ФАЙЛЫ И ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА
Компьютер без программного обеспечения – это бесполезный хлам, груда железа.
Программное обеспечение – вся совокупность программ, хранящихся на всех устройствах долговременной памяти компьютера.
Операционная система – набор программ, управляющих процессором, ОЗУ и внешними устройствами и ведущих диалог с пользователем.
Программное обеспечение Системное ПО Прикладное ПО Системы программирования
Что такое файл? Все программы и данные хранятся в долговременной (внешней) памяти компьютера в виде файлов. Файл — это информация, хранящаяся на внешнем носителе и объединенная общим именем.
Файловая система На каждом носителе информации (гибком, жестком или лазерном диске) может храниться большое количество файлов. Порядок хранения файлов на диске определяется установленной файловой системой. Файловая система - это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций с файлами. Файловая система — это система организации и хранения информации на жестком диске или других носителях, программные алгоритмы операционной системы для управления данной системой организации информации, и, наконец, на бытовом уровне это совокупность всех файлов и папок на диске.
Имя файла состоит из двух частей, разделенных точкой: собственно имя файла (до 255 символов) и расширения (3 символа). Собственно имя файлу дает пользователь, а тип файла обычно задается программой автоматически при его создании. Расширение указывает, какого рода информация хранится в файле, тип файла proba. txt Имя Расширение файла
Соглашение 8. 3 По соглашению 8. 3 имя файла может состоять из двух частей, разделенных точкой. Первая часть может иметь длину до 8 символов. При записи имени файла разрешается использовать только буквы английского алфавита и цифры. Начинаться имя должно с буквы. Пробелы и знаки препинания не допускаются, за исключением восклицательного знака (!), тильды (~) и символа подчеркивания (_).
Длинные имена файлов 1. Разрешается использовать до 255 символов. 2. Разрешается использовать символы национальных алфавитов, в частности русского. 3. Разрешается использовать пробелы и другие ранее запрещенные символы, за исключением следующих девяти: / : * ? "< >| 4. В имени файла можно использовать несколько точек. Расширением имени считаются все символы, стоящие за последней точкой.
Символы, которые не используют при задании имени файла /*: ? |“<>
Тип файла Расширение Исполняемые программы exe, com, bat Текстовые файлы txt, rtf, doc Графические файлы bmp, gif, jpg, png, pds Web-страницы htm, html Звуковые файлы wav, mp 3, midi, kar, ogg Видеофайлы avi, mpeg Код (текст) программы на языках программирования bas, pas, cpp Архивные файлы arj, zip, rar
Папка (каталог) – совокупность файлов (подкаталогов) по одной тематике В операционной системе Windows вместо каталогов используется понятие «папка» . Папка – это объект Windows, предназначенное для объединения файлов и других папок в группы. Понятие папки шире, чем понятие «каталог» . В Windows на вершине иерархии папок находится папка Рабочий стол. (Следующий уровень представлен папками Мой компьютер, Корзина и Сетевое окружение (если компьютер подключен к локальной сети).
На одном компьютере может быть несколько дисков. Каждому дисководу присваивается однобуквенное имя после : А: , В: , С: , D: , … Логический диск – это физический диск, реальный диск или часть физического диска, которому присвоено имя.
Файловая структура – вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними. Одноуровневая Многоуровневая (иерархическая)
Одноуровневая файловая система Для дисков с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) удобно применять одноуровневую файловую систему, когда каталог (оглавление диска) представляет собой линейную последовательность имен файлов. Для отыскания файла на диске достаточно указать лишь имя файла. Диск: имя. расширение А: tetris. exe
Многоуровневая иерархическая файловая система Если на диске хранятся сотни и тысячи файлов, то для удобства поиска файлы организуются в многоуровневую иерархическую файловую систему, которая имеет «древовидную» структуру (имеет вид перевернутого дерева). Диск (корневой каталог)каталог …имя. расширение
Путь к файлу – последовательность папок, начиная от самой верхней и заканчивая той, в которой непосредственно хранится файл Полное имя файла – имя логического диска + путь к файлу + имя файла C: РефератыФизика C: РефератыИнформатика C: Рисунки Для того чтобы найти файл в иерархической файловой структуре необходимо указать путь к файлу. В путь к файлу входят записываемые через разделитель "" логическое имя диска и последовательность имен вложенных друг в друга каталогов, в последнем из которых находится данный нужный файл.
Путь к файлу вместе с именем файла называют полным именем файла. C: РефератыФизикаОптические явления. doc C: РефератыИнформатикаИнтернет. doc C: РефератыИнформатикаКомпьютерные вирусы. doc C: РисункиЗакат. jpg C: Рисунки Зима. jpg
Файловая система - это функциональная часть ОС, обеспечивающая выполнение операций с файлами. Файловая система — это система организации и хранения информации на жестком диске или других носителях, программные алгоритмы операционной системы для управления данной системой организации информации, наконец, на бытовом уровне это совокупность всех файлов и папок на диске.
Содержимое же файлов (0 и 1) записано в кластеры — мельчайшие единицы данных, которыми оперирует файловая система, размер их кратен 512 байтам. Для организации информации кроме имени файла используются также каталоги, как некая абстракция, позволяющая группировать файлы по определенному критерию. По сути, каталог — это файл, содержащий информацию о «вложенных» в него каталогах и файлах. Вся информация о файлах хранится в особой области раздела — таблице файлов. Таблица файлов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы файлов и дополнительную информацию о них (дата изменения, права доступа, имя и т. д. ) с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.
Раздел — это определенная область диска, созданная во время операции разметки диска. Каждый раздел содержит один (редко — несколько) отформатированный том. Том — область раздела со своей файловой системой, своей таблицей файлов и областью данных. Один или несколько разделов составляют диск. В начале диска находится особая область — MBR (Master Boot Record), содержащая программную логику, необходимую BIOS для загрузки системы с жесткого диска. Таблица разделов (partition table) также расположена в начале диска, ее задача — хранить информацию о разделах: начало раздела, его длина, какой раздел является загрузочным. На загрузочном разделе расположен загрузочный сектор (boot sector), хранящий программу загрузки операционной системы.
Что такое файл? Как сохранить цифровую фотографию или реферат на выбранном долговечном носителе, например на флеш диске. Первое что приходит в голову, это кодировать букву «А» — числом 1, букву «Б» — 2, … букву «Я» — 33, и записать эти числа на диск в том порядке, в каком буквы встречаются в реферате. Каждый цвет, который встречается на фотографии, можно кодировать числом, например красный — 1, розовый — 2, … синий — 100, чёрный — 0, и записывать на диск номер цвета каждой точки (пиксела) изображения, последовательно слева на право, сверху вниз. В конце области с данными ставят специальный байт «EOF» (End Of File — конец файла). Перед началом необходимой нам информации помещают три байта «EOF» , а после них название реферата или фотографии, после названия ещё два байта «EOF» , потом необходимая информация и в конце один байт «EOF» . Теперь реферат и фотография представлены Файлами на диске! Файл - Именованная порция информации.
Типы файлов. Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлыкаталоги. Обычные файлы подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т. п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы. Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байториентированные. Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).
В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики, например: 1. информация о разрешенном доступе, 2. пароль для доступа к файлу, 3. владелец файла, 4. создатель файла, 5. признак "только для чтения", 6. признак "скрытый файл", 7. признак "системный файл", 8. признак "архивный файл", 9. признак "двоичный/символьный", 10. признак "временный" (удалить после завершения процесса), 11. признак блокировки, 12. длина записи, 13. указатель на ключевое поле в записи, 14. длина ключа, 15. времена создания, последнего доступа и последнего изменения, 16. текущий размер файла, максимальный размер файла.
Понятие кластера Кластер (cluster) – это минимальный участок памяти на диске, который может быть выделен файловой системой при создании файла. Файлу выделяется целое число кластеров. Физически кластер представляет собой несколько смежных секторов, число которых кратно степени 2 (т. е. 1, 2, 4, 8, 16, 32 и т. д. ). Размер кластера влияет на эффективность использования дискового пространства. Пример: Если размер кластера 4 Кбайт, это означает, что самый маленький файл (например текст из единственной буквы «Я» ) будет занимать на диске 4 Кбайт. 31
Структура диска: (A) дорожка (B) геометрический сектор (C) сектор дорожки (D) кластер Кластер – это ячейка на локальном диске, минимальный размер дискового пространства, в котором может храниться один файл. В общем, в одном кластере может быть только один файл, не более.
Количество кластеров на диске определяет разрядность адресов FAT-таблицы (FAT 16 – 16, FAT 32 – 32, NTFS – 64) Максимально возможное количество кластеров для: FAT-16 - 216 65536 шт. FAT-32 - 232 4 294 967 296 шт. NTFS - 264 Пример: Размер кластера для винчестера 2 Гб (231) системы FAT 16: 231/216 = 215 (32 Кб) (64 сектора по 512 байт)
Форматирование жесткого диска выполняется в три этапа: 1. Форматирование низкого уровня. 2. Организация разделов на диске. 3. Форматирование высокого уровня.
Форматирование низкого уровня В процессе форматирования низкого уровня дорожки диска разбиваются на секторы. При этом записываются заголовки и заключения секторов (префиксы и суффиксы), а также формируются интервалы между секторами и дорожками.
Организация разделов на диске При разбивке диска на области, называемые разделами, в каждой из них может быть создана файловая система, соответствующая определенной операционной системе. Сегодня в работе операционных систем чаще других используются три файловые системы. • FAT — таблица размещения файлов • FAT 32 — 32 -разрядная таблица размещения файлов • NTFS — файловая система Windows NT
Форматирование высокого уровня При форматировании высокого уровня операционная система создает структуры для работы с файлами и данными. В каждый раздел (логический диск) заносится загрузочный сектор тома (Volume Boot Sector — VBS), две копии таблицы размещения файлов (FAT) и корневой каталог (Root Directory). Происходит создание оглавления диска и таблицы размещения файлов
Структуры данных, участвующие в загрузке ОС Область исполняемого кода 1 BE Дополнительная таблица разделов 1 Раздел 1 Таблица разделов (основной) Логический диск 1 Главная загрузочная запись (MBR, Master Boot Record) 0 дорожка, 0 сторона, 1 сектор Дополнительная таблица разделов 2 Логический диск 3 Раздел 2 (дополнительный) Первый сектор каждого логического диска в дополнительном разделе имеет собственную таблицу разделов. 38
• FAT — таблица размещения файлов • FAT 32 — 32 -разрядная таблица размещения файлов • NTFS — файловая система Windows NT
Элементы файловой структуры : - стартовый сектор(сектор начальной загрузки, Boot-сектор), - таблица размещения файлов (FAT - File Allocation Table), - корневой каталог(Root-Directory), - область данных(оставшееся свободным дисковое пространство) Загрузочная запись раздела FAT-1 Корневой каталог FAT-2 Две копии FAT ведутся для повышения надежности хранения данных Область данных
Стартовый сектор(сектор начальной загрузки, Bootсектор) : Здесь записана информация, необходимая MS DOS для работы с диском : - идентификатор OS(если диск системный), - размер сектора диска, - кол-во секторов в кластере, - кол-во резервных секторов в начале диска, - кол-во копий FAT на диске(стандарт - две), - кол-во элементов в каталоге, - кол-во секторов на диске, - тип формата диска, - кол-во секторов в FAT, - кол-во секторов на дорожку, - кол-во поверхностей, - блок начальной загрузки OS, За стартовым сектором располагается FAT.
FAT - это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.
Корневой Каталог : Это определенная область Диска, создаваемая в процессе инициализации (форматировании) Диска, где содержится информация о файлах и каталогах, хранящихся на Диске. Корневой Каталог ВСЕГДА существует на отформатированном Диске! На одном Диске ВСЕГДА бывает только ОДИН Корневой Каталог. Размер Корневого Каталога для данного Диска - величина фиксированная, поэтому максимальное кол-во "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов (Подкаталогов) - строго определенное.
Каталоги(Под. Каталоги) : Каталог - это определенное место на диске (в области данных диска), где содержится информация о файлах и Подкаталогах, "привязанных" к данному Каталогу. MS DOS поддерживает иерархическую структуру каталогов (древообразную). В отличие от Корневого Каталога, остальные каталоги(Подкаталоги) создаются с помощью спец. команд MS DOS (внутренних). Файлы : Файл - это поименованная область на каком-либо физическом носителе, предназначенная для хранения информации. Файл ВСЕГДА "привязан" к какому-либо Каталогу(в том числе, может быть "привязан" и к корневому каталогу),
FAT Файловая система FAT поддерживает файлы и разделы размеров до 2 Гбайт. В FAT применяются следующие соглашения по именам файлов: • имя должно начинаться с буквы или цифры и может содержать любой символ ASCII, за исключением пробела и символов "/[]: ; |=, ^*? • Длина имени не превышает 8 символов, за ним следует точка и необязательное расширение длиной до 3 символов. • Регистр символов в именах файлов не различается и не сохраняется. Загрузочный сектор Блок параметров BIOS (BPB) FAT Корневой каталог (копия) Структура раздела FAT Область файлов
FAT Размер раздела Тип FAT < 16 Мб Размер кластера 4 Кб 16 Мб – 127 Мб 2 Кб FAT 16 128 Мб – 255 Мб 4 Кб FAT 16 256 Мб – 511 Мб 8 Кб FAT 16 512 Мб – 1023 Мб 16 Кб FAT 16 1 Гб – 2 Гб 32 Кб FAT 16 FAT 12
Преимущества FAT 16 Среди преимуществ FAT 16 можно отметить следующие: • файловая система поддерживается операционными системами MSDOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, а также некоторыми операционными системами UNIX; • существует большое число программ, позволяющих исправлять ошибки в этой файловой системе и восстанавливать данные; • при возникновении проблем с загрузкой с жесткого диска система может быть загружена с флоппи-диска; • данная файловая система достаточно эффективна для томов объемом менее 256 Мбайт.
Недостатки FAT 16 К основным недостаткам FAT 16 относятся: • корневой каталог не может содержать более 512 элементов. Использование длинных имен файлов существенно сокращает число этих элементов; • FAT 16 поддерживает не более 65 536 кластеров, а так как некоторые кластеры зарезервированы операционной системой, число доступных кластеров — 65 524. Каждый кластер имеет фиксированный размер для данного логического устройства. При достижении максимального числа кластеров при их максимальном размере (32 Кбайт) максимальный объем поддерживаемого тома ограничивается 4 Гбайт (под управлением Windows 2000). Для поддержания совместимости с MS-DOS, Windows 95 и Windows 98 объем тома под FAT 16 не должен превышать 2 Гбайт; • не поддерживается резервная копия загрузочного сектора; • в FAT 16 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие; • на дисках большого объема теряется много места за счет того, что используется максимальный размер кластера. Место под файл выделяется исходя из размера не файла, а кластера.
FAT 32 - усовершенствованная версия файловой системы VFAT, поддерживающая жесткие диски объемом до 2 терабайт. Впервые файловая система FAT 32 была включена в состав ОС Windows 95 OSR 2. В FAT 32 были расширены атрибуты файлов, позволяющие теперь хранить время и дату создания, модификации и последнего доступа к файлу или каталогу. Загрузочная запись раздела FAT-1 Корневой каталог FAT-2 Две копии FAT ведутся для повышения надежности хранения данных Область данных
FAT 32 Размер раздела Размер кластера < 260 Мб 512 байт 260 Мб – 8 Гб 4 Кб 8 Гб – 16 Гб 8 Кб 16 Гб – 32 Гб 16 Кб > 32 Гб 32 Кб
Преимущества FAT 32 Среди преимуществ FAT 32 можно отметить следующие: • выделение дискового пространства выполняется более эффективно, особенно для дисков большого объема; • корневой каталог в FAT 32 представляет собой обычную цепочку кластеров и может находиться в любом месте диска. Благодаря этому FAT 32 не накладывает никаких ограничений на число элементов в корневом каталоге; • за счет использования кластеров меньшего размера (4 Кбайт на дисках объемом до 8 Гбайт) занятое дисковое пространство обычно на 10 -15% меньше, чем под FAT 16; • FAT 32 является более надежной файловой системой. В частности, она поддерживает возможность перемещения корневого каталога и использования резервной копии FAT. Помимо этого загрузочная запись содержит ряд критичных для файловой системы данных.
Недостатки FAT 32 Основные недостатки FAT 32: • размер тома при использовании FAT 32 под Windows 2000 ограничен 32 Гбайт; • тома FAT 32 недоступны из других операционных систем — только из Windows 95 OSR 2 и Windows 98; • не поддерживается резервная копия загрузочного сектора; • в FAT 32 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.
NTFS - наиболее предпочтительная файловая система при работе с ОС Windows NT и выше. В NTFS значительно расширены возможности по управлению доступом к отдельным файлам и каталогам, введено большое число атрибутов, реализована отказоустойчивость, средства динамического сжатия файлов. NTFS позволяет использовать имена файлов длиной до 255 символов, при этом она использует тот же алгоритм для генерации короткого имени. NTFS обладает возможностью самостоятельного восстановления в случае сбоя ОС или оборудования, так что дисковый том остается доступным, а структура каталогов не нарушается. Загрузочны й сектор MFT Копия MFT (не полная) Кластеры файлов данных Копия загрузочного сектора
NTFS Размер раздела Размер кластера < 512 Мб 512 байт 513 Мб - 1024 Мб (1 Гб) 1 Кб 1 Гб - 2 Гб 2 Кб 2 Гб - 4 Гб 4 Кб 4 Гб - 8 Гб 8 Кб 8 Гб - 16 Гб 16 Кб 16 Гб - 32 Гб 32 Кб > 32 Гб 64 Кб
Преимущества NTFS: - некоторые функции операционной системы требуют наличия NTFS; - скорость доступа намного выше — NTFS минимизирует число обращений к диску, требуемых для нахождения файла; - защита файлов и каталогов. Только на томах NTFS возможно задание атрибутов доступа к файлам и папкам; - при использовании NTFS Windows 2000 поддерживает тома объемом до 2 Тбайт; - файловая система поддерживает резервную копию загрузочного сектора — она располагается в конце тома; - NTFS поддерживает систему шифрования, обеспечивающую защиту от неавторизованного доступа к содержимому файлов; - при использовании квот можно ограничить объем дискового пространства, занимаемого пользователями.
Недостатки NTFS Говоря о недостатках файловой системы NTFS, следует отметить, что: • NTFS-тома недоступны в MS-DOS, Windows 95 и Windows 98. Помимо этого ряд функций, реализованных в NTFS под Windows 2000, недоступен в Windows 4. 0 и более ранних версиях; • для томов небольшого объема, содержащих много файлов небольшого размера, возможно снижение производительности по сравнению с FAT.
Фрагментация диска – такое распределение дискового пространства, при котором отдельные кластеры файлов размещаются в удаленных друг от друга частях жесткого диска. Дефрагментация диска – это процесс объединения фрагментированных файлов на жестком диске. На рисунке представлен пример распределения дискового пространства до и после дефрагментаци и. 57
Скачать презентацию ФАЙЛЫ И ФАЙЛОВАЯ СИСТЕМА Компьютер без программного
13 Пр ФС.ppt