1.4 Файл және файлдық жүйелер.

Файлдарды басқару жүйесін қолдану тарихи қадам болды. Қолданбалы бағдарлама тұрғысынан қарағанда файл – бұл деректерді жазуға және одан оқуға болатын сыртқы жадының атаулы облысы. Файл атауының ережесі, файлдарда сақталған деректерге қатынасу тәсілі және сол деректердің құрылымы файлдарды басқарудың нақты жүйесіне, мүмкін типіне байланысты. Файлдарды басқару жүйесі сыртқы жадыны таратуды, сыртқы жадыдағы сәйкес адресте файл атауының көрсетілуі және деректерге қатынасты қамтамасыз ету.

Файлдарды басқару аймағында кейбір тарихи терминологиялық шатасу да бар. Файлдық жүйе (file system) термині сыртқы жадыда сақталатын файлдарды, файл архивтерін басқаратын программалық жүйені белгілеу үшін қолданылады. Бірінші жағдайда файлдық жүйе екінші мәнін қалдырып, терминінің файлдарды басқару жүйесі терминін қолданған дұрыс. Бірақ, қабылданған тәжірибе файлдық жүйе терминін екі мағынаны да қолдануға міндеттейді. Терминнің нақты мағынасы контекстен де белгілі болады деп қарастырайық. (Кәсіби мамандар арасында деректер қоры және деректер қорын басқару жүйесі терминдерін қолданған кезде аналогты шатасу пайда болады. Бұл курста біз осы терминдерді бөліп қарастырамыз.) Осыны ескере отырып берілген курс шеңберінде дәстүрлі файлдық жүйе деп аталатын қасиееттер сипатымен ғана шектелеміз, бұл бізді негізгі тақырыптан ауытқытып жіберетіндіктен, жоғарғы сенімділігі бар заманауи жүйе ерекшеліктерін қарастырмаймыз.

Алғашқы дамыған файлдық жүйе 60 жылдардың ортасында «360» компьютерлер сериясын шығарған IBM компаниясы мамандарымен өңделіп шығарылды. Бұл жүйеде тізбектелген және индесті-тізбектелген файлдар файлдар қолданды, ал жүзеге асыру көп жағдайда тек қана сол уақытта пайда болған дискті құрылғыларды басқару контроллеріне байланысты болды. Контроллер әртүрлі өлшемдегі деректерді дисктік құрылғылармен алмастыру м.мкіндігін қамтамасыз етті, сонымен қатар файл жазбаларына индексті ену және контроллерлердің бұл қызметтері ОS/360 файлдық жүйесінде активті қолданылды.

ОS/360 файлды жүйесі болашақ өңдеушілерді барлық заманауи файлдық жүйелерде көрсетілетін бастары қозғалмалы дискті құрылғыларды қолдану тәжірибесімен қамтамасыз етті.

1.4.1. Файл құрылымы

Қазіргі барлық компьютерлерде негізгі сыртқы құрылғылар бастары қозғалмалы магнитті дискілер болып табылады, олар файлдарды сақтау үшін қолданылады. Бұрын көрсетілгендей магниттік диск аппаратуралары түрлі өлшемдегі деректертерді дискіден бөлшектеп алмастыруды орындайды. Бірақ, өлшем толық блок өлшемінен кіші бөлшектік магнитті дисктерды алмастыру мүмкіндігі қазіргі уақытта файлдық жүйелерде қолданылмайды. Бұл екі жағдайға байланысты.

Біріншіден, 1.3 «Сыртқы жады құрылғылары» бөлімінде қарастырылған тек қана блок бөлігінің есептеліп немесе жазылуы уақыт алмасуының қосындысында пайда әкелмейді. Екіншіден, блок бөліктерімен жұмыс істеу үшін файлдық жүйе сәйкес өлшемдегі жедел жадының буферін қамтамасыз ету керек, ол жедел жадының таратылуын қиындатады. Әр түрлі өлшемдегі жадыны бөліктеп тарату алгоритмы кемшілігі, олардың кез-келгені ерте ме, кеш пе жадының сыртқы фрагментациясына алып келеді. Жадыда көптеген кішкентай бос фрагменттер пайда болады. Олардың жиынтық өлшемі талап етілген буфер өлшемінен үлкен болуы мүмкін, бірақ, егер қысылған жады арқылы, яғни барлық бос емес фрагменттерді бір-біріне тығыз орналасатындай жылжыту арқылы оқшаулауға болады. Жадыны қысу операциясын орындау барысында алмастыруды тоқтату керек, ал операцияның өзі ұзақ уақытты қажет етеді.

Сондықтан, барлық заманауи файлдық жүйелерде блок тізімін көрсететін, файлдың адрестік кеңістігінде тізбектеле номерленетін және дисктің физикалық блогында сипатталатын базалық файлдар жұмысын қаммасыз ететін деңгей бөлінеді (сурет.1.5). Файлдың логикалық блогының өлшемі дисктің физикалық блогының өлшемімен сәйкес немесе оған қысқа, әдетте логикалық блоктың өлшемі операциялық жүйемен бірге компьютер аппаратурасында ұстанатын виртуалды жады бетінің өлшеміне тең таңдалып алынады.

Сурет 1.5.  Базалық файлдың сұлбалық бейнесі

Кейбір файлдық жүйелерде базалық деңгейге қолданушы ене алады, бірақ ол қолданушы үшін стандартты болатын жоғарғы деңгейді жиі қолданады. Екі негізгі қадам болады. Бірінші қадамда, мысалы, DEC RSX және VMS компанияларының операциялық жүйелерінің файлдық жүйелерінде қолданушылар файлды жазбалар тізбегі ретінде қарастырады. Әр жазба – бұл тұрақты немесе айнымалы өлшемі бар байт тізбегі. Жазбаларды тізбектеле оқуға немесе жазуға болады, немесе номері көрсетілген файлға позициялауға болады. Кейбір файлдық жүйелер жазбаларды өрістерге құрылымдауға және кейбір өрістерді жазба кілті деп жариялауға мүмкіндік береді.

Мұндай файлдық жүйелерде файлдағы жазбаның таңдауын оның берілген кілті бойынша талап етуге болады. Әрине, бұл жағдайда файлдық жүйе қолданушыға көрінбейтін деректердің қызметтік құрылымын сол базалық файлда қосымша қолдайды. Кілттік файлдардың таратылған ұйымдастыру тәсілі хэшталу техникасына және B-бұтақтарына негізделеді. Файлдарды ұйымдастырудың көпкілттік тәсілдері болады (бір файлда бірнеше кілт жарияланады, әр кілттің мағынасы бойынша жазбаларды таңдауға болады).

Екінші қадам, UNIX операциялық жүйесімен бірге таратылу мүмкіндігін алған, мұндағы кез-келген файл байттардың үздіксіз тізбегі ретінде көрсетіледі. Файлдан көрсетілген байт санын оқуға болады, немесе оның басынан бастауға, немесе номері көрсетілген байтқа алдын ала оның позициялануын оқуға болады. Енді аналогты түрде немесе алдын ала позицияланған файлды орындау арқылы көрсетілген байт санын файл соңына жазуға болады. Қолданушылардан жасырын түрде, бірақ барлық файлдық жүйе түрлерінде орналасқан UNIX ОЖ файлдық базалық блоктық көрсеткіші болып табылады.

Әрине, екі жағдайда да айл түрін екінші бір түрге келтіретін түрлендіруші қызметтер тізімін қамтамасыз етуге болады. Оған мысал ретінде UNIX стандартты файлдық ортасының DEC компаниясының операиялық жүйе ортасында болуы қызмет етеді.