- ФС со структурированными файлами

• 
  за структуру файла отвечает ФС
  
• 
  ФС видит файл как упорядоченную последовательность логических записей
  
• 
  ФС дает приложению доступ к запрошенной записи (№ такой-то)
  
• 
  применялась в ранних ОС (ОС\360, наприметр)
  
• 
  на основе этого подхода работают СУБД
  
• 
  наименьший элемент, которым оперирует прогер – логическая запись
  
• 
  Их можно:
  
  • 
    читать последовательно (последовательный доступ) – неиндексированные файлы
    
  • 
    сразу указывать, какую надо (прямой доступ) – индексированные файлы. Для такой работу нужна специальная индексная таблица, где будет указано соответствие ключевых полей и адреса в памяти.
    
  • 
    Если этот индекс указывает на несколько полей, в которых нужную запись нужно искать последовательно – это индексно-последовательные файлы.
    
• 
  ОС не может поддерживать много разных логических структур – ограниченность.
  

Физическая организация данных на диске.


То, как представляет себе файловую систему пользователь, имеет мало общего с реальной организацией файловой системы: например, файл представляется целым документом, а на самом деле он разбросан кусочками по всему диску.
Физическая организация файловой системы – это принципы размещения файлов, каталогов и системной информации на реальном устройстве. Разные файловые системы имеют разную физическую организацию.
Основное устройство для хранения файлов – дисковый накопитель - состоит из пакета пластин, каждая из которых покрыта магнитным материалом.
На каждой пластине в двух сторон есть дорожки – tracks – где хранятся данные. Их количество зависит от типа диска. Нумерация дорожек – с внешнего края к центру.
Когда диск вращается, головка считывает или записывает данные с/на дорожку. Головки перемещаются над диском дискретными шагами, с дорожки на дорожку. Запись осуществляется за счет способности головки изменять магнитные свойства дорожки.
Совокупность дорожек одного радиуса – это цилиндр.

Каждая дорожка разбивается на фрагменты – сектора или блоки.

Все дорожки имеют одинаковое количество секторов, куда можно записать одинаковое число байт, меняется только плотность: тем выше, чем ближе к центру.


Наименьшая адресуемая

---

единица обмена данными с дисковыми устройствами – сектор.

Чтобы контроллер устройства мог найти нужные данные на диске, ему нужно сказать:

• 
  Номер дорожки
  
• 
  Номер поверхности
  
• 
  Номер сектора
  

Когда читаются данные, они читаются секторами – одновременно читается требуемая информация и избыточная.
ОС оперирует собственной единицей дискового пространства – КЛАСТЕРОМ. Место на диске файлу выделяется кластерами.
Форматирование:

Низкоуровневое форматирование: предшествует использованию диска, на диске отмечаются границы блоков (идентификационная информация). Не зависит от типа ОС.
Высокоуровневое форматирование: разметка диска под конкретный тип файловой системы ОС. Определяется размер кластера, также на диск записывается инфа, необходимая для работы ФС:

• 
  Доступное пространство
  
• 
  Неиспользуемое пространство
  
• 
  Границы областей, отведенные под файлы и каталоги
  
• 
  Информация о поврежденных областях
  
• 
  Запись на диск загрузчика ОС – проги, начинающей процесс инициализации ОС после включения питания.
  

Прежде, чем форматировать диск под конкретную ОС, его можно разбить на РАЗДЕЛЫ.

Раздел (логический раздел, логический диск) – непрерывная часть логического диска, представляемая пользователю как логическое устройство. Именно с ними (диск С, Д и тд) – работает пользователь.
Логическое устройство может быть создано на базе нескольких разделов, даже принадлежащих разным физическим дискам (это может быть сделано по-разному для разных целей, пример – RAID-массивы).
На разных логических устройствах (даже одного физического устройства) могут располагаться разные файловые системы.
У всех разделов одного диска:

• 
  Одинаковый размер сектора (низкоуровневое форматирование)
  
• 
  Но может быть разные размер кластеров.
  

Система может помечать один раздел как активный (загружаемый) – и использовать его для загрузки ОС, а другие юзать только для данных.
Физическая организация файла.

Физическая организация файлв – это способ размещения файла на диске.

Основные критерии физической организации файла:

• 
  Скорость доступа к данным
  
• 
  Объем адресной информации файла
  
• 
  Степень фрагментированности дискового пространства
  
• 
  Максимально возможный размер файла.
  

---

Варианты физической организации файла:

1. 
   Непрерывное размещение – файлу предоставляется последовательность кластеров, которая образует непрерывный участок дисковой памяти.
   

Плюсы:

• 
  Высокая скорость доступа (минимальны затраты на поиск)
  
• 
  Минимальный объем адресной инфы (достаточно хранить адрес первого кластера и объем файла)
  
• 
  Не ограничен максимальный размер файла.
  

Минусы:

• 
  Файлы могут менять свой размер. И что делать?
  
• 
  Фрагментация – диск превращается в лоскутное одеяло.
  

2. 
   Связанный спискок кластеров дисковой памяти
   

В начале каждого кластера – указатель на следующий.

Плюсы:

• 
  Адресная инфа минимальна (расположение файла задается номером первого кластера)
  
• 
  Нет фрагментации на уровне кластеров
  
• 
  Можно менять размер файла, наращивая число кластеров
  

Минусы:

• 
  Сложно добраться до произвольного места файла (надо последовательно читать все кластеры)
  
• 
  Количество данных в кластера не равно степени двойки (одно слово – на номер следующего кластера), а это неудобно для многих программ
  

3. 
   Связанный список индексов – ФС ФАТ.
   

Это по сути модификация предыдущего способа:

- У каждого кластера есть свой ИНДЕКС.

- Все индексы располагаются в особой области памяти – в МСДОС – это таблица ФАТ, которая занимает один кластер.

- Номер первого кластера файла хранится в записи каталога файлов, с другими его характеристиками

- Остальная адресная инфа хранится не в кластерах, а в индексах ФАТ.

- Когда все кластеры свободны, все индексы = 0;

- При заполнении диска файлами, индексы принимают значение номера следующего индекса файла либо специального значения – указателя на конец файла.

Плюсы:

• 
  Минимальность адресной инфы
  
• 
  Нет фрагметрации на уровне кластеров (только неиспользованные области в конце кластеров)
  
• 
  Нет проблем с изменением размера файла
  
• 
  Не надо последовательно считывать кластеры для доступа к произвольному участку файла.
  
• 
  Данные файла заполняют кластер целиком – размер равен степени двойки.
  

4. 
   Перечисление кластеров, занимаемых файлов – этот перечень служит и адресом файла (используется в OS UNIX s5 & ufs)
   

Минусы:

• 
  Длина адреса зависит от размера файла и может быть слишком большой.
  

---

Плюсы:

• 
  Прямая адресация – высокая скорость доступа к произвольному месту файла.
  

В сочетании прямой и косвенной адресации последний метод используется в ФС ufs: картинка для кластера размером в 8 кбайт



Также он используется в NTFS – только здесь адресуются не кластеры, а смежные непрерывные области кластеров – отрезки или экстенты. ОС всегда старается размещать инфу рядом, это здорово сокращает размер адресной информации.
Файловые операции.

ФС предоставляет пользователям набор операций, для работы с файлами, оформленный в виде системных вызовов.

Набор состоит из вызовов create, read, write и других.
Чаще всего с открытым файлом пользователь выполняет не одну операцию, а несколько операций (копирует фрагмент, потом другой фрагмент, что-то пишет, что-то удаляет и т.д.)
Для всех этих операций ОС нужно сделать:

1. 
   Универсальные действия:
   

• 
  По символьному имени найти характеристики файла
  
• 
  Скопировать их в отдельную область оперативной памяти
  
• 
  Проверить права пользователя для операции
  
• 
  Очистить область памяти после завершения операции.
  

2. 
   Уникальные действия – собственно то, что требуется для данной операции.
   

Есть 2 способа выполнения действий над файлами:

- stateless – для каждой операции выполняются как универсальные, так и уникальные действия

- все универсальные действия выполняются только в начале и в конце работы в файлом, в промежуточной стадии – только уникальные действия.
Большинство ФС юзают второй способ, хотя первый обладает одним плюсом: надежностью и устойчивостью к системным сбоям. Поэтому он используется в некоторых распределенных сетевых системах, где сбои изза отказа пакетов или сетевых узлов более вероятны.
При втором способе в ФС вводятся два специальных системных вызова:

Open

• 
  Преобразует символьное имя в числовое
  
• 
  Копирует характеристики
  
• 
  Проверяет права пользователя
  

Close

• 
  Освобождает буфер памяти
  

Стандартные файлы ввода и вывода, перенаправление ввода-вывода.

Понятия стандартного файла ввода, вывода и ошибок были введены в ОС ЮНИКС, но существуют и в Виндовс.
Эти три уже открытых файла существуют у любого пользовательского процесса с самого момента его возникновения.

---

При создании любого процесса ОС помещает в его таблицу открытых файлов три записи:

• 
  0 – стандартный файл ввода
  
• 
  1 – стандатрный файл вывода
  
• 
  2 – стандартный файл ошибок
  

Соответсвтенно создаются и 3 структуры типа file, на которые указывают эти три записи таблицы.
Доступ к этим файлам осуществляется так (Си):

Read(stdio, buffer, nbytes);

Write(stdout, buffer, nbytes);
Изначально все эти три файла связываются ОС с одним файлом: терминалом, с которого пользователь вошел в систему.
Это естественно, т.к. программы выводят результаты работы и ошибки на терминал, с которым работает пользователь.
Самая известная прога, использующая стандартные файлы ввода-вывода – интерпретатор команд, консоль, оболочка ОС. Она постоянно читает вводимые пользователем команды из стандартного файла ввода, выводит результаты работы в стандартный файл вывода, ну и ошибки тоже.
Стандартные файлы используются не только интерпретатором команд, но и самими командами: если команда читает данные из стандартного файла ввода и выводит данные в стандартный файл вывода, она называется ФИЛЬТРОМ.
Также интерпретатор команд осуществляет такую важную функцию, как перенаправление стандартного ввода и вывода – заменяет файл терминала, используемый по умолчанию, на пользовательский файл. Дело в том, что приложение не знает, какой файл является стандартным, а просто использует данный ему дескриптор. Собственно, этот дескриптор временно подменяется на нестандартный.
Перенаправление вывода: dir > txt.txt

Перенаправление ввода: dir < txt.txt
Файловые системы Unix (s5 и ufs).

ОС ufs (Unix File System) является развитием системы s5(System V), и расширяет ее возможности по поддержке больших дисков и файлов, а также повышает ее надежность. Поэтому эти две системы используют очень близкую физическую модель файлосовй системы.
В Юникс кластер называется блоком.

---

Смотрите также файлы

• Это было много лет назад. Два школьных товарища, Вова и Саша, в конце апреля пошли в лес за берёзовым соком.docx

• Трбие саатыны таырыбы Алдымен сй, ардата атаанады! Трбие саатыны масаты.docx

• И. А. Лубинцов задание к теме 10.docx

• Как вы думаете, в чем заключается актуальность гуманистических качеств в профессиональной деятельности семейного психолога Необходимо ли проводить целенаправленную работу по их формированию.docx

• Нефёдова Мирона Александровича Руководитель проекта учитель физики Большакова Елена Васильевна Вязники 2021. I. Введение II. Теоретическое исследование.doc