Учебник Информатика. Базовый курс. Симонович С.В.. С. В. Симоновичаинформатикабазовый курс2е издание
 Скачать 17.96 Mb.
|
|
4.3. Организация файловой системы Все современные дисковые операционные обеспечивают создание фай- ловой системы, предназначенной для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. Принцип организации файловой системы — табличный. Поверх- ность жесткого диска рассматривается как трехмерная матрица, измерениями кото- рой являются номера поверхности, цилиндра сектора. Под цилиндром понимается совокупность всех дорожек, принадлежащих разным поверхностям и находящихся на равном удалении от оси вращения. Данные о том, в каком месте диска записан тот или иной файл, хранятся в системной области диска. Формат служебных данных определяется конкретной файловой системой. Нарушение целостности служебных сведений приводит к невозможности воспользоваться данными, записанными на диске. Поэтому к системной области предъявляются особые требования по надеж- ности. Целостность, непротиворечивость и надежность этих данных регулярно контролируется средствами операционной системы. Наименьшей физической единицей хранения данных является сектор. Размер сектора равен байт. Теоретически возможна самостоятельная адресация для каждого сектора. Но для дисков большого объема такой подход неэффективен, а для неко- торых файловых систем — и просто невозможен. В связи с этим группы секторов объединяются в кластеры. Кластер является наименьшей единицей адресации при обращении к данным. Размер кластера, в отличие от размера сектора, строго не фиксирован. Обычно он зависит от емкости диска. Операционные системы MS-DOS, Windows 95 и другие используют файловую систему на основе таблиц размещения файлов состоящих из 16-раз- рядных полей. Такая файловая система называется Она позволяет размес- тить в не более 65 536 записей о местоположении единиц хране- ния данных. Для дисков объемом от 1 до 2 Гбайт длина кластера составляет 32 Кбайт (64 сектора). Это не вполне рациональный расход рабочего пространства, поскольку любой файл (даже очень маленький) полностью оккупирует весь кластер, которому соответствует только одна адресная запись в таблице размещения файлов. Даже если файл достаточно велик и располагается в нескольких кластерах, все равно в его конце образуется некий остаток, нерационально расходующий целый кластер. Для жестких дисков, объем которых приближается к 2 Гбайт, потери, связанные с неэффективностью этой файловой системы, весьма значительны и могут состав- лять от 25% до 40% полной емкости диска, в зависимости от среднего размера хра- нящихся файлов. С дисками же размером более 2 Гбайт файловая система вообще работать не может. 1 02 Глава 4. Функции операционных систем персональных Начиная с Windows 98 операционные системы семейства Windows {Windows 98, Windows Me, Windows 2000, поддерживают более совершенную версию файловой системы на основе — FAT32 с 32-разрядными полями в таб- лице размещения файлов. Для дисков размером до 8 Гбайт эта система обеспечи- вает размер кластера 4 Кбайт (8 секторов). Операционные системы Windows Windows XP способны поддерживать совер- шенно другую файловую систему — В ней хранение файлов организовано иначе — служебная информация хранится в Главной таблице файлов сис- теме NTFS размер кластера не зависит от размера диска, и, потенциально, для очень больших дисков эта система должна работать чем FAT32. Однако с учетом типичных характеристик современных компьютеров можно говорить о том, что в настоящее время эффективность FAT32 и одинакова. 4.4. Обслуживание файловой структуры Несмотря на то что данные о местоположении файлов хранятся в табличной струк- туре, пользователю они представляются в виде иерархической структуры — людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная сис- тема. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие опера- ции, происходящие под управлением операционной системы; • создание файлов и присвоение им имен; • создание каталогов (папок) и присвоение им имен; • переименование файлов и каталогов (папок); • копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между ката- логами (папками) одного диска; • удаление файлов и каталогов (папок); • навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке); • управление атрибутами Создание и именование файлов Файл — это именованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе —. это одна из функций операционной системы. Даже когда мы создаем файл, работая в какой-то прикладной программе, в случае для этой операции привлекаются средства операционной системы. , По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. До появ- ления операционной системы Windows 95 общепринятым способом именования файлов на компьютерах соглашение 8.3. Согласно этому соглашению, принятому в MS-DOS, имя файла состоит из двух частей: собственно имени расши- рения На имя файла отводится 8 символов, а на его расширение — 3 символа. Имя от расширения отделяется Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита. 4.4. Обслуживание файловой структуры 03 Соглашение 8.3 не является стандартом, и потому в ряде случаев отклонения от правильной формы записи допускаются как операционной системой, так и ее при- ложениями. Так, например, в большинстве случаев система «не возражает» против использования некоторых специальных символов (восклицательный знак, символ подчеркивания, дефис, тильда и т. п.), а некоторые версии MS-DOS даже допускают использование в именах файлов символов русского и других алфавитов. Сегодня имена файлов, записанные в соответствии с соглашением 8.3, считаются «короткими». Основным недостатком «коротких» имен является их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить несколькими символами характеристику файла, поэтому с появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 256 символов. Этого вполне достаточно для содержательных имен файлов. имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных: \ / : * ? « < > |. В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени счита- ются все символы, идущие после последней точки, их может быть и трех. Введение длинных имен потребовало внесения изменений в организацию файло- вых систем на основе FAT. Появился термин VFAT, обозначающий файловую сис- тему на основе с поддержкой длинных имен. Файловая система NTFS поддер- живает длинные имена с самого начала. Наряду с «длинным» именем операционные системы семейства Windows создают также и короткое имя файла — оно необходимо для возможности работы с на рабочих местах с устаревшими операционными системами. Особенности использования длинных имен. Использование «длинных» имен файлов в операционных системах семейства Windows имеет ряд особенностей. 1. Если «длинное» имя файла включает пробелы, то в служебных операциях его надо заключать в кавычки. Рекомендуется не использовать пробелы, а заме- нять их символами подчеркивания. 2. В корневой папке диска (на верхнем уровне иерархической файловой струк- туры) нежелательно хранить файлы с длинными именами. В файловых систе- мах на основе количество единиц этой папке ограничено. Чем длиннее имена, тем меньше файлов можно разместить в корневой папке. 3. Кроме ограничения на длину имени файла (256 символов) существует гораздо более жесткое ограничение на длину полного имени файла (в него входит путь доступа к файлу, начиная от вершины иерархической структуры). Полное имя не может быть длиннее 260 символов. 4. В длинных именах файлов разрешается использовать символы любых алфа- витов, в том числе и русского, но если документ готовится для передачи, с заказ- чиком (потребителем документа) необходимо согласовать возможность вос- произведения файлов с такими именами на его оборудовании. 5. Прописные и строчные буквы в именах не различаются операционной системой. Для нее имена и соответствуют одному и же файлу. Однако отображаются символы разных регистров операционной системой Глава 4. Функции операционных систем персональных компьютеров исправно. Если для наглядности желательно использовать прописные буквы, это можно делать. 6. Программисты давно научились использовать расширение имени файла для передачи операционной системе, исполняющей программе или пользователю информации о том, к какому типу относятся данные, содержащиеся в файле, и формате, в котором они записаны. В ранних операционных системах этот факт использовался мало. По существу, операционные системы MS-DOS ана- лизировали только расширения (пакетные файлы с командами MS-DOS), (исполнимые файлы программ) и .SYS (системные файлы конфигу- рации). В современных операционных системах любое расширение имени файла может нести информацию для операционной системы. Операционные системы семейства Windows имеют средства для регистрации свойств типов файлов по расширению их имени, поэтому во многих случаях выбор расширения имени файла не является частным делом пользователя. Приложения этих систем пред- лагают выбрать только основную часть имени и указать тип файла, а соответ- ствующее расширение имени приписывают автоматически. Создание каталогов (папок) Каталоги {папки) — важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их созда- телем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и явля- ются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска. Все современные операционные системы позволяют создавать каталоги. Правила присвоения имени каталогу ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято задавать расширения имен. Мы знаем, что в иерархических структурах данных адрес объекта задается марш- рутом {путем доступа), ведущим от вершины структуры к объекту. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных каталогов, все про- межуточные каталоги разделяются между собой определенным символом. Во мно- гих операционных системах в качестве такого символа используется «\» (обрат- ная косая черта), например: раздел ител и I каталогов (папок) диска каталоги файл имени файла Каталоги и папки. появления операционной системы Windows 95 при описании иерархической файловой структуры использовался введенный выше термин ката- лог. С появлением этой системы был введен новый термин — папка. В том, что 4.4. Обслуживание файловой структуры 05 касается обслуживания файловой структуры носителя данных, эти термины равно- значны: каждому каталогу файлов на диске соответствует одноименная папка операционной системы. Основное отличие понятий папка и каталог проявляется не в организации хранения файлов, а в организации хранения объектов иной при- роды. Так, например, в операционных системах семейства Windows существуют специальные папки, представляющие собой удобные логические структуры, кото- рым не соответствует ни один каталог диска. Копирование и перемещение файлов В неграфических операционных системах операции копирования и перемещения файлов выполняются вводом прямой команды в поле командной строки. При этом указывается имя команды, путь доступа к каталогу-источнику и путь доступа к каталогу-приемнику. В графических операционных системах существуют приемы работы с устройством позиционирования, позволяющие выполнять эти команды наглядными методами. Удаление файлов и каталогов (папок) Средства удаления данных не менее важны для операционной системы, чем сред- ства их создания, поскольку ни один носитель данных не обладает бесконечной емкостью. Существует как минимум три режима удаления данных: удаление, унич- тожение стирание, хотя операционные системы обеспечивают только два пер- вых режима (режим надежного стирания данных можно обеспечить лишь специ- альными программными средствами). Удаление является временным. В операционных системах семейства Windows оно организовано с помощью специальной папки, которая называется Корзина. При удалении файлов и папок они перемещаются в Корзину. Эта операция происходит на уровне файловой структуры операционной системы (изменяется только путь доступа к файлам). На уровне файловой системы жесткого диска ничего не проис- ходит — файлы остаются в тех же секторах, где и были записаны. Уничтожение файлов происходит при их удалении в операционной системе MS-DOS или при очистке Корзины в операционных системах семейства Windows, В этом случае файл полностью удаляется из файловой структуры операционной системы, но на уровне файловой системы диска с ним происходят лишь незначительные изменения. В таблице размещения файлов он помечается как удаленный, хотя физически остается там же, где и был. Это сделано для минимизации времени опера- ции. При этом открывается возможность записи новых файлов в кластеры, поме- ченные как «свободные». Для справки укажем, что операция стирания файлов, выполняемая специальными служебными программами, состоит именно в том, чтобы заполнить якобы свобод- ные кластеры, оставшиеся после уничтоженного файла, случайными данными. Поскольку даже после перезаписи данных их еще можно восстановить специаль- ными аппаратными средствами (путем анализа остаточного магнитного гистере- зиса), для надежного стирания файлов требуется провести не менее пяти актов 106 4. Функции операционных систем персональных компьютеров случайной перезаписи в одни и те же сектора. Эта операция весьма продолжительна, и, поскольку массовому потребителю она не нужна, ее не включают в стандартные функции операционных систем. Навигация по файловой структуре Навигация по файловой структуре является одной из наиболее используемых функций операционной системы. Удобство этой операции часто воспринимают как удобство работы с операционной системой. В операционных системах, имеющих интерфейс командной строки, навигацию осуществляют путем ввода команд пере- хода с диска на диск или из каталога в каталог. В связи с крайним неудобством такой навигации широкое применение нашли специальные служебные программы, называемые файловыми оболочками. Как и операционные системы, файловые оболочки бывают неграфическими и гра- фическими. Наиболее известная неграфическая файловая оболочка для MS-DOS — диспетчер файлов Norton Commander. Роль графической файловой оболочки для MS-DOS в свое время исполняли программы Windows 1.0 и Windows 2.0, которые постепенно развились до понятия операционной среды (в версиях Windows 3.x) и далее до самостоятельной операционной системы (начиная с Windows 95). С приемами навигации в современных графических операционных системах мы познакомимся при их изучении. Управление атрибутами файлов Кроме имени и расширения имени файла операционная система хранит для каждого файла дату его создания (изменения) и несколько флаговых величин, называемых атрибутами файла. Атрибуты — это дополнительные параметры, определяющие свой- ства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять; состо- яние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами. Основных атрибутов четыре: • Только чтения (Read only); • Скрытый (Hidden); • Системный (System); • Архивный (Archive). Атрибут Только для чтения ограничивает возможности работы с файлом. Его уста- новка означает, что файл не предназначен для внесения изменений. Атрибут Скрытый сигнализирует операционной системе о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного (умышленного или неумышленного) повреждения файла. Атрибутом Системный помечаются файлы, обладающие важными функциями для работы самой операционной системы. Его отличительная особенность в том, что средствами системы его изменить нельзя. Как правило, большин- ство файлов, имеющих установленный атрибут Системный, имеют также и установ- ленный атрибут Скрытый. 4.5. Управление установкой, исполнением и удалением приложений 07 Атрибут Архивный в прошлом использовался для работы программ резервного копи- рования. Предполагалось, что любая программа, изменяющая файл, должна авто- матически устанавливать этот атрибут, а средство резервного копирования должно его сбрасывать. Таким образом, очередному резервному копированию подлежали только те файлы, у которых этот атрибут был установлен. Современные программы резервного копирования используют средства для установления факта изме- нения файла, и данный атрибут во внимание не принимается, а его изменение вруч- ную средствами операционной системы не имеет практического значения. установкой, исполнением и удалением приложений Понятие многозадачности Работа с приложениями составляет наиболее важную часть работы операционной системы. Это очевидно, если вспомнить, что основная функция операционной сис- темы состоит в обеспечении интерфейса приложений с аппаратными и программ- ными средствами вычислительной системы, а также с пользователем. С точки зре- ния управления исполнением приложений различают однозадачные и многозадачные операционные системы. Однозадачные операционные системы (например, MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения (полная многозадачность), ни его приостановки и запуска другого приложения (вытесняющая многозадачность). В то же время, параллельно с однозадачными операционными системами возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опираются на операционную систему, а непосредственно работают с процессором, используя его систему прерываний. Большинство современных графических операционных систем — Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между зада- чами и обеспечивают: • возможность одновременной или поочередной работы нескольких приложений; • возможность обмена данными между приложениями; • возможность совместного использования программных, аппаратных, сетевых и прочих ресурсов вычислительной системы несколькими приложениями. |