3. Файловая структура операционных систем

В компьютерных технологиях единицей хранения данных является файл. Файл — это область памяти (последовательность произвольного числа байтов), имеющая своё уникальное имя. Точные правила именования файлов варьируются от системы к системе, однако все ОС поддерживают использование в качестве имен 8-символьные текстовые строки. Во многих ОС имя файла может состоять из двух частей, разделенных точкой. В некоторых ОС расширения файлов являются просто соглашениями, и ОС не заставляет пользователя их строго придерживаться. Другие ОС, например Windows, используют расширения для запуска программы, создающей данное расширение.

В Windows имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения, разделённых точкой. Собственно имя может содержать до 255 символов (букв латинского или русского алфавита, цифр, знаков препинания и т. д., кроме “, /, \, *, ?, |, <, >, :. Расширение может содержать до трёх символов такого же типа, как имя. Оно используется для уточнения назначения файла и для запуска соответствующего приложения. Например, файлы с расширениями: com, exe, bat — исполняемые (запускающие файлы программ); bat, txt, doc — текстовые; pas, bas, с, for — тексты программ на известных языках программирования (Паскале, Бейсике, Си, Фортране соответственно); dbf— файл базы данных. Файлы при записи на внешнее запоминающее устройство могут объединяться в группы, называемые папками (или каталогами, директориями). Имена папок формируются по тем же правилам, что и файлов, но обычно расширение не присваивается. Эта структура аналогична структуре книжного тома и называется деревом папок. Внешнее запоминающее устройство (например, диск) называется томом и является корневой папкой.

Все устройства компьютера имею свои логические имена, по которым ОС их распознаёт. Например:

CON – логическое имя консоли (при выводе информации это дисплей, при вводе – клавиатура); PRN – логическое имя принтера.

Диски и другие внешние носители именуются буквами латинского алфавита. Например, дискетам присваиваются имена A: или B:. Жёсткий магнитный диск («винчестер») имеет логическое имя C:. Он может быть «разбит» специальной программой на несколько частей, например на три части (при этом физически диск остаётся целым). В этом случае каждая часть имеет своё логическое имя и воспринимается ОС как отдельный диск, т. е. ОС «видит» три «винчестера»: C:, D:, и E:, хотя физически он один. Такая разбивка выполняется в целях защиты информации и ускорения поиска и записи информации. При подключении других устройств они получают свободные логические номера: F:, G: и т. д.

Запись вида D:\KOI\VOVA.TXT называется путь к файлу VOVA.TXT или маршрут. Она показывает операционной системе, что файл VOVA.TXT следует искать на диске D: в папке KOI. Развитые многопользовательские файловые системы обеспечивают защиту и разделение данных, хранящихся в файлах, при работе с ними разных пользователей. Так, например, каждый файл и папка может иметь владельца. Обычно это пользователь, создавший их. Владелец может назначить тип защиты файла от других пользователей.

Часть операционной системы, работающая с файлами и обеспечивающая хранение данных на диске и доступ к ним, называется файловой системой (ФС). Поддержка файловой системы — основного хранилища системной и пользовательской информации – важнейшая характеристика операционной системы. Файловая система, прежде всего – это система управления данными.

Файловые системы создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств ЭВМ, позволяя работать с ними не на низком уровне команд управления физическими устройствами, а на высоком уровне наборов и структур данных. Пользователь не обязан знать, в каком физическом порядке и где именно находятся его данные. Файловая система скрывает от пользователя картину реального расположения информации во внешней памяти, обеспечивает независимость программ от конкретной конфигурации ЭВМ, т. е. предоставляет логический уровень работы с файлами. Файловая система также обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными.

В файловой системе существует минимальная единица информации — кластер, размер которого является нижним пределом размера записываемой на носитель информации в рамках файловой системы. Минимальной единицей информации со стороны аппаратного обеспечения является сектор. От файловой системы требуется выполнение следующих действий:

• определение физического расположения частей файла;

• определение наличия свободного места и выделение его для вновь создаваемых файлов.

Разные файловые системы используют различные механизмы для реализации указанных задач и имеют свои преимущества и недостатки. Так, например, файловые системы типа FAT (File Allocation Table— таблица размещения файлов) представляют собой образ носителя (диска) с детализацией до кластерного уровня.