Файловые системы продолжение СПО Кремер О Б

Файловые системы (продолжение) СПО Кремер О. Б. , 2013

Каталоговые системы

Файловый каталог - связующее звено между СУФ и набором файлов. Каталог содержит информацию о файлах: – атрибуты, – местоположение, – принадлежность. Пользователи обращаются к файлам по символьным именам.

Каталоговые системы имеют иерархическую структуру. Каталоги образуют: – дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог – сеть, ли файл может входить в несколько каталогов.

MS DOS Windows UNIX Linux

Древовидная структура На каждом из устройств размещается автономная ФС. (т. е. файлы, находящиеся на этом устройстве, описываются деревом каталогов, никак не связанным с деревьями каталогов на других устройствах). Для однозначной идентификации файла пользователь должен указывать идентификатор логического устройства.

Сетевая структура Организация хранения файлов, при которой пользователю предоставляется возможность объединить ФС, находящиеся на разных устройствах, в единую ФС, описываемую единым деревом каталогов. Такая операция называется монтированием.

Пример монтирования ФС

Файловая система FAT (16) (File Allocation Table)

FAT • Разработана Биллом Гейтсом и Марком Мак. Дональдом в 1977 году для ОС 86 -DOS. • Предназначалась для работы с ГМД размером менее 1 Мб, и вначале не предусматривала поддержки ЖМД. • Поддерживает файлы и разделы размеров до 2 Гбайт.

Физическая структура диска для одного раздела Системная область Область данных Главная запись начальной загрузки (Master Boot Record) Запись начальной загрузки (Boot Record) 1 копия FAT 2 копия FAT Корневой каталог (Root Directory) Каталоги и файлы 0 поверхность, 0 цилиндр, 1 сектор Первый раздел (C: )

Структура FAT • Жесткий диск разбивается на независимые логические части, называемые разделами. • Один из разделов используется для загрузки ОС (т. н. активный раздел). • Информация о делении диска заносится в таблицу разделов (PT), которая содержится в главной записи начальной загрузки (MBR). • Программа начальной загрузки по таблице разделов (PT) определяет положение активного раздела, читает один сектор активного раздела и загружает ОС.

• Самый первый сектор жесткого диска (поверхность 0, цилиндр 0, сектор 1) содержит главную запись загрузки (MBR), которая помещается в память по адресу 0000: 7 C 00 h и исполняется BIOS во время начальной загрузки системы. • Последняя часть этого сектора содержит таблицу разделов (PT), состоящую из 4 элементов длиной по 16 байт. • При загрузке BIOS выполняет код MBR. Этот код анализирует таблицу разделов (PT) для определения активного (т. е. содержащего ОС) раздела. • Загрузочный сектор активного раздела читается в память и выполняется.

Структура тома

Организация файлов на диске Файлы на дисковых носителях физически организованы в блоки - кластеры. Кластер - это группа подряд расположенных секторов. Число секторов в кластере зависит от формата диска. Каждый кластер имеет свой уникальный номер.

Файл представляет собой цепочку кластеров, хаотическим образом размещенных в дисковом пространстве. Таблицу размещения файлов используют для – поиска файла на диске, – выделения и освобождения кластера, – отслеживания свободного пространства на диске.

Таблица размещения файлов Создается один раз для всего диска при его форматировании. Содержит информацию о состоянии каждой его элементарной единицы (кластера) – свободен, испорчен, последний в цепочке, – причем для каждого кластера предусматривается только один элемент FAT.

Оглавление диска или каталога в этой реализации содержит – имя файла, – его атрибуты, – ссылку на первый элемент таблицы размещения. Поскольку каждый элемент FAT содержит, помимо атрибутов, еще и номер следующего элемента, то т. о. достигается однозначное распределение всего объема диска между файлами. Размер кластера всегда кратен размеру сектора (512 byte), то есть 512 byte, 1 Кb, 2 Кb, 4 Кb, 8 Кb, 16 Кb или 32 Кb, и рассчитывается исходя из общего объема форматируемого пространства.

FAT 32 Поддерживает жесткие диски объемом до 2 терабайт. Были расширены атрибуты файлов, позволяющие хранить время и дату создания, модификации и последнего доступа к файлу или каталогу.

Уменьшен размер кластера на разделе в FAT 32 Емкость диска, Гб Размер кластера, Кб Менее 8 4 8 - 16 8 16 - 32 16 32 и более 32

Сравнение размещения файлов

Файловая система NTFS (New Technology File System)

Основные возможности NTFS 1. Надежность. Введение механизма транзакций, при котором осуществляется журналирование файловых операций (т. е. происходит фиксация в специальном служебном файле происходящих изменений).

2. Расширенная функциональность. Дополнительные возможности: • усовершенствованная отказоустойчивость, • эмуляция других ФС, • мощная модель безопасности, • параллельная обработка потоков данных, • создание файловых атрибутов, определяемых пользователем.

3. Поддержка POSIX (Portable operating system for computing environments). С 1990 года POSIX является международным стандартом на машинно-независимый интерфейс компьютерной среды. К числу базовых средств ФС POSIX относится: • необязательное использование имен файлов с учетом регистра, • хранение времени последнего обращения к файлу, • механизм так называемых «жестких ссылок» – альтернативных имен, позволяющих ссылаться на один и тот же файл по двум и более именам.

4. Гибкость. Размер кластера может изменяться от 512 байт до 64 Кб. NTFS также поддерживает: – длинные имена файлов, – набор символов Unicode, – альтернативные имена формата 8. 3 для совместимости с FAT.

Особенности NTFS Максимально возможные размеры тома (и размеры файла) составляют 16 Эб (экзабайт – 1 Эб=264 Гбайт) Количество файлов в корневом и некорневом каталогах не ограничено.

Структура тома с файловой системой NTFS

Непрерывная область кластеров называется отрезком. Порядковый номер кластера тома называется логическим номером кластера (LCN). Порядковый номер кластера внутри файла называется виртуальным номером кластера (VCN). Часть файла в отрезке характеризуются числом (VCN, LCN, К), где К длина отрезка Для хранения номера кластера используются 64 -разрядные указатели.

Кластеры в NTFS

Весь том (раздел) это последовательность кластеров. Размеры кластеров: от 512 б до 64 Кб. ФС NTFS – это один и более файлов. Основа структуры – таблица MFT (Master File Table) - это тоже файл. MFT состоит из записей, по умолчанию 2 Кб. Порядковый номер записи в MFT – номер файла.

Структура тома NTFS Все дисковое пространство в NTFS делится на две неравные части: • 12 % диска отводятся под MFT-зону для главного служебного метафайла MFT, • 88 % тома - пространство для хранения файлов.

Физическая организация NTFS

Системные файлы 1. $Mft полный список файлов тома; 2. $Mft. Mirr Копия первых трех записей MFT; 3. $Log. File Список транзакций для восстановления после сбоя; 4. $Volume Имя тома, версия и пр; 5. $Atr. Def Файл описаний атрибутов; 6. $ Корневой каталог; 7. $Bit. Map Разметка использованных кластеров; 8. $Boot Адрес загрузочного сектора; 9. $Bad. Clus Список плохих кластеров; 10. $Quota Квоты для каждого пользователя; 11. $Upcase Таблица преобразования символов в Unicode; 12. 15 Резерв.

Основные метафайлы NTFS Имя метафайла SMFTmirr $Log. File $Volume SAttr. Def $. $Bitmap $Boot $Quota $Upcase Назначение метафайла Сам Master File Table Копия первых 16 записей MFT, размещенная посередине тома Файл поддержки операций журналирования Служебная информация — метка тома, версия ФС и т. д. Список стандартных атрибутов файлов на томе Корневой каталог Карта свободного места тома Загрузочный сектор (если раздел загрузочный) Файл, в котором записаны права пользователей на использование дискового пространства Файл - таблица соответствия заглавных и прописных букв в именах файлов. В NTFS имена файлов записываются в Unicode (что составляет 65 тысяч различных символов) и искать большие и малые эквиваленты в данном случае — нетривиальная задача

Запись MFT (master file table) - общая таблица файлов

Атрибуты файлов в системе NTFS Системный Описание атрибута атрибут Стандартная Традиционные атрибуты Read Only, Hidden, Archive, System, информация о отметки времени, включая время создания или последней файле модификации, число каталогов, ссылающихся на файл Список атрибутов, из которых состоит файл, и файловая ссылка на файловую запись и MFT, в которой расположен каждый из атрибутов. Последний используется, если файлу необходимо более одной записи в MFT Имя файла в символах Unicode. Файл может иметь несколько атрибутов – имен файла, подобно тому как это имеет место в UNIX-системах. Это случается, когда имеется связь POSIX с данным файлом или если у файла есть автоматически сгенерированное имя в формате 8. 3 Дескриптор защиты Структура данных защиты (ACL), предохраняющая файл от несанкционированного доступа. Атрибут «дескриптор защиты» определяет, кто владелец файла и кто имеет доступ к нему

Данные Собственно данные файла, его содержимое. В NTFS у файла по умолчанию есть один безымянный атрибут данных, и он может иметь дополнительные именованные атрибуты данных. У каталога нет атрибута данных по умолчанию, но он может иметь необязательные именованные атрибуты данных Корень индекса, Атрибуты, используемые для индексов имен размещение индекса, файлов в больших каталогах битовая карта (только для каталогов) Расширенные атрибуты HPFS Атрибуты, используемые для реализации расширенных атрибутов HPFS для подсистемы OS/2 и OS/2 -клиентов файл-серверов Windows NT

Особенности атрибута Имя файла в NTFS может содержать (почти) любые символы, включая полный набор национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode – 16 -битном представлении, которое дает 65 535 разных символов. Максимальная длина имени файла – 255 символов.

Индивидуальные разрешения файлу или каталогу • Read (прочитать), • Write (записать), • e. Xecute (выполнить), • Delete (удалить), • Change Permissions (изменить разрешения), • Take Ownership (стать владельцем).

Разрешение No Access (нет доступа) имеет приоритет над остальными. Оно запрещает любой доступ к файлу или каталогу, даже если пользователю, как члену другой группы, дано необходимое разрешение.

Примеры стандартных разрешений Стандартные разрешения NTFS Соответствующие им комбинации индивидуальных разрешений NTFS Для каталогов Для файлов No Access (нет доступа) Нет никаких разрешений List (просмотр) Read, e. Xecute Read (чтение) Read, e. Xecute Нет никаких разрешений Read, e. Xecute Add (добавление) Write, e. Xecute Нет никаких разрешений Read, e. Xecute Add & Read (чтение Read, Write, e. Xecute и добавление) Change (изменение) Read, Write, e. Xecute, Delete Full Control (полный Все разрешения доступ) Все разрешения