ПОНЯТИЕ И ОРГАНИЗАЦИЯ ФСОПЕРАЦИИ НАД ФАЙЛАМИ И ДИРЕКТОРИЯМИ

ЗАЩИТА ФАЙЛОВРЕАЛИЗАЦИЯ ФС

НАДЕЖНОСТЬ ФСПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ФС

СОВРЕМЕННЫЕ АРХИТЕКТУРЫ ФСОСОБЕННОСТИ НАИБОЛЕЕ ПОПУЛЯРНЫХ ФС

Раздел 4. Организацияфайловой системы

в операционных системах

Понятие файловой системы

Файловая система (File System) – это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы организовать эффективную работу с данными, хранящимися во внешней памяти, и обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с такими данными.

Главная задача файловой системы – скрыть особенности ввода-вывода и дать программисту простую абстрактную модель файлов, независимых от устройств. Для чтения, создания, удаления, записи, открытия и закрытия файлов также имеется обширная категория системных вызовов (создание, удаление, открытие, закрытие, чтение и т.д.).

Функции файловой системы

Идентификация файловРаспределение внешней памяти между

файламиОбеспечение надежности и

отказоустойчивостиОбеспечение защиты от

несанкционированного доступаОбеспечение совместного доступа к

файламОбеспечение высокой производительности

Типы файловой системы

Логическая структура многоуровневой файловой системы

Древовидная структура

Сетевая структура

Физическая организацияфайловой системы

Классификация файловых систем

Дисковые файловые системы Файловые системы для флеш-дисков / твердотельных

носителей Запись-ориентированные файловые системы Файловые системы для сетевых хранилищ

Распределенные файловые системы Распределенные параллельные файловые системы с

защитой от сбоев Файловые системы «точка-точка»

Файловые системы специального назначения Псевдо- и виртуальные файловые системы Шифрованные файловые системы Файловые системы с защитой от сбоев

Немного истории…

Слово file впервые примененок компьютерному хранилищув 1950 году.

Реклама памяти на запоминающихЭЛТ фирмы RCA в журнале«Popular Science» гласила:

…результаты бесчисленных вычислений можно держать «в картотеке» (on file) и получать снова. Эта «картотека» теперь существует в запоминающей трубке, разработанной в лабораториях RCA. Она электрически сохраняет цифры, отправленные в вычислительную машину, и держит их в хранилище, заодно запоминая новые — ускоряя интеллектуальные решения в лабиринтах математики.

Понятие файла

Файл – это именованная часть пространства на носителе информации.

ОС предоставляет приложениям набор функций и структур для работы с файлами. Возможности операционной системы накладывают дополнительные ограничения на ограничения файловой системы.

С точки зрения API файл — объект, по отношению к которому могут быть применены функции этого API. На уровне API уже не существенно, существует ли файл как объект файловой системы или является, например, устройством ввода-вывода.

Общие сведения о файлах

Типы файлов: регулярные (обычные) файлы; директории (справочники, каталоги); специальные файлы.

Имена файлов: простое имя; полное (абсолютное, составное) имя; относительное имя.

Атрибуты файлов: основная информация; адресная информация; информация об управлении доступом; информация об использовании.

Структуризация файлов

Последовательный файлФайл прямого доступаПоследовательность записей

фиксированной длиныПоследовательность записей переменной

длины

Операции над файлами

СозданиеУдалениеОткрытиеЗакрытиеПозиционированиеПереименованиеЧтение из файлаЗапись в файл

Операции над директориями (каталогами)

СозданиеУдалениеОткрытиеЗакрытиеПоискПолучение списка файловПереименованиеСоздание файлаУдаление файла

Защита файлов

от физического разрушения (reliability)от несанкционированного доступа (protection)

Выполнение любой операции над файлом должно быть разрешено только в случае наличия у пользователя соответствующих привилегий.

Обычно контролируются операции:чтения;записи;выполнения.

Современные архитектуры файловых систем

• Современные ОС предоставляют пользователю возможность работать сразу с несколькими файловыми системами.

• Файловая система в традиционном понимании становится частью более общей многоуровневой структуры:

Надежность файловой системы

Целостность файловой системы: Порядок выполнения операций Журнализация Проверка целостности с помощью утилит

Управление «плохими» блоками

Производительность файловой системы

КЭШирование

Оптимальное размещение информации на диске

Файловая система NTFS

Логической записью является кластер.

NTFS поддерживает различные размеры кластеров – от 512 байт до 64 Кбайт. Размер кластера всегда равен целому числу секторов.

Диск NTFS условно делится на две части:1) 12% диска отводится под MFT -зону (MFT-Master File Table);2) Остальные 88% диска – пространство для размещения файлов.

Запись каких-либо данных в MFT-зону невозможна.

Это делается для того, чтобы главный служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем расширении.

Механизм использования MFT-зоны таков:Когда файлы уже нельзя записать в обычное

пространство, MFT-зона сокращается, тем самым освобождается место для записи файлов.

После освобождения участка обычной области MFT-зона может снова расширяться.

MFT-зона

Структура MFT

Каждый элемент файловой подсистемы NTFS представляет собой файл – даже служебная информация.

Главный файл NTFS называется MFT – главная таблица файлов. Она размещается в MFT-зоне и представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска.

Файл MFT поделен на записи фиксированного объема, каждая запись соответствует какому-либо файлу.

21

Первые 16 элементов MFT носят служебный характер и недоступны ОС. Эти элементы называются мета-файлами.

Самый первый из метафайлов называется MFT. Эти первые 16 элементов MFT – единственная часть

диска, имеющая фиксированное положение. Остальная часть MFT может располагаться, как и любой

другой файл, в произвольных частях диска. Восстановить ее положение можно с помощью него самого, используя за основу первый элемент MFT.

Загрузочный сектор тома NTFS располагается в начале тома, аего копия – в середине тома.

24

Способы хранения атрибутов файла

РЕЗИДЕНТНОЕ ХРАНЕНИЕ

(т.е. в исходной записи таблицы MFT)

НЕРЕЗИДЕНТНОЕ ХРАНЕНИЕ

(т.е. вне в исходной записи таблицы MFT)

Имена файлов в NTFS

NTFS поддерживает имена длиной до 255 символов. Имена файлов NTFS используют набор символов

UNICODE с 16-битовыми символами. NTFS автоматически генерирует поддерживаемое MS-

DOS имя для каждого файла. В результате файлы NTFS могут использоваться и ОС

MS-DOS и ОС OS /2. Поскольку NTFS использует набор символов UNICODE

для имен файлов, существует возможность использования некоторых запрещенных в MS-DOS символов.

Для генерации короткого имени файла в стиле MS-DOS NTFS удаляет все запрещенные символы, и усекает имя файла до 6 символов, добавляя знак ~ и номер.

26

Размещение файлов

1. Случай небольших файлов.Если файл имеет небольшой размер, то он размещается целиком внутри одной записи MFT.

2. Случай больших файлов

3. Случай очень больших файлов

4. Случай сверхбольших файлов

Каталоги NTFS

Каждый каталог NTFS представляет собой один вход в таблицу MFT, который содержит список файлов специальной формы, называемый индексом.

Индексы позволяют сортировать файлы для ускорения поиска по определенному атрибуту.

NTFS позволяет использовать для сортировки любой атрибут, если он хранится в резидентной форме.

Журналирование в NTFS

Журналирование – средство, позволяющее существенно сократить число ошибок и сбоев системы.

Каждая операция ввода-вывода, которая изменяет файл на томе NTFS рассматривается файловой системой как транзакция.

При модификации файла специальная компонента файловой системы- сервис регистрации файлов (Log File Service)- фиксирует всю информацию, необходимую для повторения (redo) или отката (undo) транзакции в специальном файле с именем $LogFile. Если транзакция не завершается нормально, то NTFS пытается закончить транзакцию (повторить) или производит ее откат.