Файлы, их виды и организация

Файлом называется именованная совокупность данных на внешнем носителе ин­формации. В ПК понятие файла применяется в основном к данным, хранящимся на дисках (реже на кассетной магнитной ленте), и поэтому файлы обычно отожде­ствляют с участком (областью, полем) памяти на этих носителях информации.

Поэтому возможно такое определение: файл – именованная область внешней памяти, выделенная для хранения массива данных. Данные, содержащиеся в фай­лах, имеют самый разнообразный характер – программы на алгоритмическом или машинном языке; исходные данные для работы программ или результаты вы­полнения программ; произвольные тексты; графические изображения и т. п. По­нятие файла в операционной системе обобщается на внешние устройства и блоки компьютера (логические устройства), работающие с массивами данных: принтер, клавиатуру, дисплей, оперативную память (виртуальные диски) и т. д.

Файловой системой называется совокупность программ, обеспечивающая выполнение операций над файлами. В настоящее время в ОС для ПК использу­ются десятки файловых систем: в DOS - FAT16, FAT32 и FAT12 для гибких дисков (FAT – File Allocation Table, таблица размещения файлов), для Windows 9x характерны FAT16 и FAT32, в Windows NT и Windows 2000 – NTFS, для OS/2 - HPFS, для ОС - Ext2FS и т.д. Наибольшее распростране­ние получили файловые системы DOS: FAT16 и FAT32. Некоторые их особенности и различия будут рассмотрены ниже.

В общем случае при программировании работы с файлами необходимо производить:

• указание области ОЗУ для ввода-вывода информации файла;

• чтение информации (считывания записей) из файла;

• запись информации (включение записей) в файл;

• создание файла (присвоение файлу имени, проверку уникальности этого имени файла, формирование атрибутов и т. д.);

• изменение атрибутов файла;

• открытие файла (отыскание файла на диске и перенос в ОЗУ атрибутов файла);

• закрытие файла (сохранение на диске атрибутов файла для дальнейшего использования);

• переименование файла;

• удаление файла.

При доступе к структурированным данным, кроме этого, необходимо выполнять процедуру установки указателя текущей записи.

В зависимости от версии системы набор таких операций может меняться, но при этом всегда обеспечивается возможность создания и удаления файлов, а также чтение их содержимого и запись информации в них. Файловая система включает в себя также:

• правила образования имен файлов и способов обращения к ним;

• иерархическую систему оглавления файлов;

• структуру хранения файлов на дисках;

• методы доступа к содержимому файлов.

С каждым файлом связываются:

• полное имя файла;

• атрибуты (характеристики) файла;

• дата создания файла;

• время создания файла;

• длина файла.

Полное имя файла в общем случае состоит из двух частей:

• идентифицирующей – имени файла;

• классифицирующей – расширения.

Логическая организация файловой системы

Упорядочение файлов, хранящихся в дисковой памяти, называется логической организацией файловой системы. Основой логической организации являются каталоги. Каталогом называется специальный файл, в котором регистрируются другие файлы. Наряду с термином «каталог» в сообщениях ОС и ее документации для идентификации этого файла используются также термины «раздел», «директория». "папка". В каталоге содержится вся информация, характеризующая входящие в него файлы, и сведения о том, в каком месте диска файл расположен. В частности, в каталоге поддерживаются следующие параметры файла: имя, расширение, атрибуты, размер в байтах, дата и время создания или последнего обновления, номер начального кластера размещения файла. Сам же файл хранится как последовательность байтов без каких-либо дополнительных справочных сведений.

Каталог, в свою очередь, может входить в другой каталог – быть его подкаталогом. Каталог верхнего уровня, который не является подкаталогом, называется корневым каталогом (Root Directory). Место для корневого каталога резервируется при форматировании (разметке). Корневой каталог не может быть удален средствами операционной системы.

Каждый элемент (файл или подкаталог) корневого каталога имеет размер 32 байта и включает 8 полей (параметров), для файлов это:

• имя файла – 8 байтов;

• расширение имени файла – 3 байта;

• атрибут файла – 1 байт;

• резерв – 10 байтов;

• время создания или последней модификации файла (час, минута, секунда) – 8 байтов;

• дата создания или последней модификации файла (год, месяц, день) – 2 байта;

• номер кластера, с которого начинается файл на диске, – 2 байта (в FAT16);

• фактическая длина файла в байтах – 4 байта.

Каталог – это файл специального формата, содержащий записи о файлах и каталогах, которые ему подчинены. Каталог, который входит в другой каталог, называется подкаталогом, или дочерним каталогом. В свою очередь каталог, имеющий дочерние каталоги, называется родительским каталогом, или надкаталогом. Как правило, если это не вызывает путаницы, употребляют термин «каталог», подразумевая или подкаталог, или надкаталог в зависимости от контекста. Термины «подкаталог» (дочерний каталог) и «надкаталог» (родительский каталог) обычно применяют, когда речь идет о собственно структуре каталогов. Подкаталоги могут создаваться и уничтожаться пользователем. Правила наименования подкаталогов такие же, как и правила наименования файлов, но имена подкаталогов не имеют расширений. Каталог, не содержащий никаких файлов, называется пустым.

Каждый диск хранит свою файловую структуру, которая формируется по следующим правилам:

• файл или каталог может входить с одним и тем же именем в один и тот же каталог только один раз;

• допускается вхождение в различные каталоги файлов и каталогов с одинаковыми именами;

• на порядок следования файлов и подкаталогов в каталоге никаких ограничений не накладывается;

• глубина вложенности каталогов не ограничивается.

Файловая система обеспечивает формирование иерархической многоуровневой файловой структуры, в корне которой находится корневой каталог, а узлами и листьями являются каталоги и файлы. Рассмотрим пример дерева каталогов (рис. __). Здесь в состав корневого каталога включены подкаталоги ASM, VIR и DB, содержащие файлы компиляторов, программ антивирусной защиты и данных. В свою очередь, подкаталог ASM содержит компилятор языка ассемблер masm.exe и подкаталог ASMPROG, в котором находятся файлы с программами на этом языке. Подкаталог VIR содержит файлы aidstest.exe и dir.exe. В подкаталоге DB Расположены файлы базы данных.

Уединение файлов в каталоги не означает, что они каким-либо образом сгруппированы в одном месте на диске. Более того, один и тот же файл может быть «разбросан» (фрагментирован) по всему диску. Сведения о местонахождении отдельных частей файла хранятся в таблице размещения файлов (FAT ‑ File Allocation Table), находящейся на том же диске.

Рис. __Пример дерева каталогов