5. Файловые системы fat и fat32. Структура логического диска. Элемент каталога. Логическая, физическая организация файлов. Хранение длинных имён. Raid – системы.
1. Файловая система fat16.
Первый сектор жёсткого диска (сектор 1, дорожка 0) содержит так называемую главную загрузочную запись (Master Boot Record = MBR), которая загружается в память под управлением BIOS и выполняется.
В конце первого сектора HDD находится таблица разделов диска (Partition table). Эта таблица содержит до четырёх элементов, описывающих разделы диска.
Разделы могут трех типов: первичными (1), расширенными (1), не-DOS разделами (2-3). Основной раздел может содержать код загрузки операционной системы. Расширенный раздел может быть дополнительно разбит на подразделы. Каждому разделу и подразделу операционная система ставит в соответствие логический диск и назначает свое имя (C:, D:, E: и т.д.)
Таблица разделов логического диска
2. Структура логического диска FAT.
Загрузочная запись (первый сектор диска) – служит для загрузки ОС и организация хранения данных.
FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов.
Корневой каталог – для FAT16 512 записей о файлах и каталогах, расположенных в корне файловой системы.
3. Элемент каталога fat16.
Функции FAT:
- Хранение информации о размещении файлов на диске;
- Хранение информации о свободном месте на диске;
- Хранение информации о сбойных кластерах на диске.
4. Логическая организация данных.
На рисунке представлена схема работы и организации FAT, а также фрагментация, когда части файла разбросаны по всему диску.
Фрагментация и дефрагментация.
Файл, который занимает на диске более одного непрерывного участка, называется фрагментированным.
Фрагментация диска - это появление на диске множества свободных участков, разделенных занятыми участками.
Дефрагментация диска - это перемещение данных на разделе, после которого, кластеры содержащие части одного файла, размещаются последовательно.
Файловые системы FAT выделяют для записываемых на диск файлов некоторое количество кластеров, в зависимости от размера файла.
В процессе работы с диском при записи и удалении файлов разного размера на диске появятся свободные и занятые области разной длины.
Такой метод хранения файлов позволяет использовать всё имеющееся на диске свободное место, т.к. если длина записываемого файла больше, чем размеры непрерывных свободных участков, то файл просто расположится в нескольких несмежных участках.
Реально время чтения сильно фрагментированного файла по сравнению с файлом, занимающим непрерывную область на диске, может отличаться в несколько раз! Внешне это выглядит так, как будто все программы стали работать в несколько раз медленнее, при этом наблюдается интенсивное перемещение головок диска от одного участка файла к другому.
Размеры разделов и кластеров FAT16 для Windows 95-2000.
Файловая система VFAT.
ФС Virtual FAT появилась в первой версии Win’95.
Во второй версии Win’95 пользователям была предложена уже FAT32.
Virtual FAT поддерживала длинные имена файлов (LFN), но была 16-разрядной.
Длинные имена (LFN) хранятся в специально отформатированных 32-байт записях, байт атрибутов у которых равен 0Fh.
Поддерживает разделы до 4 Гб.
Long File Names.
FAT32 преодолела ограничение прежней системы наименования файлов "8.3". В VFAT имя файла может содержать до 255 символов. К счастью, FAT32 воспринимает файлы, которые уже существовали на диске, даже если эти файлы используются 16-битовыми приложениями, разработанными не для Windows 95. Для каждого имени файла VFAT создает псевдоним, соответствующий нотации "8.3". Например, у файла "Файл с длинным именем" будет псевдоним "файлсд~1 .doc" в FAT. Более того, VFAT тома совместимы с DOS и Windows 3.1.
Кроме того, в этой файловой системе может быть несколько расширений, разделяемых точкой. Однако тип файла определяется по последнему расширению, а остальные рассматриваются как имя файла.
Длинные имена (LFN) хранятся в специально отформатированных 32-байт записях, байт атрибутов у которых равен 0Fh. Для конкретного файла или подкаталога непосредственно перед его единственной записью каталога с его именем в формате 8.3 находится группа из одной или нескольких записей, представляющих длинное имя. Каждая такая запись содержит часть длинного имени файла не более 13 символов, и ОС составляет полное длинное имя из всех записей.
Длинные имена файлов хранятся на диске в указанном формате и размещаются в одном или нескольких 32-байт элементах каталога перед элементами каталога для коротких имен. Символы, составляющие имя файла, представлены в кодах Unicode, т. е. на каждый из них по 2 байта.
Элемент каталога VFAT.
Пример длинного имени.
Проблемы длинных имен:
На первый взгляд использованный в VFAT механизм длинных имен файлов позволяет сохранить преемственность с прикладными программами прошлого поколения и выглядит идеальным.
Недостатки
- Требуется больше дискового пространства;
- Бóльшая фрагментация (на уровне каталогов).
Файловая система FAT32:
FAT32 это развитие файловой системы FAT(VFAT, FAT16).
32-разрядная адресация кластеров – максимальное число адресуемых кластеров – 4 294 377 472.
Поддержка больших разделов (более 4Gb), кроме этого уменьшен размер кластера на разделе.
Поддержка длинных имен до 255 символов, причем нет ограничений на число и размер расширения.
Корневой каталог, раньше имевший фиксированный размер и строго определенное место на диске, теперь можно свободно наращивать по мере необходимости подобно подкаталогу. Теперь не существует ограничений на число записей в корневом каталоге. Это особенно важно, поскольку под каждое длинное имя файла используется несколько записей каталога.
Имеет более высокую надежность: FAT32 способна перемещать корневой каталог, создает резервную копию загрузочного сектора и может работать с резервной копией FAT.
Структура элемента каталога:
Чтобы обеспечить возможность работы с возросшим числом кластеров, в записи каталога для каждого файла должно выделяться 4 байт для начального кластера файла .
2 дополнительных байта (по сравнению с FAT16 и VFAT) выделяются среди зарезервированных 10 байт.
Сравнение FAT16 и FAT32:
