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.

Раздел диска, где размещается ФС s5 делится на такие области:

• Загрузочный блок

• Суперблок (superblock) – общая инфа о ФС:

  • Размер ФС

  • Размер области индексных дескрипторов

  • Число индексных дескрипторов

  • Список свободных блоков

  • Список свободных индексных дескрипторов и тд

• Область индексных дескрипторов (inode list):

  • Порядок расположения дескрипторов соответствует их номерам

• Область данных:

  • Корневой каталог

  • Файлы-каталоги

  • Обычные файлы

  • Специальных файлов как таковых НЕТ, есть только индексные дескрипторы спец формата, а места они не занимают.

Особенность этой ФС – отделение имени файла от его характеристик, которые хранятся в ИНДЕКСНОМ ДЕСКРИПТОРЕ (за счет этого один файл может входить в несколько каталогов)

Индексный дескриптор:

• Размер – 64 байта

• Хранит инфу о:

  • Владельце файла

  • Типе файла (обычный, каталог, специальный, конвейер, символьная связь)

  • Права доступа

  • Временные характеристики (создание, модификаци и тд)

  • Число ссылок на данный дескриптор (количество псевдонимов файла)

  • Адресная информация (как организована адресная информация, см. Варианты физической организации файла, вариант 4)

  • Размер файла в байтах

• Имеет номер – уникальное имя файла

• Дескрипторы расположены в строгом соответствии со своими номерами

• Соответствие между номером дескриптора и символьным именем – через иерархию каталогов.

Запись о файле в каталоге:

Очень проста – только имя и номер дескриптора:

Нет никаких ограничений размера корневого файла.

Доступ к файлу – путем последовательного просмотра всей цепочки каталогов, начиная с корневого, адрес которого известен системе:

Эта процедура требует нескольких общащений к диску (чем длиннее путь, тем больше обращений). Чтобы уменьшить число обращений к диску, дескриптор файла при его открытии копируется в специальную системную область оперативной памяти.

FAT

Логический раздел, оптимизированный под ФАТ, состоит из:

• Загрузочного сектора – программа начальной загрузки ОС (вид сектора зависит от оси)

• Основная копия ФАТ – информация о размещении файлов и каталогов на диске

• Резервная копия ФАТ

• Корневой каталог – фиксированная область размером в 32 сектора (16 кбайт) – здесь можно хранить 512 записей о каталогах и файлах (каждая запись каталога состоит из 32 байт)

• Область данных

Система поддерживает 2 типа файлов:

• Каталог

• Обычный файл

ФС распределяет память только из области данных.

Таблица ФАТ:

Состоит из массива индексных указателей, количество которых равно количеству кластеров данных – однозначное соответствие.

Значения индексного указателя в таблице ФАТ:

• Свободен

• Занят и не последний (содержит номер следующего кластера)

• Последний кластер

• Дефектный кластер

• Резервный кластер

Таблица ФАТ – общая для всех файлов раздела.

Размер кластеров:

• Чем больше кластер – тем меньше адресной информации и выше скорость обмена

• Но тем больше фрагментация

• Выбирается компромисс: 512 байт – 64 кБайт (1-128 секторов);

Разрядность индексного указателя должна позволить задать максимальный номер кластера для диска определенного объема:

ФАТ 12 – 12 разрядов – 4096 кластеров – для дисков не более 16 Мбайт

ФАТ 16 – 16 разрядов – 65 536 кластеров – для дисков не более 512 Мбайт

ФАТ 32 – 32 разряда – больше 4 млрд кластеров – для больших дисков

При удалении файла в ФАТ информация о первом кластере файла не стирается, только в каталоге помечается, что файл свободен и обнуляются все индексные дескрипторы. Поэтому недавно удаленную информацию можно хотя бы частично (то, что хранится в последовательных кластерах) удалить.

Резервная копия ФАТ всегда синхронизируется с основной, поэтому с ее помощью неправильные пользовательские действия, которые выглядели как правильные с точки зрения ОС не восстановить.

Метод хранения адресной инфы в ФАТ не надежен – один сбой – разрыв списка индексных укзателей – все пропало, инфа о последующих записях потеряна.

Имена файлов в ФАТ:

12 и 16 – схема 8.3 – 8 символов на имя файла и 3 – на расширение.

Потом в ФАТ 16 для НТ ввели длинное имя – до 255 символом.

ФАТ в ПК сегодня поддерживается ради обратной совместимости, но не используется. Зато используется на флешках.

NTFS

Отличия НТФС:

• Поддержка больших файлов и больших дисков (до 2 в 64 байт)

• Восстанавливаемость после сбоев и отказов

• Высокая скорость операций (втч и для больших дисков)

• Низкий уровень фрагментации

• Гибкая структура (добавление новых типов файлов и тд)

• Устойчивость к отказам дисковых накопителей

• Поддержка длинных имен

• Контроль доступа к файлам и каталогам

Логический раздел здесь называется ТОМОМ.

Все пространство НТФС – это либо файл, либо часть файла.

Основа НТФС – MFT – Master File Table – главная таблица файлов.

Все файлы тома идентифицируются уникальным номером файла.

Том состоит из последовательности кластеров (не только его область данных, а весь-весь том)

Порядковый номер каждого кластера в томе – это его ЛОГИЧЕСКИЙ номер LCN.

Внутри каждого файла кластеры тоже пронумерованы – это ВИРТУАЛЬНЫЙ номер кластера – VCN

Единица распределения дисковоко пространства – ОТРЕЗОК – непрерывная область кластеров.

Для адресации файла ФС юзает пару:

• LCN первого кластера файла и

• k – количество кластеров в отрезке.

Чтобы найти какой-то кластер внутри файла, нужен еще VCN этого кластера.

Номер кластера хранится в 64 разрядных указателях – максимальный размер файла – 2 ⁶⁴ кластеров.

Структура тома НТФС:

• Загрузочный блок

  • Блок параметров БИОС

  • Количество блоков в томе

  • Начальный LCN основной копии МФТ

  • Зеркальную копию МФТ

• Первый отрезок МФТ

  • 16 стандартных записей о системных файлах NTFS, которые создаются при форматировании:

    • Главная таблица файлов – полный список файлов тома НТФС

    • Копия главной таблицы файлов – зеркальная копия первых трех записей МФТ

    • Журнал (для восстановления системы)

    • Том (имя тома, версия НТФС и другая инфа о томе)

    • Таблица имен, номеров и описаний атрибутов

    • Индекс корневого каталога

    • Битовая карта использованных кластеров тома

    • Загрузочный сектор раздела

    • Список плохих кластеров

    • Таблица квот использования пространства для разных пользователей

    • Таблица преобразования регистра символов (для Юникод)

• Ровно посередине тома – копия загрузочного блока

• Системные файлы

• Другие отрезки МФТ

Если файл маленький, он целиком помещается в записи МФТ.

Если большой – то в МФТ – его резидентная часть, а нерезидентная часть – в отдельном отрезке тома. Адресная инфа, где искать нерезидентную часть – в атрибутах резидентной части.

Структура файла НТФС:

В НТСФ у файла нет ничего, кроме атрибутов. Файл по сути состоит их атрибутов.

Атрибуты:

• Список атрибутов (если атрибуты не помещаются в основной записи)

• Имя файла

• Имя в формате 8.3

• Версия файла

• Дескриптор безопасности

• Версия тома (для системных файлов тома)

• Имя тома

• Данные

• Битовая карта использованеия блоков тома

• Корень

• Нерезидентные части файла

• Прочая инфа

Файлы бывают:

• Небольшие файлы – целиком помещаются в МФТ ~2 Кбайта

• Большой файл – в атрибуте Данные есть признак того, что файл не резидентен (адреса: LCN, VCN, k)

• Сверхбольшой файл – в списке атрибутов можно указать несколько атрибутов либо использовать двойную адресацию (нерезидентный атрубут ссылается на другие нерезидентные атрибуты)

• Очень большие файлы – если атрибут с адресами не помещается в одной записи, то он помещается в другую, а в основной записи – ссылка на него.

Каталог в НТФС – это вход в таблицу МФТ, который содержит атрибут Index Root (корень). Здесь хранится список всех файлов в каталоге – это ускоряет поиск файлов. Искать и сортировать файлы можно по любому из атрибутов.

Каталоги по размеру делятся на:

• Небольшие каталоги – весь список файлов резидентный.

• Большие каталоги – список файлов не помещается в запись, и требует нерезидентной формы хранения. Начало списка хранится в МФТ, и имена файлов являются узлами БИНАРНОГО ДЕРЕВА. Это здорово ускоряет поиск, тк. Поиск не линейный, а бинарный.

Контроль доступа к файлам в системах Unix и в Windows NT/2000/XP