Примеры файловых систем

Основное назначение файловой системы — хранение информации о номерах кластеров, в которых записаны данные конкретного файла.

Кластер— логическое объединение нескольких секторов диска, используемое для ускорения процесса считывания и записи данных. Данные одного файла записываются в целое число кластеров. Таблица распределения файлов как раз и содержит информацию о «закреплении» кластеров за файлами. Все свободные кластеры в FАТ-таблицах отмечены нулями. Операционная система хранит две копии таблицы распределения файлов. Каждая запись в таблице размещения файлов содержит следующую информацию:

• имя файла;
• расширение имени;
• код времени создания файла;
• код даты создания файла;
• размер файла;
• номер первого кластера, занимаемого файлом;
• атрибуты файла (его свойства) — архивный, системный, cкрытый, только для чтения.

Поддержание файловой системы включает следующие действия:

• создание файлов и присвоение им имен;
• создание каталогов и присвоение имен;
• переименование файлов и каталогов;
• копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами одного диска;
• удаление файлов и каталогов.

Имя каждого файласостоит из 2-х частей: основного имени и расширения. Расширение отделяется от основного имени точкой:

<основное_имя>.<расширение>,

например, «informatics.doc», «таблица1.xls».

Правила описания основного имениопределяются принятой файловой системой. До появления ОС Windows 95 файлы именовались «короткими» именами, в которых основное имя файла не превышало 8 символов (файловая система FАТ16), а его расширение — 3 символа. Имя и расширение включали только буквы латинского алфавита и цифры. В частности, такой принцип именования файлов использовался в операционной системе МS-DOS. Недостаток коротких имен заключается в низкой информативности имени файла относительно содержимого файла.

В Windows 95 было введено понятие «длинного» имени (файловая система VFАТ). Такое имя может содержать до 256 символов. Длинное имя может включать любые символы за исключением специальных: «\», «/», «:», «*», «?», «"», «<», «>». Кроме этого, в именах файлов допускаются пробелы и несколько точек (файловые системы FАТ32, NTFS и др.).

Требование уникальности имени файла очевидно — без этого невозможно гарантировать однозначность доступа к данным. В средствах вычислительной техники требование уникальности имени обеспечивается автоматически — создать файл с именем, тождественным уже имеющемуся, нельзя.

Расширениеимени файлаиспользуется для идентификации его содержимого операционной системой. Например, расширение имени графического файла указывает на то, какой формат представления графики использован. Ниже приведены некоторые распространенные расширения имен файлов, звёздочкой обозначены основные (собственные) имена файла:

а. Исполняемые файлы :

• программы – *.exe, *.com.;

б. Графические файлы:

• растровая графика – *.bmp, *.рсх, *.gif, *.jpg, *img и др.;
• векторная графика – *.dwg,*.dxf, *.pic, *.vsd и др

в. Файлы офисных программ:

• текстовый редактор Word – *.doc; *.docх,
• табличный процессор Excel – *.xls; *.xlsх,
• программа PowerPoint – *.ppt; *.pptх,
• программа для создания баз данных Access *.mdb.

г. Архивные файлы:

• созданные RAR-архиватором – *.rar;
• созданные ZIP-архиватором – *.zip.

Добавление одного знака к расширению имени файла может означать существенное изменение характеристик файла (изменение его формата). Например, отличие форматов docиdocx. Формат doc - это старый формат текстового редактора Microsoft Office. Формат docx - это открытый формат текстового конвертера из пакета Open Office, основанный XML. Текстовый файл с таким расширением сжат архиватором и занимает на 20-25% меньше места на диске. Современные пакеты Microsoft Office обладают встроенными конвертерами для работы с этими форматами.

Операционная система содержит информацию о зарегистрированных расширениях (типах) файлов (рис. 5.6). Поэтому выбор расширения файла во многих случаях не является произвольным.

Рис. 5.6. Фрагмент списка зарегистрированных расширений файлов в ОС Windows ХР

Вместе с тем операционная система Windows позволяет регистрировать новые расширения имен файлов (нестандартные) и указывать программы, с помощью которых они открываются. Однако при переносе такого файла на другой компьютер он не будет распознан операционной системой, поскольку в ней данное расширение (нестандартное) не зарегистрировано.

Обычно изменять расширения имен файлов не следует, поскольку это может сделать невозможным открытие или изменение файла. Однако иногда изменение расширения имени файла может быть полезно—например, когда требуется превратить текстовый файл (.txt) в HTML-файл (.htm), чтобы просматривать его в Web-обозревателе. Чтобы изменить расширение имени файла, сначала надо убедиться, что расширения отображаются. Затем щелкнуть нужный файл правой кнопкой мыши и выбратье пункт Переименовать.

Для более удобной работы с данными, файлы объединяют по определенным признакам в группы, например, по принадлежности разным пользователям или по общей тематике содержимого и т.д. Группа файлов, для которой вводится общее имя, называется каталогом(«директорией» от англ. directory). В операционной системе Windows каталоги называются папками.Имя каталога (папки), в отличие от имени файла, не включает расширение. В каталог, кроме файлов, могут также входить другие каталоги (подкаталоги первого уровня), которые, в свою очередь, могут включать в себя как файлы, так и каталоги (подкаталоги 2-го уровня) и т.д. По такому принципу формируется иерархическая структура — дерево каталогов (рис. 5.7), включающее на самом верхнем уровне единственный главный каталог (корневой, root directory), к которому сходятся многочисленные ветви подкаталогов.

Рис. 5.7. Дерево каталогов (папок)

Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые он проходит. В качестве разделителя используется символ «\» (обратная косая черта).

Уникальность имени файла обеспечивается тем, что полным именем файла считается собственное имя файла вместе с путем доступа к нему.

Понятно, что в этом случае на одном носителе не может быть двух файлов с тождественными полными именами.

<Путь доступа к файлу> \ <Имя . расширение>

Пример записи полного имени файла (рис.5.8):

<имя носителя>\<имя каталога- 1>\...\<имя каталога-N>\<собственное имя файла>

Рис. 5.8. Полное имя файла

Полное имя включает в себя, помимо имени файла (основное имя и расширение), путь доступа к файлу (имя диска, последовательность вложенных каталогов, разделенных символом \ и имя файла).

Вот пример записи двух файлов, имеющих одинаковое собственное имя и размещенных на одном носителе, но отличающихся путем доступа, то есть полным именем.

С:\Мои документы\Лекции\Информатика\Лекция 1.doc

С:\Мои документы\ Лекции\История\Лекция 1.doc

В данных примерах мы имеем два файла с одинаковым собственным именем Лекция1.doc. Однако это разные файлы. Они различаются полными именами, в состав которых кроме собственного имени входит также и путь доступа.

Физический диск —это реальный физический носитель данных, имеющий имя. В качестве имен физических дисков принято использовать буквы латинского алфавита:

А и В – гибкие магнитные диски;

С – жесткий магнитный диск;

D – оптический диск (если есть)

Е – съёмный диск и т. д.

Логический диск— это виртуальный диск на физическом диске или часть физического диска. Например, жесткий магнитный диск можно разбить на несколько логических дисков, имена которых будут соответственно С D, Е, F и т.д. В этом случае лазерный диск будет именоваться следующей буквой — G,а съемный диск –Н. Если жесткий диск не разбит на два и более логических диска, то он содержит один логический диск С(рис.5.9).

Рис. 5.9. Физические и логические диски

Пользователь работает c каждым логическим диском как с отдельным устройством, хотя на самом деле логический диск может являтьсячастью физического диска. Логический диск также является каталогом самого высокого уровня— корневым каталогом.

Поддержание файловой системы, помимо ранее перечисленных функций над файлами и каталогами (создание, удаление и т.д.), включает следующие действия:

• исправление ошибок в хранимых данных;
• разграничение прав доступа пользователей к файлам и папкам;
• навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу;
• управление атрибутами файлов и каталогов.

Первые два действия относятся к файловой системе NTFS (Windows NT, Windows 2000, Windows ХР). Файловая система NTFS включает средства, отслеживающие целостность хранимых данных, а также средства автоматического исправления ошибок в файловой системе и замены дефектных секторов при обнаружении ошибок,

Разграничение прав доступа пользователей реализуется путем установки дополнительных атрибутов (свойств) файлам и папкам и отслеживания соответствия между свойствами объекта и правами пользователя.

Навигацию (перемещение от одного файла к другому) по файловой структуре можно выполнять путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. Такой подход является неприемлемым для большинства пользователей, поскольку требует знания специальных команд и формата их записи. В связи с этим широкое применение нашли специальные программы, называемые файловыми оболочками (файловыми менеджерами). Наиболее известной файловой оболочкой для МS-DOS является Norton Commander. В операционных системах семейства Windows навигация по файловой структуре чаще всего осуществляется с помощью программы Проводник (Ехрlorer) или Total Commander и др..

Кроме имени и расширения файла, операционная система посредством файловой системы хранит для каждого файла и каталога дату его создания и набор атрибутов.

Атрибуты – это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов каталогов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять. Состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами. В большинстве файловых систем стандартными атрибутами файлов и каталогов являются следующие атрибуты (рис. 5.10):

Рис. 5.10. Атрибуты папки.

• «только для чтения»;
• «скрытый»;
• «системный»;
• «архивный».

Атрибут «Только для чтения»ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений. Файл можно просматривать и изменять, однако пользователю будет отказано в сохранении изменений. Файл, открытый только для чтения, может быть сохранен под другим именем. При этом действие атрибута «только чтение» не распространяется на новый файл.

Атрибут «Скрытый»указывает, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного повреждения файла. Этот атрибут можно присвоить любому файлу или каталогу.

Атрибут «Системный»используется для файлов, связанных с функционированием операционной системы. Управляет данным атрибутом операционная система.

Атрибут «Архивный»используется для установления факта изменения содержимого файла или каталога, подлежащего резервно­му копированию. При любых изменениях файла данный атрибут автоматически устанавливается. Сброс атрибута выполняется автоматически после выполнения операции резервного копирования.

Однако, поскольку современные программы резервного копирования используют другие признаки для установления факта изменения файла, то данный атрибут не принимается ими во внимание.