Файловые системы

Для аудиодисков не требовалось создавать какую-либо специальную логичес­кую структуру — достаточно того, что каждой аудиозаписи соответствует соб­ственный трек. Для хранения данных требуется организация файловой системы, которая не может просто повторять дисковую файловую систему, например,MS-DOS. Такая система при большом времени доступа с большим количеством ка­талогов и файлов (а емкость 650 Мбайт к этому располагает) работала бы край­не медленно. В настоящее время дляCD, используемых вPC, распространены почти эквивалентные файловые системыHSFиISO9660, которые иногда отож­дествляют. Однако в структурах записей этих систем есть небольшие различия, которые должны отрабатываться программным обеспечением (но дажеMSCDEXих разделяет).

HSF (HighSierraFormat), он жеHSG (HighSierraGroup), — фактический стандарт на доступ к данным из средыDOS,UNIXи других ОС. Стандарт на­зван по географическому названию места его разработки.

ISO9660 — первый стандарт (1988 г.) для хранения данных наCD-ROM. Структуру тома описывает таблица содержимого (ТОС илиVTOC), которая хра­нится в его логических секторах (на треке тома). Один диск (или сессия) может иметь и несколько томов, но эта возможность поддерживается не всяким ПО и практически не используется. В ТОС описаны все файлы, присутствующие на диске, — имя, дата создания, атрибуты, положение всех экстентов файла (эк­стент — фрагмент файла, записанный в непрерывной цепочке блоков).

Файлы на диске располагаются в каталогах, образующих древовидную струк­туру, и каждый каталог содержит список входящих в него файлов, их атрибуты и указатели на секторы, в которых располагается начало файлов или их экстен­тов. Для ускорения поиска файлов на диске кроме каталогов имеется дополни­тельнаятаблица путей (pathtable), содержащая список путей (в символьномформате) ко всем подкаталогам диска и адреса их начальных секторов. Записи каталогов и таблицы путей имеют переменную длину, определяемую длиной име­ни. Чтобы таблицы были компактными (тогда они смогут целиком размещаться в ОЗУ), выгоднее использовать наиболее короткие имена каталогов. С учетом поиска через таблицу путей выгодно большое количество файлов распределять по большему количеству каталогов, при этом время на поиск в каталоге (пере­бор) сократится.

Стандарт имеет три вложенных уровня совместимости. Самые жесткие огра­ничения имеетпервый уровень (Level1): файловая система в стилеMS-DOS, имена файлов по схеме «8.3», глубина вложенности каталогов до 8. В именахфайлов и каталогов допустимы только прописные буквы латинского алфавита, цифры и символ подчеркивания. После имени файла через символ ; (точка сзапятой) может указываться номер версии файла, который многими ОС игнори­руется. Фрагментация файлов не допускается — файл может располагаться тольков непрерывной цепочке секторов. Первый уровень совместимости обеспечивает гарантированную переносимость носителя между любыми системами, поддер­живающими данный формат.Второй уровень (Level2) позволяет использоватьдлинные имена файлов с более богатым набором символов, допустима глубина вложения каталогов — до 32. Этот формат воспринимается не всеми операцион­ными системами (в частности, его не поддерживаетMS-DOS).Третий уровень (Level3) допускает даже фрагментацию и чередование файлов. Это означает,что файл может размещаться во множестве экстентов, и экстенты разных фай­лов могут чередоваться. Эта возможность используется при инкрементной запи­си дисков в форматеUDF(см. ниже).

Rock Ridge — расширение стандартаISO9660 для ОСUNIX, обеспечиваю­щее работу с длинными именами файлов и символьными связями.

Формат HFS (HierarchicalFileSystem— иерархическая файловая система) используется вместоISO9660 в дисках дляMacintosh, наPCэти диски воспри­нимают ОСLinuxи OS/2. Формат допускает до 31 символа в имени файла,вложенные каталоги и некоторые специальные возможности, свойственные сис­теме Мае.

Joliet — расширение файловой системыISO9660 отMicrosoftдляWindows9x/NT, снимающее ограничения на имена файлов. Позволяет использовать лю­бые символы в именах, преодолеть ограничение на длину имени «8.3», увели­чить возможную глубину вложенности каталогов и снять ограничения на имена каталогов. Допускает длину имен файлов и каталогов до 64 символов (длинные именаWindowsмогут иметь длину до 255 символов). Символы имен кодируют­ся двумя байтами (Unicode), что обеспечивает возможность использования раз­личных языков. Расширение строится на возможности организации множества дескрипторов одного и того же тома, заложенной вISO9660. Файлы на диске размещаются так же, как и вISO9660, и первичный дескриптор тома также указывает на структуры форматаISO, с таблицей путей, доступнойMS-DOS. Но добавляется еще и дополнительный дескриптор тома (SVD), который указы­вает на альтернативную таблицу путей, содержащую расширенные именаWin­dows. Обе таблицы путей описывают один и тот же набор файлов.

Romeo — расширение файловой системы для поддержки длинных имен (до 128 символов)Windows95 иNT. Если имена не длиннее 31 символа, диск может читаться и на Мае.К Joliet отношения не имеет.

Поскольку диск CD-RWдопускает перезапись, структура файловой системыISO9660, не ориентированная на возможность модификации уже записанных данных, — для него не лучшее решение.

Файловая система UDF (UniversalDataFormat) с пакетами переменной дли­ны построена иначе. Здесь файлы хранятся рядом со своими описаниями, допу­стима длина имен до 127 символов. Каждый пакет представляет отдельный файл(или его экстент), в начале пакета имеется описание файла (имя, дата, атрибуты,длина файла и данного экстента). Никаких общих таблиц размещения файлов и экстентов дляUDFне требуется — последовательное чтение пакетов позволяетсобрать все файлы диска. Конечно, для быстрого поиска нужного файла в памя­ти компьютера строится виртуальная таблица размещения файлов. Диск (сес­сия) с пакетами переменной длины может быть закрытым и с дескрипторами тома файловой системыISO9660 (Level3, поскольку требуется поддержка фраг­ментации), тогда он будет читаться традиционными средствами. Иначе для его чтения нужен специальный драйверUDF. Организация диска в виде пакетовпеременной длины очень эффективна с точки зрения расходуемого дискового пространства, поскольку здесь мало «отходов» (на каждом файле теряется в сред­нем половина сектора размером 2 Кбайт). Обычная файловая системаFAT16 на таком же объеме диска имеет размер кластера 16 Кбайт, так что средние поте­ри — 8 Кбайт на файл. Диск, «забитый под завязку» пакетами переменной дли­ны, может и не иметь возможности закрытия подISO9660. Прочитать такойдиск (с незакрытой сессией) можно только на рекордере. Формат с переменной длиной довольно устойчив к авариям при записи. Диск будет испорчен лишь в том случае, если пропадет питание во время записи пакета. В любой другой мо­мент прерывание процесса записи не приводит к катастрофе — файлы пишутсяпо принципу «все свое ношу с собой», для доступа к ним не нужны никакие таблицы.

Разновидности компакт-дисков

В настоящее время встречается множество разновидностей компакт-дисков, боль­шинство из которых при определенных условиях можно использоваться в ПК.

• PCCD-ROM— диски с файлами данных дляIBM PC-совместимых ком­пьютеров. Файловая система, как правило,ISO9660, для длинных именWindowsиспользуется расширениеJoliet.

• MACCD-ROM— диски с файлами данных для компьютеровMacintosh. Файловая системаHFS.

• CD-RиCD-RW— болванки для записи и перезаписи наCD-рекордере;логическое содержание определяется записанной программой.

• CD-DA(DigitalAudio) — традиционный стандарт аудиозаписи (до 99 тре­ков, до 74 минут, до 99 точек входа на каждый трек). АудиодискиCD-DAимеют логотип «CompactDiscDigitalAudio».

• CD-Text— формат, предложенныйPhilipsдля записи текстовой информа­ции на аудиодиски (например, автор, название произведения и т. п.). Текст записывается в субканалахR...W. Плейеры, не поддерживающие текст,просто воспроизводят аудиотреки. Специальные плейеры имеют алфавит­но-цифровой дисплей (2 строки по 20 знаков или 21 строку по 40 знако­мест), предусматривается выбор информации для просмотра и произведе­ний для прослушивания с помощью меню. ПриводыCD-ROMиз данногоформата воспринимают только аудиоинформацию (не поддерживают де­кодирование дополнительных субканалов).

• CD-Graphics(CD-G,CD+G) — формат для записи графики (текста) в суб­каналахR...W. Графика записывается с разрешением 288 х 24, 2 цвета (линейная графика); 288 х 192, 16 цветов (телевизионная графика,CD-G) или 288x192, 256 цветов (расширенная телевизионная графика,CD-EG).Применяется в проигрывателях «Караоке».

• PhotoCD— хранение изображений в форматеKodak. Использует физи­ческий стандартCD-ROMXAи спецификации многосеансовых записы­ваемых (CD-R) дисков.

• Video CD — высококачественная цифровая видеозапись с MPEG-сжатием, видеоданные чередуются с аудиоданными. Спецификация описана в Бе­лой книге. Диск может содержать до 74 минут видеопотока, сжатого по алгоритму MPEG-1, с разрешением 352 х 240, 30 к/с (NTSC) или 352 х 280, 25 к/с (PAL/SECAM), со стереозвуковым сопровождением. Неподвижные изображения могут иметь разрешение до 720 х 480/576 (могут использо­ваться для меню). На каждом треке может быть расставлено до 98 точек входа, на всем диске — до 500. Диски интерактивны: с помощью меню мож­но выбирать точки входа (начала воспроизведения), формировать после­довательность исполнения (playlist), быстро «перематывать» вперед и на­зад, смотреть и скрывать субтитры. Диск содержит не менее двух треков. На первом треке записана прикладная программа проигрывания, списки точек входа, статические изображения и некоторые вспомогательные дан­ные. На втором и далее треках размещаются видеоданные. Дополнительно могут присутствовать и аудиотреки CD-DA. Использует физический стан­дарт CD-ROM XA. Диски предназначены для Video CD-плейеров, но мо­гут воспроизводиться и приводом CD-ROM на ПК с MPEG-декодером. Видеодиски Video CD имеют логотип «Compact Disc Digital Video» и (или) надпись «VideoCD». Заметим, что диски CD-Video — это совсем другие дис­ки, на которых записана аналоговая видеоинформация, и к устройствам чте­ния-записи, применяемым в ПК, эти диски не имеют никакого отношения.

• Super Video CD (SVCD) — видеодиски с более высоким качеством изоб­ражения (напоминают DVD, но имеют меньшую емкость). Разрешение 480 х 480/576, сжатие по алгоритму MPEG-2 (средняя скорость потока 2,6 Мбит/с), 2 стерео- или 4 монофонических канала, 37 минут видео при максимальной скорости потока, может воспроизводиться на приводе со скоростью не ниже 2х.

• CD Plus, они же CD Extra, — мультимедийные диски, содержащие две сес­сии — первую аудио (до 98 треков, воспроизводима стандартным аудио­плейером) и вторую в формате CD-ROM XA. Называется также Enhanced Music CD.

• CD-I — интерактивные диски с видео, аудио и другими данными, предна­значенные для воспроизведения на специальном плейере. Файловая сис­тема отличается от ISO 9660. Диски CD-I имеют логотип «Compact Disc Interactive».

• CD-Bridge, или CD-I Bridge, — диски, соответствующие Белой книге: фор­мат сектора CD-ROM XA Mode 2. Видеопрограммы могут проигрываться на плейере CD-I и CD-ROM XA. Файловая система ISO 9660.

• Mixed-Mode Disc — диск со смесью данных (трек 1) и аудиотреков (треки 2-99). На старых аудиоплейерах первый трек может ошибочно трактовать­ся как аудио и воспроизводиться как страшный шум, способный повре­дить акустические системы и уши. Из разных вариантов (CD-Extra или CD-Plus, Hidden Track и др.) более известны Enhanced CD. Чтение этих дисков в приводах CD-ROM поддерживается в Windows 9x.