практика. Практическая работа № 16 Информатика и ИКТ группы 11,12,13,14,16. Практическая работа 16 Работа с файлами и папками
 Скачать 286.93 Kb.
|
|
1 Практическая работа для групп 1 курса 11,12,13,14,16 Практическая работа № 16 Работа с файлами и папками 1. Цель работы: изучить работу диспетчера задач, изучить размещения файлов в файловой системе FAT, исследование методов организации файловых систем 2. Оборудование, приборы, аппаратура, материалы: персональный компьютер с операционной системой семейства Windows. 3. Краткие теоретические сведения. Файловые системы. Основные понятия. Логическая организация. Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами. Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен. Длинные имена поддерживаются не только новыми файловыми системами, но и новыми версиями хорошо известных файловых систем. Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов. Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги. Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т.п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы. Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются вначале программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные. Каталог - это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны - это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами). Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов. Логическая организация файла Программист имеет дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей. Логическая запись - это наименьший элемент данных, которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством. Даже если физический обмен с устройством осуществляется большими единицами, операционная система обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи. На рисунке 2.33 показаны несколько схем логической организации файла. Записи могут быть фиксированной длины или 2 переменной длины. Записи могут быть расположены в файле последовательно (последовательная организация) или в более сложном порядке, с использованием так называемых индексных таблиц, позволяющих обеспечить быстрый доступ к отдельной логической записи (индексно-последовательная организация). Для идентификации записи может быть использовано специальное поле записи, называемое ключом. В файловых системах ОС UNIX и MS-DOS файл имеет простейшую логическую структуру - последовательность однобайтовых записей. Рис. 2.33. Способы логической организации файлов Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит из физических записей - блоков. Блок - наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с оперативной памятью. Непрерывное размещение - простейший вариант физической организации (рисунок 2.34,а), при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих единый сплошной участок дисковой памяти. Для задания адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого метода - простота. Но имеются и два существенных недостатка. Во-первых, во время создания файла заранее не известна его длина, а значит не известно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла, во-вторых, при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, так как отдельные участки маленького размера (минимально 1 блок) могут остаться не используемыми. Следующий способ физической организации - размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти (рисунок 2.34,б ). При таком способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан одним числом - номером первого блока. В отличие от предыдущего способа, каждый блок может быть присоединен в цепочку какого- либо файла, следовательно фрагментация отсутствует. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков. Недостатком является сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла: для того, чтобы прочитать пятый по порядку блок файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков. Кроме того, при этом способе количество данных файла, содержащихся в одном блоке, не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего блока), а многие программы читают данные блоками, размер которых равен степени двойки. Рис. 2.34. Физическая организация файла. а - непрерывное размещение; б - связанный список блоков; в - связанный список индексов; г - перечень номеров блоков 3 Определить права доступа к файлу - значит определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу. В разных файловых системах может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Этот список может включать следующие операции: создание файла, уничтожение файла, открытие файла, закрытие файла, чтение файла, запись в файл, дополнение файла, поиск в файле, получение атрибутов файла, установление новых значений атрибутов, переименование, выполнение файла, чтение каталога, и другие операции с файлами и каталогами. Файловая система NTFS Операционные системы Microsoft семейства Windows NT нельзя представить без файловой системы NTFS - одной из самых сложных и удачных из существующих на данный момент файловых систем. Данная статья расскажет вам, в чем особенности и недостатки этой системы, на каких принципах основана организация информации, и как поддерживать систему в стабильном состоянии, какие возможности предлагает NTFS и как их можно использовать обычному пользователю. Физическая структура NTFS Начнем с общих фактов. Раздел NTFS, теоретически, может быть почти какого угодно размера. Предел, конечно, есть, но я даже не буду указывать его, так как его с запасом хватит на последующие сто лет развития вычислительной техники - при любых темпах роста. Как обстоит с этим дело на практике? Почти так же. Максимальный размер раздела NTFS в данный момент ограничен лишь размерами жестких дисков. NT4, правда, будет испытывать проблемы при попытке установки на раздел, если хоть какая-нибудь его часть отступает более чем на 8 Гб от физического начала диска, но эта проблема касается лишь загрузочного раздела. Лирическое отступление. Метод инсталляции NT4.0 на пустой диск довольно оригинален и может навести на неправильные мысли о возможностях NTFS. Если вы укажете программе установки, что желаете отформатировать диск в NTFS, максимальный размер, который она вам предложит, будет всего 4 Гб. Почему так мало, если размер раздела NTFS на самом деле практически неограничен? Дело в том, что установочная секция просто не знает этой файловой системы :) Программа установки форматирует этот диск в обычный FAT, максимальный размер которого в NT составляет 4 Гбайт (с использованием не совсем стандартного огромного кластера 64 Кбайта), и на этот FAT устанавливает NT. А вот уже в процессе первой загрузки самой операционной системы (еще в установочной фазе) производится быстрое преобразование раздела в NTFS; так что пользователь ничего и не замечает, кроме странного "ограничения" на размер NTFS при установке. :) Структура раздела - общий взгляд Как и любая другая система, NTFS делит все полезное место на кластеры - блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает почти любые размеры кластеров - от 512 байт до 64 Кбайт, неким стандартом же считается кластер размером 4 Кбайт. Никаких аномалий кластерной структуры NTFS не имеет, поэтому на эту, в общем-то, довольно банальную тему, сказать особо нечего. Диск NTFS условно делится на две части. Первые 12% диска отводятся под так называемую MFT зону - пространство, в которое растет метафайл MFT (об этом ниже). Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой - это делается для того, чтобы самый главный, служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем росте. Остальные 88% диска представляют собой обычное пространство для хранения файлов. 4 Свободное место диска, однако, включает в себя всё физически свободное место - незаполненные куски MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона просто сокращается (в текущих версиях операционных систем ровно в два раза), освобождая таким образом место для записи файлов. При освобождении места в обычной области MFT зона может снова расширится. При этом не исключена ситуация, когда в этой зоне остались и обычные файлы: никакой аномалии тут нет. Что ж, система старалась оставить её свободной, но ничего не получилось. Жизнь продолжается... Метафайл MFT все-таки может фрагментироваться, хоть это и было бы нежелательно. Файлы и потоки Итак, у системы есть файлы - и ничего кроме файлов. Что включает в себя это понятие на NTFS? Прежде всего, обязательный элемент - запись в MFT, ведь, как было сказано ранее, все файлы диска упоминаются в MFT. В этом месте хранится вся информация о файле, за исключением собственно данных. Имя файла, размер, положение на диске отдельных фрагментов, и т.д. Если для информации не хватает одной записи MFT, то используются несколько, причем не обязательно подряд. Опциональный элемент - потоки данных файла. Может показаться странным определение "опциональный", но, тем не менее, ничего странного тут нет. Во-первых, файл может не иметь данных - в таком случае на него не расходуется свободное место самого диска. Во-вторых, файл может иметь не очень большой размер. Тогда идет в ход довольно удачное решение: данные файла хранятся прямо в MFT, в оставшемся от основных данных месте в пределах одной записи MFT. Файлы, занимающие сотни байт, обычно не имеют своего "физического" воплощения в основной файловой области - все данные такого файла хранятся в одном месте - в MFT. Довольно интересно обстоит дело и с данными файла. Каждый файл на NTFS, в общем-то, имеет несколько абстрактное строение - у него нет как таковых данных, а есть потоки (streams). Один из потоков и носит привычный нам смысл - данные файла. Но большинство атрибутов файла - тоже потоки! Таким образом, получается, что базовая сущность у файла только одна - номер в MFT, а всё остальное опционально. Данная абстракция может использоваться для создания довольно удобных вещей - например, файлу можно "прилепить" еще один поток, записав в него любые данные - например, информацию об авторе и содержании файла, как это сделано в Windows 2000 (самая правая закладка в свойствах файла, просматриваемых из проводника). Интересно, что эти дополнительные потоки не видны стандартными средствами: наблюдаемый размер файла - это лишь размер основного потока, который содержит традиционные данные. Можно, к примеру, иметь файл нулевой длинны, при стирании которого освободится 1 Гбайт свободного места - просто потому, что какая-нибудь хитрая программа или технология прилепила в нему дополнительный поток (альтернативные данные) гигабайтового размера. Но на самом деле в текущий момент потоки практически не используются, так что опасаться подобных ситуаций не следует, хотя гипотетически они возможны. Просто имейте в виду, что файл на NTFS - это более глубокое и глобальное понятие, чем можно себе вообразить просто просматривая каталоги диска. Ну и напоследок: имя файла может содержать любые символы, включая полый набор национальных алфавитов, так как данные представлены в Unicode - 16-битном представлении, которое дает 65535 разных символов. Максимальная длина имени файла - 255 символов. Каталоги Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги, создавая иерархическое строение данных на диске. Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который уже предоставляет полную информацию об элементе каталога. Внутренняя структура каталога представляет собой бинарное дерево. Вот что это означает: для поиска файла с данным именем в линейном каталоге, таком, например, как у FAT-а, операционной системе приходится просматривать все элементы каталога, пока она не найдет нужный. Бинарное же дерево располагает имена файлов таким образом, чтобы поиск файла осуществлялся более быстрым способом - с помощью получения двухзначных ответов на вопросы о положении файла. Вопрос, на который бинарное дерево способно дать ответ, таков: в какой группе, относительно данного элемента, находится искомое имя - выше или ниже? Мы начинаем с такого вопроса к среднему элементу, и каждый ответ сужает зону поиска в среднем в два раза. Файлы, скажем, просто отсортированы по алфавиту, и ответ на вопрос осуществляется очевидным способом - сравнением начальных букв. Область поиска, суженная в два раза, начинает исследоваться аналогичным образом, начиная опять же со среднего элемента. 5 Журналирование NTFS - отказоустойчивая система, которая вполне может привести себя в корректное состояние при практически любых реальных сбоях. Любая современная файловая система основана на таком понятии, как транзакция - действие, совершаемое целиком и корректно или не совершаемое вообще. У NTFS просто не бывает промежуточных (ошибочных или некорректных) состояний - квант изменения данных не может быть поделен на до и после сбоя, принося разрушения и путаницу - он либо совершен, либо отменен. Пример 1: осуществляется запись данных на диск. Вдруг выясняется, что в то место, куда мы только что решили записать очередную порцию данных, писать не удалось - физическое повреждение поверхности. Поведение NTFS в этом случае довольно логично: транзакция записи откатывается целиком - система осознает, что запись не произведена. Место помечается как сбойное, а данные записываются в другое место - начинается новая транзакция. Пример 2: более сложный случай - идет запись данных на диск. Вдруг, бах - отключается питание и система перезагружается. На какой фазе остановилась запись, где есть данные, а где чушь? На помощь приходит другой механизм системы - журнал транзакций. Дело в том, что система, осознав свое желание писать на диск, пометила в метафайле $LogFile это свое состояние. При перезагрузке это файл изучается на предмет наличия незавершенных транзакций, которые были прерваны аварией и результат которых непредсказуем - все эти транзакции отменяются: место, в которое осуществлялась запись, помечается снова как свободное, индексы и элементы MFT приводятся в с состояние, в котором они были до сбоя, и система в целом остается стабильна. Ну а если ошибка произошла при записи в журнал? Тоже ничего страшного: транзакция либо еще и не начиналась (идет только попытка записать намерения её произвести), либо уже закончилась - то есть идет попытка записать, что транзакция на самом деле уже выполнена. В последнем случае при следующей загрузке система сама вполне разберется, что на самом деле всё и так записано корректно, и не обратит внимания на "незаконченную" транзакцию. И все-таки помните, что журналирование - не абсолютная панацея, а лишь средство существенно сократить число ошибок и сбоев системы. Вряд ли рядовой пользователь NTFS хоть когда-нибудь заметит ошибку системы или вынужден будет запускать chkdsk - опыт показывает, что NTFS восстанавливается в полностью корректное состояние даже при сбоях в очень загруженные дисковой активностью моменты. Вы можете даже оптимизировать диск и в самый разгар этого процесса нажать reset - вероятность потерь данных даже в этом случае будет очень низка. Важно понимать, однако, что система восстановления NTFS гарантирует корректность файловой системы, а не ваших данных. Если вы производили запись на диск и получили аварию - ваши данные могут и не записаться. Чудес не бывает. NTFS NTFS является предпочтительной файловой системой для этой версии Windows. Она имеет множество преимуществ перед более ранней системой FAT32; ниже перечислены некоторые из них. Способность автоматически восстанавливаться после некоторых ошибок диска (FAT32 не обладает такой способностью). Улучшенная поддержка больших жестких дисков. Более высокая степень безопасности. Возможно использование разрешений и шифрования для запрета пользовательского доступа к определенным файлам. FAT32 Файловая система FAT32 и редко применяемая система FAT использовались в предыдущих версиях Windows, в том числе в Windows 95, Windows 98 и Windows Millenium Edition. Файловая система FAT32 не обеспечивает уровня безопасности, предоставляемого NTFS, поэтому если на компьютере имеется раздел или том, отформатированный под FAT32, файлы на этом разделе видны любому пользователю, имеющему доступ к компьютеру. Файловая система FAT32 также имеет ограничения по размеру файлов. В этой версии Windows невозможно создать раздел FAT32 размером более 32Гб. Кроме того, раздел FAT32 не может содержать файл размером более 4Гб. Основной причиной использования системы FAT32 может служить то, что на компьютере можно будет запустить как Windows 95, Windows 98 или Windows Millenium Edition, так и эту версию Windows (конфигурация с несколькими операционными системами). Для создания такой конфигурации необходимо установить предыдущую версию операционной системы на раздел, отформатированный 6 под FAT32 или FAT, сделав его основным (основной раздел может содержать операционную систему). Другие разделы, доступ к которым осуществляется из предыдущих версий Windows, также должны быть отформатированы под FAT32. Более ранние версии Windows могут обращаться только к сетевым NTFS-разделам или томам. NTFS-разделы на локальном компьютере будут недоступны. 4. Задание Формулировка задачи Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный в таблице 1. Последовательность обращений к API-функциям файловой системы задана таблицей 2 (или в текстовом варианте). Пример решения Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид: № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Зн. EOF 0 0 7 0 0 9 10 EOF 14 0 0 0 EOF Как изменится состояние таблицы размещения файлов FAT при следующей последовательности вызовов API – функций: 1)Создать файл А; 2)Создать файл В; 3)Записать в А 6кБайта; 4)Записать в В 2кБайт 5)Закрыть А 6)Удалить А 7)Записать в B 3 кБайта 8) Закрыть B. При открытии файла в системе FAT производится поиск первого свободного кластера диска- это кластер 2. Аналогично поступаем и для файла B: № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Зн. EOF EOF EOF 7 0 0 9 10 EOF 14 0 0 0 EOF Файл A B Свободно 4к 4к Размер кластера жесткого диска – 4 кБайта, поэтому при записи фрагмента 6 кБайт файл будет занимать 2 кластера. При записи в файл В 2 кБайт нового кластера для него не потребуется. № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Зн. EOF 5 EOF 7 EOF 0 9 10 EOF 14 0 0 0 EOF Файл A B А Свободно 0к 2к 2к При удалении файла кластеры, которые он занимает, отмечаются как свободные. № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Зн. EOF 0 EOF 7 0 0 9 10 EOF 14 0 0 0 EOF Файл B Свободно 2к В кластере 3 имеется только 2кБайта свободного пространства. Поэтому при записи 3кБайт будет задействован первый свободный кластер 2. № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Зн. EOF EOF 2 7 0 0 9 10 EOF 14 0 0 0 EOF Файл B B Свободно 3к 0к 7 Выполнить один из вариантов !!!!!!!! «Файловая система» Вариант 1. Задание 1. 1. Дайте понятие файловой системы 2. Физическая структура NTFS 3. Логическая запись 4. Блок 5. Опишите и изобразите способы логической организации файлов 6. FAT32 7. Перечислите и охарактеризуйте, какие операции можно выполнить над файлами 8. Права доступа над файлами Задание 2. Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный. № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Зн. 3 0 EOF 0 8 0 0 10 EOF 0 13 0 14 15 EOF Файл D D E E E F F F F Свободно 2к 1к 3к Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы A Создать D Запись 2к A Запись 6к E Удалить «Файловая система» Вариант 2. Задание 1 1. NTFS 2. Структура раздела NTFS 3. Каталоги NTFS 4. Блок 5. Опишите и изобразите физическую организацию файлов 6. FAT32 7. Перечислите и охарактеризуйте, какие операции можно выполнить над файлами 8. Права доступа над файлами Задание 2 Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный. № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Зн. 3 0 EOF 0 8 0 0 10 EOF 0 13 0 14 15 EOF Файл D D E E E F F F F Свободно 2к 1к 3к Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы D Запись 4к B Создать B Запись 1к F Запись 5к «Файловая система» Вариант 3. Задание 1 1. Журналирование NTFS 2. Структура раздела NTFS 3. Перечислите, какие ФС вы знаете. Какая организация файлов присуща программистам 8 4. Блок 5. FAT32 6. Каталоги NTFS 7. Перечислите и охарактеризуйте операции над файлами 8. Права доступа над файлами Задание 2 Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный. № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Зн. 3 0 EOF 0 8 0 0 10 EOF 0 13 0 14 15 EOF Файл D D E E E F F F F Свободно 2к 1к 3к Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы F Запись 5к D Запись 2к A Создать D Запись 2к «Файловая система» Вариант 4. Задание 1 1. Дайте понятие файловой системы 2. FAT32 3. Опишите и изобразите способы логической организации файлов 4. Изобразите физическую организацию файлов 5. Журналирование NTFS 6. Физическая структура NTFS 7. Перечислите и охарактеризуйте операции над файлами 8. Права доступа над файлами Задание 2 Размер кластера жесткого диска составляет 4 кБайт. Таблица размещения файлов имеет вид, приведенный. № кл. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Зн. 3 0 EOF 0 8 0 0 10 EOF 0 13 0 14 15 EOF Файл D D E E E F F F F Свободно 2к 1к 3к Объем кластера – 4 кБайта. Последовательность вызовов API-функций файловой системы B Создать F Запись 5к E Запись 2к B Удалить 5. Содержание отчета Отчет должен содержать: 1. Название работы. 2. Цель работы. 3. Задание и его решение. 4. Сохранение файла и отправка выполненной работы на почту преподавателя до 4.01.21 barashkovamariya@mail.ru для 1 и 2 п/г |