktúra - štruktúra systému, ktorého časti (súčasti) sú prepojené vzťahmi zaradenia alebo podriadenosti.

Hierarchickú štruktúru zobrazuje orientovaný strom, v ktorom vrcholy zodpovedajú súčiastkam a oblúky odkazom.

adresárový strom disku G

Smerovaný strom je graf s vybratým vrcholom (koreňom), v ktorom existuje iba jedna cesta medzi koreňom a akýmkoľvek vrcholom. V tomto prípade sú možné dva varianty orientácie: buď sú všetky cesty orientované od koreňa k listom, alebo sú všetky cesty orientované od listov k koreňu.

Stromy sa používajú na opis a navrhovanie hierarchických štruktúr.

Koreň je počiatočná pozícia, listy sú konečná poloha.

Sekcie

Akýkoľvek pevný alebo magnetooptický disk počas procesu formátovania je možné rozdeliť na niekoľko častí a pracovať s nimi ako so samostatnými (nezávislými) diskami. Tieto časti sa nazývajú sekcie alebo logické disky... Rozdelenie disku na niekoľko logických diskov môže byť nevyhnutné, pretože OS nemôže pracovať s diskami, ktoré sú väčšie ako určitá veľkosť. Je veľmi výhodné ukladať údaje a používateľské programy oddelene od systémových programov (OS), pretože operačný systém môže „lietať z počítača“.

Kapitola- oblasť disku. Pod logický disk (oddiel) v počítači sa rozumie akékoľvek pamäťové médium, s ktorým operačný systém funguje ako jeden celý objekt.

Názov disku- označenie logického disku; záznam v koreňovom adresári.

Logické disky (priečky) sú označené latinskými písmenami A B C D E, ... (32 písmen od A po Z).

Písmená A, B sú vyhradené pre diskety.

C - pevný disk, z ktorého je obvykle spustený operačný systém.

Ostatné písmená sú logické jednotky, disky CD atď. Maximálna čiastka logické jednotky pre Windows - nekonečné.

V. tabuľka oddielov označuje umiestnenie začiatku a konca tejto sekcie a počet sektorov v tejto sekcii (umiestnenie a veľkosť).

Logická štruktúra súborov na disku

Na prístup k informáciám na disku v súbore potrebujete vedieť fyzickú adresu prvého sektora (povrchové číslo + číslo stopy + sektorové číslo), celkový počet klastrov obsadených týmto súborom, adresu nasledujúci klaster, ak je veľkosť súboru väčšia ako veľkosť jedného klastra

Prvky štruktúry súboru:

    počiatočný sektor (bootstrap, Zavádzací sektor);

    stôl umiestneniesúbory (FAT - tabuľka alokácie súborov);

    koreňový adresár (Koreňový adresár);

    dátová oblasť (zostávajúce voľné miesto na disku).

Boot-sektor

Boot-sektor - prvý (počiatočný) sektor disku. Nachádza sa na 0-strane, 0-koľajovej.

Boot sektor obsahuje informácie o službách:

    veľkosť klastra disku (klaster - blok, ktorý kombinuje niekoľko sektorov do skupiny, aby sa zmenšila veľkosť tabuľky FAT);

    umiestnenie tabuľky FAT (v oot sektore je ukazovateľ na miesto, kde sa nachádza tabuľka FAT);

    veľkosť tabuľky FAT;

    počet tabuliek FAT (vždy sú k dispozícii najmenej 2 kópie tabuľky na zaistenie spoľahlivosti a bezpečnosti, pretože zničenie FAT vedie k strate informácií a je ťažké ho obnoviť);

    adresa začiatku koreňového adresára a jeho maximálna veľkosť.

Zavádzací sektor obsahuje bootovací blok (bootloader) - bootovací záznam Boot Record.

Loader je servisný program, ktorý umiestni spustiteľný program do pamäte RAM a pripraví ho na spustenie.

FAT (tabuľka alokácie súborov)

FAT (File Allocation Table) - tabuľka alokácie súborov. Definuje, ktoré časti disku patria každému súboru. Dátová oblasť disku je v OS reprezentovaná ako postupnosť očíslovaných klastrov.

TUK Je pole prvkov adresujúcich klastre dátovej oblasti disku. Každý klaster dátovej oblasti zodpovedá jednému prvku FAT. Prvky FAT slúžia ako reťazec odkazov na klastre súborov v dátovej oblasti.

Štruktúra alokačnej tabuľky súborov:

FAT pozostáva z 16/32/64 bitových prvkov. Celkovo môže tabuľka obsahovať až 65 520 takýchto prvkov, každý z nich (okrem prvých dvoch) zodpovedá diskovému klastru. Klaster je jednotka, v ktorej je alokovaný priestor v dátovej oblasti na disku pre súbory a adresáre. Prvé dve položky tabuľky (očíslované 0 a 1) sú rezervované a každá z ďalších položiek tabuľky popisuje stav diskového klastra s rovnakým číslom. Položka môže naznačovať, že klaster je voľný, klaster je chybný, klaster patrí do súboru a je posledným klastrom v súbore. Ak klaster patrí do súboru a nie je jeho posledným klastrom, potom záznam v tabuľke obsahuje číslo nasledujúceho klastra v tomto súbore.

TUK Je mimoriadne dôležitým prvkom štruktúry súborov. Porušenia FAT môžu viesť k úplnej alebo čiastočnej strate informácií na celom logickom disku. Preto sú na disku uložené dve kópie FAT. Existujú špeciálne programy, ktoré monitorujú stav FAT a opravujú porušenia.

Vyžadujú rôzne operačné systémy rôzne verzie TUK

Windows 95 FAT 16, FAT 32

Windows NT (XP) NTFS

Novell Netware TurboFAT

UNIX NFS, ReiserFS

Logická štruktúra pamäťového média

Schopnosť OS „preveriť“ zložitosť skutočného zariadenia sa veľmi jasne prejavuje v jednom z hlavných subsystémov OS - systém súborov... Operačný systém virtualizuje samostatnú sadu údajov uložených na externom úložnom zariadení ako súbor - jednoduchú neštruktúrovanú sekvenciu bajtov, ktorá má symbolický názov. Na uľahčenie práce s údajmi sú súbory zoskupené do katalógy, ktoré zase tvoria skupiny - adresáre ďalších vysoký stupeň... Užívateľ môže používať operačný systém na vykonávanie akcií so súbormi a adresármi, ako je vyhľadávanie podľa názvu, mazanie, odosielanie obsahu na externé zariadenie (napríklad na displej), zmena a ukladanie obsahu.

Aby reprezentoval veľký počet súborov údajov, náhodne rozptýlených po valcoch a povrchoch rôznych typov diskov, vo forme známej a pohodlnej hierarchickej štruktúry súborov a adresárov, musí vyriešiť mnoho problémov. Systém súborov OS prevádza symbolické názvy súborov, s ktorými používateľ alebo aplikačný programátor pracuje, na fyzické adresy údajov na disku, organizuje zdieľaný prístup k súborom a chráni ich pred neoprávneným prístupom.

Pri výkone svojich funkcií súborový systém úzko spolupracuje so subsystémom riadenia externých zariadení, ktorý na žiadosť súborového systému prenáša údaje medzi diskami a RAM.

Subsystém na ovládanie externých zariadení, nazývaný tiež subsystém I / O, funguje ako rozhranie pre všetky zariadenia pripojené k počítaču. Sortiment týchto zariadení je veľmi rozsiahly. Rozsah pevných diskov, disketových jednotiek, optických jednotiek, tlačiarní, skenerov, monitorov, plotrov, modemov, sieťových adaptérov a špecializovanejších I / O zariadení, ako sú analógovo-digitálne prevodníky, môže predstavovať stovky modelov. Tieto modely sa môžu výrazne líšiť v súbore a slede príkazov, pomocou ktorých sa vymieňajú informácie s procesorom a pamäťou počítača, rýchlosť prevádzky, kódovanie prenášaných dát, možnosť zdieľania a mnoho ďalších drobností.

Ovládanie programu konkrétny model externé zariadenie a berúc do úvahy všetky jeho vlastnosti, sa zvyčajne nazýva vodič toto zariadenie (z angličtiny drive - spravovať, riadiť). Ovládač môže ovládať jeden model zariadenia, napríklad modem ZyXEL U-1496E, alebo skupinu zariadení konkrétneho typu, napríklad akýkoľvek modem kompatibilný s Hayes. Pre používateľa je veľmi dôležité, aby operačný systém obsahoval čo najviac rôznych ovládačov, pretože to zaisťuje, že k počítaču je možné pripojiť veľké množstvo externých zariadení. rôzni výrobcovia... Úspech operačného systému na trhu do značnej miery závisí od dostupnosti vhodných ovládačov (napríklad nedostatok mnohých potrebných ovládačov externých zariadení bol jedným z dôvodov nízkej popularity OS / 2).



Ovládače zariadení vytvárajú vývojári operačných systémov a špecialisti zo spoločností, ktoré vyrábajú externé zariadenia. Operačný systém musí podporovať dobre definované rozhranie medzi ovládačmi a zvyškom operačného systému, aby vývojári I / O zariadení mohli so svojimi zariadeniami dodávať ovládače pre tento operačný systém.

Aplikační programátori môžu pri vývoji svojich programov používať rozhranie ovládača, čo však nie je príliš pohodlné - také rozhranie sú spravidla operácie na nízkej úrovni, zaťažené množstvom podrobností.

Udržiavanie jednotného API na vysokej úrovni pre heterogénne I / O zariadenia je jednou z najdôležitejších úloh operačného systému. Od zavedenia systému UNIX bolo toto zjednotené rozhranie postavené na koncepte prístupu k súborom vo väčšine operačných systémov. Tento koncept spočíva v tom, že výmena s akýmkoľvek externým zariadením vyzerá ako výmena so súborom, ktorý má názov a je neštruktúrovanou sekvenciou bajtov. Súbor môže byť buď skutočným súborom na disku, alebo alfanumerickým terminálom, tlačovým zariadením alebo sieťový adaptér... Tu máme opäť do činenia vlastnosť operačného systému nahradiť skutočný hardvér abstrakciami vhodnými pre používateľa a programátora.

Úlohy operačného systému na správu súborov a zariadení

Vstupno-výstupný subsystém multiprogramovacieho operačného systému musí pri výmene údajov s externými zariadeniami počítača riešiť niekoľko bežných úloh, z ktorých najdôležitejšie sú tieto:

Organizácia paralelnej prevádzky vstupno-výstupných zariadení a procesora;

Vyjednávanie o prenosovej rýchlosti a ukladanie údajov do pamäte cache;

Zdieľanie zariadení a údajov medzi procesmi;

Poskytovanie praktického logického rozhrania medzi zariadeniami a zvyškom systému;

Podpora širokej škály ovládačov s možnosťou jednoduchého začlenenia nového ovládača do systému;

Podpora viacerých súborových systémov;

Podpora pre synchrónne a asynchrónne I / O operácie.

Jednou z hlavných úloh operačného systému je poskytnúť užívateľovi pohodlie pri práci s údajmi uloženými na diskoch. Za týmto účelom OS nahradí fyzickú štruktúru uložených údajov nejakým užívateľsky prívetivým logickým modelom. Logický model súborového systému zhmotňuje sa ako adresárový strom zobrazené na obrazovke pomôckami, ako je Norton Commander alebo Prieskumník systému Windows, v symbolických názvoch zložených súborov, v príkazoch na prácu so súbormi. Základným prvkom tohto modelu je súbor, ktoré sa podobne ako súborový systém ako celok môžu vyznačovať logickou aj fyzickou štruktúrou.

Súbor je pomenovaná oblasť externej pamäte, do ktorej je možné zapisovať a z ktorej je možné čítať údaje. Súbory sú uložené v pamäti závislej na napájaní, spravidla ide o magnetické disky. Bez výnimky však neexistujú žiadne pravidlá. Jednou z týchto výnimiek je takzvaný ramdisk, keď je v RAM vytvorená štruktúra, ktorá simuluje súborový systém.

Hlavné účely použitia súboru:

Dlhodobé a bezpečné úložisko informácie. Trvanlivosť sa dosahuje použitím úložných zariadení, ktoré nezávisia od napájania, a vysokú spoľahlivosť určujú prostriedky na ochranu prístupu k súborom a všeobecná organizácia kódu programu OS, v ktorom zlyhania hardvéru najčastejšie nezničia informácie. uložené v súboroch.

Zdieľanie informácií. Súbory poskytujú prirodzené a ľahká cesta oddelenie informácií medzi aplikáciami a používateľmi z dôvodu prítomnosti symbolického mena čitateľného pre ľudí a pretrvávania uložených informácií a umiestnenia súboru. Používateľ by mal mať k dispozícii praktické nástroje na prácu so súbormi vrátane adresárov, ktoré kombinujú súbory do skupín, vyhľadávacie nástroje pre súbory podľa atribútov, sadu príkazov na vytváranie, úpravu a odstraňovanie súborov. Súbor môže vytvoriť jeden používateľ a potom ho môže použiť úplne iný používateľ, pričom tvorca súboru alebo správca k nemu môžu určiť prístupové práva ostatných používateľov. Tieto ciele implementuje v OS súborový systém.

Systém súborov(FS) je časť operačného systému, ktorá obsahuje:

Zhromažďovanie všetkých súborov na disku;

Množiny dátových štruktúr používaných na správu súborov, ako sú adresáre súborov, deskriptory súborov, tabuľky na prideľovanie voľného a použitého miesta na disku;

Ide o komplex systémových softvérových nástrojov, ktoré implementujú rôzne operácie so súbormi, ako je vytváranie, ničenie, čítanie, zápis, pomenovanie a vyhľadávanie súborov.

Systém súborov umožňuje programom vystačiť so sadou dostatočne jednoduchých operácií na vykonávanie akcií s nejakým abstraktným objektom, ktorý predstavuje súbor. To eliminuje potrebu programátorov zaoberať sa podrobnosťami o skutočnom umiestnení údajov na disku, ukladaní údajov do vyrovnávacej pamäte a ďalších problémoch s prenosom údajov z energeticky nezávislého úložiska na nízkej úrovni. Súborový systém preberá všetky tieto funkcie. Systém súborov alokuje miesto na disku, podporuje pomenovávanie súborov, mapuje názvy súborov na zodpovedajúce adresy v externej pamäti, poskytuje prístup k údajom a podporuje rozdeľovanie súborov, ochranu a obnovu.

Súborový systém teda funguje ako medzivrstva, ktorá chráni všetky zložitosti fyzickej organizácie dlhodobého ukladania údajov a poskytuje programom jednoduchší logický model tohto úložiska a poskytuje im tiež sadu ľahko dostupných -používať príkazy na manipuláciu so súbormi.

Úlohy riešené FS závisia od spôsobu organizácie výpočtového procesu ako celku. Najjednoduchším typom je FS v operačných systémoch pre jedného používateľa a pre jeden program, ako napríklad MS-DOS. Hlavné funkcie v takom FS sú zamerané na riešenie nasledujúcich úloh:

Pomenovanie súborov;

Prgramovacie prostredie aplikácií;

Mapovanie logického modelu súborového systému na fyzickú organizáciu dátového skladu;

Odolnosť systému súborov voči výpadkom napájania, hardvérovým a softvérovým chybám.

Úlohy FS sa stávajú komplikovanejšími v multiprogramovacích operačných systémoch pre jedného používateľa, ktoré, hoci sú navrhnuté pre prácu jedného používateľa, mu umožňujú spustiť niekoľko procesov súčasne. Jeden z prvých operačných systémov tohto typu bol OS / 2. K vyššie uvedeným úlohám je pridaná nová viacprocesová úloha zdieľania súborov. V tomto prípade je súbor zdieľaným prostriedkom, čo znamená, že súborový systém musí vyriešiť celý komplex problémov spojených s takýmito prostriedkami. FS by mal predovšetkým poskytnúť prostriedky na blokovanie súboru a jeho častí, predchádzanie pretekom, odstraňovanie zablokovaní, párovanie kópií atď.

V systémoch s viacerými používateľmi sa objavuje ďalšia výzva: chrániť súbory jedného používateľa pred neoprávneným prístupom iného používateľa. Funkcie FS, ktorý funguje ako súčasť sieťového operačného systému, sú ešte komplexnejšie.

Súborové systémy podporujú niekoľko funkčne odlišných typy súborov, ktoré zvyčajne obsahujú bežné súbory, súbory adresárov, špeciálne súbory, pomenované kanály, súbory mapované v pamäti a ďalšie.

Bežné súbory alebo jednoducho súbory, obsahujú informácie ľubovoľnej povahy, ktoré do nich používateľ zadá alebo ktoré vzniknú v dôsledku práce systémových a užívateľských programov. Väčšina moderných operačných systémov (napríklad UNIX, Windows, OS / 2) nijako neobmedzuje ani neriadi obsah a štruktúru bežného súboru. Obsah bežného súboru určuje aplikácia, ktorá s ním pracuje. Napríklad, textový editor vytvára textové súbory pozostávajúce z reťazcov znakov reprezentovaných v nejakom kóde. Môžu to byť dokumenty, zdrojové kódy programov atď. Textové súbory je možné prečítať na obrazovke a vytlačiť na tlačiarni. Binárne súbory nepoužívajú znakové kódy, ale často majú zložité vnútorné štruktúry, napríklad spustiteľný programový kód alebo archívny súbor. Všetky operačné systémy musia byť schopné rozpoznať najmenej jeden typ súboru - vlastné spustiteľné súbory.

Katalógy je špeciálny typ súborov, ktoré obsahujú systémové referenčné informácie o skupine súborov zoskupených používateľmi podľa určitého neformálneho kritéria (napríklad súbory obsahujúce dokumenty jednej zmluvy alebo súbory tvoriace jeden softvérový balík sú zlúčené do jednej skupiny). V mnohých operačných systémoch môže adresár obsahovať ľubovoľný typ súboru vrátane iných adresárov, čím sa vytvorí prehľadávateľná stromová štruktúra. Adresáre mapujú názvy súborov podľa ich vlastností, ktoré systém súborov používa na správu súborov. Medzi tieto charakteristiky patrí najmä informácia (alebo ukazovateľ na inú štruktúru obsahujúcu tieto údaje) o type a umiestnení súboru na disku, prístupových právach k súboru a dátumoch jeho vytvorenia a úpravy. Vo všetkých ostatných ohľadoch súborový systém považuje adresáre za bežné súbory.

Špeciálne súbory sú fiktívne súbory priradené k I / O zariadeniam, ktoré sa používajú na zjednotenie mechanizmu prístupu k súborom a externým zariadeniam. Špeciálne súbory umožňujú užívateľovi vykonávať vstupno -výstupné operácie pomocou bežných príkazov na zápis do súboru alebo na čítanie zo súboru. Tieto príkazy sú najskôr spracované programami súborového systému a potom, v určitej fáze vykonávania požiadavky, sú operačným systémom prevedené na príkazy na ovládanie zodpovedajúceho zariadenia.

Moderné súborové systémy podporujú aj iné typy súborov, napríklad symbolické odkazy, pomenované kanály a súbory mapované v pamäti.

Používatelia pristupujú k súborom prostredníctvom symbolické mená... Kapacita pamäte človeka však obmedzuje počet názvov objektov, na ktoré sa používateľ môže odvolávať podľa názvu. Hierarchická organizácia priestoru názvov umožňuje tieto hranice výrazne rozšíriť. Preto má väčšina súborových systémov hierarchickú štruktúru, v ktorej sa vytvárajú úrovne, pretože adresár nižšej úrovne môže byť súčasťou adresára vyššej úrovne (obrázok 2.16).

Obrázok 2.16. Hierarchia súborových systémov (a - jednostupňová štruktúra, b - stromová štruktúra, c - štruktúra siete)

Graf popisujúci hierarchiu adresárov môže byť strom alebo sieť. Adresáre tvoria strom, ak má súbor prístup iba do jedného adresára (obrázok 2.16, b), a sieť - ak môže súbor zadať niekoľko adresárov naraz (obrázok 2.16, c). Napríklad v systémoch MS-DOS a Windows tvoria adresáre stromovú štruktúru, zatiaľ čo v systéme UNIX sú sieťové. V stromovej štruktúre je každý súbor listom. Nazýva sa adresár najvyššej úrovne koreňový adresár alebo root (root).

Pri takejto organizácii je užívateľ oslobodený od toho, aby si zapamätal názvy všetkých súborov; stačí, aby mal približnú predstavu o tom, ku ktorej skupine môže byť konkrétny súbor priradený, aby ho našiel postupným skenovaním adresárov. . Hierarchická štruktúra je vhodná pre prácu viacerých používateľov: každý používateľ so svojimi súbormi je lokalizovaný v jeho adresári alebo podstromu adresárov a súčasne sú všetky súbory v systéme logicky prepojené.

Špeciálnym prípadom hierarchickej štruktúry je jednoúrovňová organizácia, keď sú všetky súbory zahrnuté v jednom adresári (obrázok 2.16, a).

Všetky typy súborov majú symbolické názvy. V hierarchicky usporiadaných súborových systémoch sa bežne používajú tri typy názvov súborov: jednoduchý, zložený a relatívny.

Jednoduché alebo krátke symbolické meno identifikuje súbor v rovnakom adresári. Jednoduché názvy priraďujú súborom používatelia a programátori, pričom musia brať do úvahy obmedzenia operačného systému jednak v názvosloví znakov, jednak v dĺžke názvu. Ešte relatívne nedávno boli tieto hranice veľmi úzke. V populárnom systéme súborov FAT bola teda dĺžka názvov obmedzená schémou 8.3 (8 znakov - samotný názov, 3 znaky - prípona názvu) a v súborovom systéme s5, ktorý podporuje mnoho verzií operačného systému UNIX, jednoduchý symbolický názov nemohol obsahovať viac ako 14 znakov. Pre používateľa je však oveľa pohodlnejšie pracovať s dlhými názvami, pretože vám umožňujú dať súborom ľahko zapamätateľné názvy, ktoré jasne označujú, čo je v súbore. Preto moderné súborové systémy, ako aj vylepšenia už existujúcich súborových systémov, spravidla podporujú dlhé, jednoduché a symbolické názvy súborov. Napríklad v súborových systémoch NTFS a FAT32, ktoré sú súčasťou operačného systému Windows NT, môže názov súboru obsahovať až 255 znakov.

V hierarchických súborových systémoch môžu mať rôzne súbory rovnaký jednoduchý symbolický názov za predpokladu, že patria do rôznych adresárov. To znamená, že tu funguje schéma „veľa súborov - jedno jednoduché meno“. Tieto systémy používajú na jedinečnú identifikáciu súboru takzvaný úplný názov.

Celé meno je reťazec jednoduchých symbolických názvov všetkých adresárov, cez ktoré prechádza cesta od koreňa k danému súboru. Celé meno je teda zložené meno, v ktorom jednoduché názvy oddelené od seba oddeľovačom prijatým v OS. Ako oddeľovač sa často používa lomka alebo spätné lomítko a je zvykom nešpecifikovať názov koreňového adresára. Na obrázku 2.16b majú tieto dva súbory jednoduchý názov main.exe, ale ich zložené názvy /depart/main.exe a /user/anna/main.exe sú odlišné.

V stromovom súborovom systéme existuje individuálna korešpondencia medzi súborom a jeho úplným názvom: „jeden súbor-jedno úplné meno“. V súborových systémoch so sieťovou štruktúrou môže byť súbor zahrnutý do niekoľkých adresárov, čo znamená, že môže mať niekoľko plne kvalifikovaných názvov; tu platí korešpondencia „jeden súbor - veľa celých mien“. V oboch prípadoch je súbor jedinečne identifikovaný jeho úplným názvom.

Súbor je možné identifikovať aj podľa relatívneho názvu ... Relatívny názov súbor je definovaný pomocou konceptu „aktuálneho adresára“. Pre každého používateľa je v každom okamihu jeden z aktuálnych adresárov systému súborov a tento adresár si používateľ zvolí sám na príkaz operačného systému. Systém súborov zachytáva názov aktuálneho adresára, aby ho potom bolo možné použiť okrem relatívnych názvov na vytvorenie plne kvalifikovaného názvu súboru. Pri použití relatívnych názvov používateľ identifikuje súbor pomocou reťazca názvov adresárov, ktoré sa presúvajú z aktuálneho adresára do daného súboru. Ak je aktuálny adresár napríklad /user, relatívny názov súboru /user/anna/main.exe je anna /main.exe.

Niektoré operačné systémy umožňujú priradiť rovnakému súboru viacero jednoduchých názvov, ktoré možno interpretovať ako aliasy. V tomto prípade, ako v systéme so sieťovou štruktúrou, je stanovená korešpondencia „jeden súbor - veľa celých mien“, pretože každý jednoduchý názov súboru zodpovedá najmenej jednému úplnému názvu.

Aj keď úplný názov súboru jednoznačne identifikuje, pre operačný systém je so súborom jednoduchšie pracovať, ak medzi súbormi a ich názvami existuje individuálna korešpondencia. Za týmto účelom priradí súboru jedinečný názov, aby bol vzťah „jeden súbor - jeden jedinečný názov“ pravdivý. Jedinečný názov existuje spolu s jedným alebo viacerými symbolickými názvami, ktoré súboru alebo súboru priradili používatelia alebo aplikácie. Jedinečný názov je číselným identifikátorom a je určený iba pre operačný systém. Príkladom takého jedinečného názvu súboru je inodeové číslo UNIX.

Pojem „súbor“ zahŕňa nielen údaje a názov, ktoré ukladá, ale aj atribúty. Atribúty sú informácie popisujúce vlastnosti súboru. Príklady možných atribútov súborov:

Typ súboru (bežný súbor, adresár, špeciálny súbor atď.);

Vlastník súboru;

Tvorca súborov;

Prístupové heslo k súboru;

Informácie o povolených operáciách prístupu k súborom;

Čas vytvorenia, posledného prístupu a poslednej úpravy;

Aktuálna veľkosť súboru;

Maximálna veľkosť súboru;

Vlajka iba na čítanie;

Znak " skrytý súbor»;

Znak " systémový súbor»;

Podpíšte „archívny súbor“;

Binárny / symbolický atribút;

Podpíšte „dočasné“ (odstráňte po dokončení postupu);

Blokovací znak;

Dĺžka záznamu v súbore;

Ukazovateľ na kľúčové pole v zázname;

Dĺžka kľúča

Sada atribútov súborov je určená špecifikami súborového systému: v súborových systémoch rôznych typov je možné na charakterizáciu súborov použiť rôzne sady atribútov. Napríklad v súborových systémoch, ktoré podporujú ploché súbory, nemusíte používať posledné tri atribúty v nasledujúcom zozname týkajúcom sa štruktúrovania súborov. V operačnom systéme pre jedného používateľa budú skupine atribútov chýbať charakteristiky súvisiace s používateľmi a zabezpečením, ako napríklad vlastník súboru, tvorca súboru, heslo pre prístup k súboru a informácie o povolenom prístupe k súboru.

Užívateľ má prístup k atribútom pomocou nástrojov, ktoré na tento účel poskytuje súborový systém. Obvykle je dovolené čítať hodnoty akýchkoľvek atribútov, ale iba meniť niektoré z nich. Užívateľ môže napríklad zmeniť povolenia k súboru (za predpokladu, že má potrebné povolenia), ale nemôže zmeniť dátum vytvorenia ani aktuálnu veľkosť súboru.

Hodnoty atribútov súborov môžu byť priamo obsiahnuté v adresároch, ako sa to robí v súborovom systéme MS-DOS (obrázok 2.17, a). Obrázok ukazuje štruktúru adresárového záznamu obsahujúceho jednoduchý symbolický názov a atribúty súboru. Tu písmená označujú atribúty súboru: R - iba na čítanie, A - archivované, H - skryté, S - systém.

Obrázok 2.17. Štruktúra adresárov: a - Štruktúra zadávania adresárov MS -DOS (32 bajtov), ​​b - Štruktúra adresárového záznamu UNIX OS

Ďalšou možnosťou je umiestniť atribúty do špeciálnych tabuliek, keď katalógy obsahujú iba odkazy na tieto tabuľky. Tento prístup je implementovaný napríklad v súborovom systéme ufs systému UNIX OS. V tomto systéme súborov je štruktúra adresárov veľmi jednoduchá. Záznam o každom súbore obsahuje krátky symbolický názov súboru a ukazovateľ na súborový uzol, ako sa nazýva tabuľka ufs, v ktorom sú sústredené hodnoty atribútov súborov (obrázok 2.17, b).

V každom prípade adresáre poskytujú prepojenie medzi názvami súborov a skutočnými súbormi. Prístup odpojenia názvu súboru od jeho atribútov však robí systém flexibilnejším. Napríklad súbor môže byť ľahko zaradený do niekoľkých adresárov naraz. Položky pre tento súbor v rôznych adresároch môžu obsahovať rôzne jednoduché názvy, ale pole prepojenia bude obsahovať rovnaké číslo inodu.

Vnímanie používateľského systému súborov ako hierarchicky usporiadanej sady informačných objektov má len málo spoločného s poradím, v akom sú súbory uložené na disku. Súbor, ktorý má obraz jednej neprerušovanej sady bajtov, je v skutočnosti veľmi často rozptýlený po častiach po „disku“ a tento oddiel nemá nič spoločné s logickou štruktúrou súboru, napríklad s jeho samostatným logickým záznamom. môžu byť umiestnené v nesusediacich sektoroch disku. Logicky kombinované súbory z jedného adresára nemusia na disku koexistovať. Zásady umiestňovania súborov, adresárov a systémové informácie na skutočnom zariadení sú popísané fyzickou organizáciou súborového systému. Rôzne fyzické systémy majú rozdielnu fyzickú organizáciu.

Hlavný typ zariadenia používaného v modernom štýle výpočtové systémy na ukladanie súborov sú diskové jednotky. Tieto zariadenia sú navrhnuté na čítanie a zápis údajov na pevné a diskety. HDD pozostáva z jednej alebo viacerých sklenených alebo kovových platní, z ktorých každá je na jednej alebo oboch stranách potiahnutá magnetickým materiálom. Disk teda vo všeobecnosti pozostáva z balíka dosiek (obrázok 2.18).

Tenké sústredné prstence sú označené na každej strane každej platne - sledovať(traks), kde sú uložené údaje. Počet skladieb závisí od typu disku. Číslovanie skladieb začína od 0 od vonkajšieho okraja do stredu disku. Ako sa disk otáča, prvok nazývaný hlava číta binárne údaje z magnetickej stopy alebo ich zapisuje do magnetickej stopy.

Obrázok 2.18. Schéma zariadenia pevný disk

Hlava môže byť umiestnená nad vopred určenou stopou. Hlavy sa pohybujú po povrchu disku v diskrétnych krokoch, pričom každý krok zodpovedá posunu o jednu stopu. Zápis na disk sa vykonáva kvôli schopnosti hlavy meniť magnetické vlastnosti stopy. Niektoré disky sa pohybujú jednou hlavou po každom povrchu, zatiaľ čo iné majú hlavu na stopu. V prvom prípade sa pri hľadaní informácií musí hlava pohybovať po polomeru disku. Obvykle sú všetky hlavy upevnené na jednom pohyblivom mechanizme a pohybujú sa synchrónne. Preto keď je hlava upevnená na danej dráhe jedného povrchu, všetky ostatné hlavy sa zastavia nad koľajami s rovnakými číslami. V prípadoch, keď má každá stopa samostatnú hlavu, nie je potrebný žiadny pohyb hláv z jednej stopy na druhú, čím sa šetrí čas strávený hľadaním údajov.

Nazýva sa súbor koľají rovnakého polomeru na všetkých povrchoch všetkých dosiek balíka valec(valec). Každá stopa je rozdelená na kúsky tzv sektorov(sektory) alebo bloky (bloky), takže všetky stopy majú rovnaký počet sektorov, do ktorých je možné zapísať maximálny počet bajtov. Sektor má veľkosť špecifickú pre systém, čo je sila dvoch. Najbežnejšia veľkosť sektora je 512 bajtov. Vzhľadom na to, že stopy s rôznym polomerom majú rovnaký počet sektorov, hustota záznamu sa zvyšuje, čím bližšie je stopa k stredu.

Sektor je najmenšia adresovateľná jednotka výmeny údajov medzi diskovým zariadením a RAM. Aby ovládač našiel požadovaný sektor na disku, je potrebné naň nastaviť všetky súčasti adresy sektora: číslo valca, číslo povrchu a číslo sektora. Pretože aplikačný program spravidla nepotrebuje sektor, ale určitý počet bajtov, nie nevyhnutne násobok veľkosti sektora, typická požiadavka obsahuje čítanie niekoľkých sektorov obsahujúcich požadované informácie a jedného alebo dvoch sektorov obsahujúcich spolu s požadovanými nadbytočnými údajmi. (Obrázok 2.19) ...

Obrázok 2.19. Čítanie nadbytočných údajov pri výmene s diskom

Pri práci s diskom operačný systém spravidla používa vlastnú jednotku miesta na disku, tzv klaster(klaster). Pri vytváraní súboru mu je v klastroch alokované miesto na disku. Ak má napríklad súbor veľkosť 2560 bajtov a veľkosť klastra v súborovom systéme je nastavená na 1024 bajtov, súboru budú na disku pridelené 3 klastre.

Stopy a sektory sa vytvárajú vykonaním fyzického alebo nízkoúrovňového postupu formátovania disku pred použitím disku. Na určenie hraníc bloku sa zapíšu identifikačné informácie na disk. Formát disku nízkej úrovne je nezávislý od typu operačného systému, ktorý disk bude používať.

Rozdelenie disku na konkrétny typ súborového systému sa vykonáva postupmi formátovania na vysokej úrovni alebo logickými postupmi.

Pri formátovaní na vysokej úrovni sa určuje veľkosť klastra a na disk sa zapisujú informácie potrebné na prevádzku súborového systému vrátane informácií o dostupnom a nevyužitom priestore, o hraniciach oblastí vyhradených pre súbory a adresáre, informáciách o poškodené oblasti. Na disk je navyše zapísaný zavádzač operačného systému - malý program, ktorý po zapnutí napájania alebo reštartovaní počítača začne proces inicializácie operačného systému.

Pred formátovaním disku pre konkrétny súborový systém ho môžete rozdeliť na oblasti. Kapitola je priľahlá časť fyzického disku, ktorú operačný systém predstavuje používateľovi ako logické zariadenie (používajú sa aj názvy logický disk a logický oddiel). Logické zariadenie funguje, ako keby išlo o samostatný fyzický disk. S logickými zariadeniami používateľ pracuje, odvoláva sa na ne symbolickými názvami, napríklad pomocou zápisu A, B, C, SYS atď. Operačné systémy rôznych typov používajú rovnakú predstavu o oddieloch pre všetky ale vytvárajú logické zariadenia špecifické pre každý typ OS. Rovnako ako súborový systém, s ktorým pracuje jeden OS, vo všeobecnosti nemožno interpretovať iným typom OS, logické zariadenia nemožno používať v rôznych typoch operačných systémov. Na každom logickom zariadení je možné vytvoriť iba jeden súborový systém.

OVLÁDACÍ ROBOT

disciplína

" Informatika a počítačové inžinierstvo “na tému:

"OS"

"Systémy súborov"

1. Operačné systémy

2. Súborové systémy

3. Systémy súborov a názvy súborov

Zoznam literatúry

1. Operačné systémy

Operačný systém, OS (angl. prevádzkovésystému) - základný komplex počítačové programy ktorá poskytuje kontrolu nad hardvérom počítača, prácou so súbormi, vstupom a výstupom údajov, ako aj vykonávaním aplikačných programov a pomocných programov.

Keď je počítač zapnutý, operačný systém sa načíta do pamäte pred inými programami a potom slúži ako platforma a prostredie pre ich činnosť. Okrem vyššie uvedených funkcií môže OS vykonávať aj ďalšie, napríklad poskytovať užívateľské rozhranie, siete a podobne. Od 90. rokov 20. storočia sú najbežnejšími operačnými systémami pre osobné počítače a servery operačné systémy rodiny Microsoft Windows a Windows NT, Mac OS a Mac OS X, systémy triedy UNIX a Unix a podobne (najmä GNU / Linux).

Operačné systémy je možné kategorizovať podľa základnej technológie ([unixovej] alebo podobnej Windows), typu licencie ([proprietárny softvér | proprietárny] alebo [open source softvér | otvorený zdroj]) bez ohľadu na to, či sa práve vyvíjajú (starší DOS alebo NextStep alebo moderný GNU / Linux a Windows), pre pracovné stanice (DOS, Apple) alebo pre servery (), [operačný systém v reálnom čase | OS v reálnom čase] a [vstavaný operačný systém | vstavaný OS] (,), alebo špecializované (riadenie výroby, školenia a pod.). Účel a hlavné vlastnosti programu MS EXCEL. Rozhranie programu. Hlavné prvky rozhrania. Pojem tabuľkový procesor, bunka, riadok, stĺpček, adresný systém. Pohyb po poli stola. Vstup dát. Dátové typy. Úprava obsahu bunky. Zmeňte šírku a výšku bunky. Vlastnosti bunky (príkaz „Formátovať bunky“).

2. Súborové systémy

Všetky moderné operačné systémy poskytujú vytvorenie súborového systému, ktorý je určený na ukladanie údajov na disky a poskytovanie prístupu k nim.

Hlavné funkcie súborového systému možno rozdeliť do dvoch skupín:

Funkcie pre prácu so súbormi (vytváranie, odstraňovanie, premenovanie súborov atď.)

Funkcie pre prácu s údajmi uloženými v súboroch (zápis, čítanie, vyhľadávanie údajov atď.)

Je známe, že súbory sa používajú na organizáciu a ukladanie údajov na počítačových médiách. Súbor je postupnosť ľubovoľného počtu bajtov s jedinečným vlastným menom alebo pomenovanou oblasťou na strojovom médiu.

Štruktúrovanie sady súborov na strojovom médiu sa vykonáva pomocou adresárov, v ktorých sú uložené atribúty (parametre a detaily) súborov. Adresár môže obsahovať mnoho podadresárov, čo má za následok rozvetvené štruktúry súborov na diskoch. Organizácia súborov v stromovej štruktúre sa nazýva súborový systém.

Organizácia systému súborov je tabuľková. Umiestnenie súboru na disku je uložené v tabuľke alokácie súborov (FAT).

Táto tabuľka sa nachádza na začiatku zväzku. Na ochranu zväzku sú na ňom uložené dve kópie FAT. Ak je prvá kópia FAT poškodená, diskové obslužné programy môžu na obnovu zväzku použiť druhú kópiu.

FAT je v zásade podobný obsahu knihy, pretože ho operačný systém používa na nájdenie súboru a určenie klastrov, ktoré tento súbor zaberá na pevnom disku.

Najmenšou fyzickou úložnou jednotkou je sektor. Sektor má veľkosť 512 bajtov. Pretože veľkosť tabuľky FAT je obmedzená, nie je možné poskytnúť adresy pre každý jednotlivý sektor pre disky väčšie ako 32 MB.

V tomto ohľade sú skupiny sektorov bežne kombinované do klastrov. Klaster je najmenšia jednotka adresovania údajov. Veľkosť klastra, na rozdiel od veľkosti sektora, nie je pevná a závisí od kapacity disku.

Na disketách a malých pevných diskoch (menej ako 16 MB) sa pôvodne používala 12-bitová verzia FAT (nazývaná FAT12). Potom MS-DOS predstavil 16-bitovú verziu FAT pre väčšie disky.

Operačné systémy MS DOS, Win 95, Win NT implementujú 16 - bitové polia v tabuľkách alokácie súborov. Systém súborov FAT32 bol zavedený v systéme Windows 95 OSR2 a je podporovaný v systémoch Windows 98 a Windows 2000.

FAT32 je vylepšená verzia FAT navrhnutá pre použitie na zväzkoch väčších ako 2 GB.

FAT32 poskytuje podporu pre disky až do 2 TB a efektívnejšie využitie miesta na disku. FAT32 používa menšie klastre na zlepšenie využitia miesta na disku.

Windows XP používa FAT32 a NTFS. Sľubnejším smerom vo vývoji súborových systémov sa stal prechod na NTFS (New Technology File System) s dlhými názvami súborov a spoľahlivým systémom zabezpečenia.

Zväzok NTFS nie je obmedzený. NTFS minimalizuje plytvanie miesta na disku zapisovaním malých súborov do veľkých klastrov. NTFS navyše umožňuje ušetriť miesto na disku komprimáciou samotného disku, jednotlivých priečinkov a súborov.

Na základe spôsobu pomenovania súborov sa rozlišuje medzi „krátkymi“ a „dlhými“ názvami.

Podľa konvencie MS-DOS bol spôsob pomenovania súborov na počítačoch IBM konvenciou 8.3. názov súboru sa skladá z dvoch častí: skutočný názov a prípona názvu. K názvu súboru je priradených 8 znakov a jeho prípona - 3 znaky.

Názov je od prípony oddelený bodkou. Názov aj prípona môžu obsahovať iba alfanumerické znaky latinskej abecedy. Názvy súborov napísané v súlade s konvenciou 8.3 sa považujú za „krátke“.

S príchodom systému Windows 95 bol zavedený koncept „dlhého“ názvu. Takýto názov môže obsahovať až 256 znakov. To stačí na vytvorenie zmysluplných názvov súborov. „Dlhý“ názov môže obsahovať akékoľvek znaky okrem deviatich špeciálnych znakov. : /: *? “< > |.

V názve sú povolené medzery a viac bodiek. Názov súboru sa končí príponou troch znakov. Prípona sa používa na klasifikáciu súborov podľa typu.

Jedinečnosť názvu súboru je zabezpečená skutočnosťou, že úplný názov súboru sa považuje za názov vlastného súboru spolu s cestou na prístup k nemu. Cesta k súboru začína názvom zariadenia a obsahuje všetky názvy adresárov (priečinkov), ktorými prechádza. Ako oddeľovač sa používa znak „“ (spätné lomítko - spätné lomítko). Napríklad: D: Dokumenty a nastavenia txt Napriek tomu, že údaje o umiestnení súborov sú uložené v tabuľkovej štruktúre, sú používateľovi prezentované vo forme hierarchickej štruktúry - pre ľudí je to pohodlnejšie a operačný systém sa stará o všetky potrebné transformácie .

Bežný súbor je pole bajtov a je možné ho čítať a zapisovať z ľubovoľného bajtu v súbore. Jadro nerozlišuje medzi hranicami záznamu v bežných súboroch, aj keď mnohé programy prijímajú riadkové kanály ako ukončovače riadkov, ale iné programy môžu predpokladať prítomnosť iných štruktúr. Samotný súbor neukladá žiadne systémové informácie o súbore, ale súborový systém obsahuje určité informácie o vlastníkovi, prístupových právach a použití každého súboru.

Komponent pomenovaný Názov súboru je reťazec dlhý až 255 znakov. Tieto názvy sú uložené v špeciálnom type súboru s názvom katalóg... Informácie o súbore v adresári sa nazývajú vstup do adresára a obsahuje okrem názvu súboru aj ukazovateľ na samotný súbor. Položky adresára môžu odkazovať na iné adresáre, ako aj na bežné súbory. Vytvorí sa tak hierarchia adresárov a súborov, ktorá sa nazýva súborový systém. systém súborov;

Obrázok 2-2. Malý súborový systém

Jeden malý súborový systém je znázornený na obrázku 2-2. Adresáre môžu obsahovať podadresáre a neexistuje žiadne obmedzenie vnorenia jedného adresára do druhého do hĺbky. Na zachovanie integrity súborového systému jadro neumožňuje procesu zápisu priamo do adresárov. Systém súborov môže ukladať nielen bežné súbory a adresáre, ale aj odkazy na iné objekty, ako sú zariadenia a zásuvky.

Systém súborov tvorí strom začínajúci na koreňový adresár niekedy nazývané menom lomítko ktorý sa zhoduje s jedným znakom lomky (/). Koreňový adresár obsahuje súbory; v našom prípade na obrázku 2.2 obsahuje vmunix, kópiu súboru spustiteľného objektu jadra. Obsahuje tiež adresáre; v tomto prípade obsahuje adresár usr. Vnútri adresára usr je adresár bin, ktorý obsahuje hlavne spustiteľný objektový kód pre programy ako ls a vi.

Proces pristupuje k súboru ukazovaním spôsob before, čo je reťazec niekoľkých alebo žiadnych názvov súborov, oddelených lomkami (/). S každým procesom jadro spája dva adresáre, s ktorými je možné interpretovať cesty k súborom. Koreňový adresár proces je najvyšší bod v súborovom systéme, ktorý môže proces dosiahnuť; zvyčajne zodpovedá koreňovému adresáru celého súborového systému. Nazýva sa trasa začínajúca lomkou absolútna trasa, a je interpretované jadrom začínajúcim od koreňa procesu.

Volá sa názov cesty, ktorá nezačína lomkou relatívna trasa, a je interpretovaný relatívne aktuálny pracovný adresár proces. (Tento adresár sa nazýva aj skrátene aktuálny adresár alebo pracovný adresár) Samotný aktuálny adresár je možné označiť priamo menom bodka, čo zodpovedá jednému bodu (). Názov súboru bodka-bodka(.) označuje nadradený adresár aktuálneho adresára. Koreňový adresár je sám sebe predchodcom.

Súbory a súborový systém

Všetky programy a údaje sú uložené v energeticky nezávislej (externej) počítačovej pamäti ako súbory.

Súbor je určité množstvo informácií (program alebo údaje), ktoré majú názov a sú uložené v dlhodobej (externej) pamäti.

Názov súboru. Názov súboru sa skladá z dvoch častí, oddelených bodkou: skutočný názov súboru a prípona, ktorá určuje jeho typ (program, údaje atď.). Skutočný názov súboru udáva používateľ a typ súboru program zvyčajne nastaví automaticky pri jeho vytvorení (tabuľka 4.2).

Rôzne operačné systémy majú rôzne formáty názvy súborov. V operačnom systéme MS-DOS by skutočný názov súboru nemal obsahovať viac ako 8 písmen latinskej abecedy, číslice a niektoré špeciálne znaky a prípona pozostáva z troch latinských písmen, napríklad: proba.txt

Na operačnej sále Systém Windows názov súboru môže mať až 255 znakov a môže byť použitá ruská abeceda, napríklad: Informačné jednotky.doc


Systém súborov. Každé úložné médium (disketa, pevný disk alebo laserový disk) môže uložiť veľké množstvo súborov. Poradie, v akom sú súbory uložené na disku, je určené použitým súborovým systémom.

Každý disk je rozdelený na dve oblasti: oblasť na ukladanie súborov a adresár. Adresár obsahuje názov súboru a údaj o začiatku jeho umiestnenia na disk. Ak nakreslíme analógiu disku s knihou, potom oblasť ukladania súborov zodpovedá jej obsahu a adresár zodpovedá obsahu. Kniha navyše obsahuje strany a disk obsahuje sektory.

Na disky s malým počtom súborov (až niekoľko desiatok) je možné použiť jednoúrovňový súborový systém keď adresár (obsah disku) je lineárnou postupnosťou názvov súborov (tabuľka 4.3). Takýto katalóg je možné prirovnať k obsahu detskej knihy, ktorý obsahuje iba názvy jednotlivých príbehov.

Ak sú na disku uložené stovky a tisíce súborov, použije sa na uľahčenie vyhľadávania viacúrovňový hierarchický súborový systém ktorý má stromovú štruktúru. Takýto hierarchický systém je možné porovnať napríklad s obsahom tejto učebnice, ktorý je hierarchickým systémom sekcií, kapitol, odsekov a odsekov.

Počiatočný, koreňový adresár obsahuje podadresáre 1. úrovne. Na druhej strane každý z nich môže obsahovať podadresáre 2. úrovne atď. Je potrebné poznamenať, že súbory je možné uložiť do adresárov všetkých úrovní.

Koreňový adresár môže napríklad obsahovať dva podadresáre 1. úrovne (Directory_1, Directory_2) a jeden súbor (File_1). Na druhej strane adresár 1. úrovne (Directory_1) obsahuje dva podadresáre druhej úrovne (Directory_1.1 a Directory_1.2) a jeden súbor (File_1.1) - Obr. 4.21.

Systém súborov je systém ukladania súborov a adresárovej organizácie.

Uvažujme o hierarchickom súborovom systéme s konkrétnym príkladom. Každý disk má logický názov (A:, B: - diskety, C:, D:, E: a tak ďalej - pevné a laserové disky).

Predpokladajme, že koreňový adresár jednotky C: má dva adresáre 1. úrovne (GAMES, TEXT) a adresár GAMES má jeden adresár 2. úrovne (CHESS). V tomto prípade adresár TEXT obsahuje súbor proba.txt a adresár CHESS obsahuje súbor chess.exe (obr. 4.22).

Cesta k súboru. Ako môžem nájsť existujúce súbory (chess.exe, proba.txt) v tomto hierarchickom systéme súborov? Ak to chcete urobiť, musíte zadať cestu k súboru. Cesta k súboru obsahuje názov logickej jednotky (oddelený "\") a postupnosť názvov vnorených adresárov, pričom posledný z nich obsahuje požadovaný súbor. Cesty k vyššie uvedeným súborom je možné zapísať nasledovne:

Cesta k súboru spolu s názvom súboru sa niekedy nazýva plný názov súboru.

Príklad plne kvalifikovaného názvu súboru:

C \ GAMES \ CHESS \ chess.exe

Reprezentácia súborového systému pomocou grafického rozhrania. Hierarchický súborový systém MS-DOS obsahujúci adresáre a súbory je v operačnom systéme Windows reprezentovaný pomocou grafického rozhrania vo forme hierarchického systému priečinkov a dokumentov. Priečinok v systéme Windows je analogický s adresárom MS-DOS

Hierarchická štruktúra týchto systémov je však trochu odlišná. V hierarchickom systéme súborov MS-DOS je vrcholom hierarchie objektov koreňový adresár disku, ktorý je možné porovnať s kmeňom stromu, na ktorom rastú vetvy (podadresáre) a listy (súbory) sú umiestnené na konáre.

V systéme Windows je priečinok v hornej časti hierarchie priečinkov Pracovná plocha... Ďalšiu úroveň predstavujú priečinky Môj počítač, kôš a sieťové prostredie(ak je počítač pripojený k lokálnej sieti) - obr. 4.23.

2. Výberom jednej z položiek ponuky Zobraziť (veľké ikony, malé ikony, zoznam, tabuľka), môžete prispôsobiť spôsob, akým sa bude obsah priečinka zobrazovať.

Priečinok sieťové prostredie obsahuje priečinky všetkých počítačov, ku ktorým je pripojený tento moment do miestnej siete.

Priečinok Košík dočasne obsahuje všetky odstránené priečinky a súbory. Ak je to potrebné, odstránené a uložené v Košík priečinky a dokumenty je možné obnoviť.

3. Ak chcete súbory natrvalo odstrániť, zadajte príkaz [File-Empty Trash].

Operácie so súbormi. V procese práce na počítači sa so súbormi najčastejšie vykonávajú nasledujúce operácie:

  • kopírovanie (kópia súboru je umiestnená v inom adresári);
  • presunúť (samotný súbor sa presunie do iného adresára);
  • vymazanie (záznam súboru sa vymaže z adresára);
  • premenovať (zmení sa názov súboru).

Grafické rozhranie Windows umožňuje operácie so súbormi myšou pomocou metódy Drag & Drop. Existujú aj špecializované aplikácie na prácu so súbormi, tzv správcovia súborov : Norton Commander, Windows Commander, Prieskumník súborov atď.

V niektorých prípadoch je potrebné pracovať s rozhraním príkazového riadka. Windows poskytuje režim rozhrania príkazového riadka MS-DOS.

Rozhranie príkazového riadka

1. Zadajte príkaz [Programs-MS-DOS Session]. Zobrazí sa okno aplikácie Relácia MS-DOS.

Na systémovej výzve môžete z klávesnice zadávať príkazy systému MS-DOS vrátane:

  • príkazy na prácu so súbormi (kopírovanie, delenie, premenovanie atď.);
  • príkazy na prácu s adresármi (dir, mkdir, chdir atď.);
  • príkazy na prácu s diskami (formátovanie, defragmentácia atď.).

2. Existuje niekoľko desiatok príkazov systému MS-DOS a každý príkaz má svoj vlastný formát a parametre, ktoré je ťažké si zapamätať. Ak chcete získať pomocné informácie k príkazu, zadajte za názov príkazu prepínač /?

Ak chcete napríklad získať pomoc s príkazom format, do systémového príkazového riadka zadajte: C: \ WINDOWS> formát /?

Otázky na zamyslenie

1. Aký prvok je vrcholom hierarchie v súborovom systéme MS-DOS? V GUI Windows?

Praktické úlohy

4.11. Skopírujte súbory pomocou rozhrania príkazového riadka a správcu súborov.

4.12. Skontrolujte objem diskov vo svojom počítači, ako aj množstvo použitého a voľného miesta.

4.13. Oboznámte sa s formátom príkazu dir. Zobrazte koreňový adresár jednotky C.