18. Файловая система пэвм

Файл  (по-английски file – папка, скоросшиватель) – это поименованная область памяти на каком-либо физическом носителе, предназначенная для хранения информации.

Совокупность средств операционной системы, обеспечивающих размещение и доступ к информации на внешних носителях, называется системой управления файлами, или файловой системой.

С понятием файла в Windows тесно связано понятие логического диска. Логический диск создается и управляется специальной программой (драйвером). В качестве имени логического диска используются буквы английского алфавита от A до Z (включительно).

Таким образом, количество логических дисков, может быть не более 26.

Буквы A и B – отведены строго под имеющиеся в IBM PC дисководы.

Начиная с буквы C именуются логические диски (разделы) жесткого диска (рис. 19.1).

В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B пропускается (см. рис. 19.2).

Как правило, только логический диск C может быть системным.

Логический диск может реализовываться на жестком диске, на гибком диске, на CD-ROM, в оперативной памяти (электронный диск) и т.д. На одном физическом диске может быть создано несколько логических дисков. В дальнейшем под диском будем понимать логический диск.

Рис. 19.1. Разделение на логические диски в системе с двумя дисководами.

Рис. 19.2. Разделение на логические диски в системе с одним дисководом.

Файловая структура логического диска

Файл служит учетной единицей информации в операционной системе. Любые действия с информацией в Windows осуществляются над файлами: запись на диск, вывод на экран, ввод с клавиатуры, печать, считывание информации с CD/DVD-ROM и пр.

На диске файл не требует для своего размещения непрерывного пространства, обычно он занимает свободные кластеры в разных частях диска. Кластер является минимальной единицей пространства диска, которое может быть отведено файлу. Самый маленький файл занимает один кластер, большие файлы - десятки и сотни кластеров. Кластер - группа смежных секторов на дорожке физического носителя. Сектор - 512 байт.. На гибком диске обычно 80 дорожек. На каждой дорожке для 3,5" диска - 18 секторов. Кластер для гибкого диска - 1 или 2 сектора (0,512, 1 Кбайт). Кластер для жесткого диска - 4, 8, 16 секторов (2-8 Кбайт).

Поле памяти создаваемому файлу выделяется кратным определенному количеству кластеров. Кластеры, выделяемые одному файлу, могут находиться в любом свободном месте дисковой памяти и необязательно являются смежными. Файлы, хранящиеся в разбросанных по диску кластерах, называются фрагментированными. Сведения о номерах этих кластеров хранятся в специальной FAT (File Allocation Table) (FAT32, NTFS)- таблице, которая предназначена для размещения и поиска файлов на диске. Она хранится на диске в определенном месте на начальных дорожках диска.. FAT, является наиболее критичной частью диска и требует максимальной защиты, поэтому предусмотрено хранение на каждом диске двух отдельных копий - основной и дублирующей. При повреждении основной таблицы можно восстановить информацию о размещении файлов с помощью дублирующей. Для ускорения доступа к FAT производится ее предварительная загрузка в оперативную память. Количество ячеек FAT определяется количеством кластеров на диске. Каждая ячейка содержит номер кластера.

В файлах могут храниться разнообразные виды и формы представления информации: тексты, рисунки, чертежи, числа, программы, таблицы и т.п. Особенности конкретных файлов определяются их форматом.

Чтобы обратиться к информации на диске, находящейся в файле, надо знать физический адрес первого сектора (№ поверхности + № дорожки + № сектора), общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера и т.д. Все это очень туманно, трудно и не нужно.

Windows избавляет пользователя от такой работы и ведет ее сама.

Для обеспечения доступа к файлам файловая система организует и поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру (рис. 19.3).

Элементы файловой структуры:

– стартовый сектор (сектор начальной загрузки, Boot-сектор);

– таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table). Сейчас наиболее часто используемые FAT32, NTFS.

– корневой каталог(Root Directory);

– область данных (оставшееся свободным дисковое пространство).

Эти элементы создаются специальными программами в среде Windows в процессе инициализации диска.

Стартовый сектор (сектор начальной загрузки, Boot-сектор)

Здесь записана информация, необходимая Windows для работы с диском:

  – идентификатор ОС (если диск системный);

  – размер сектора диска;

– количество секторов в кластере;

– количество резервных секторов в начале диска;

– количество копий FAT на диске (стандарт – две);

– количество элементов в каталоге;

– количество секторов на диске;

– тип формата диска;

– количество секторов в FAT;

– количество секторов на дорожку;

– количество поверхностей;

– блок начальной загрузки ОС.

Рис. 19.3. Файловая структура на дискете емкостью 360 кбайт

За стартовым сектором располагается FAT.

FAT (таблица размещения файлов)

Область данных диска представлена в MS-DOS как последовательность пронумерованных кластеров.

FAT – это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.

При реализации доступа к файлу сначала производится обращение к ячейке FAT, адрес которой определяется номером начального кластера, хранящимся в записи о файле. В этой ячейке хранится номер второго кластера этого файла. Обратившись к ячейке таблицы, соответствующей номеру второго кластера, операционная система найдет там номер третьего кластера и т.д. Так будет создана цепочка кластеров, где расположен файл. В последней клетке таблицы, завершающей данную цепочку, должен находиться код FFF или FFFF для указания ее конца. Так определяется цепочка кластеров, где хранится файл.

Корневой Каталог. Это определенная область диска, создаваемая в процессе инициализации (форматировании) диска, где содержится информация о файлах и каталогах, хранящихся на диске. Корневой каталог всегда существует на отформатированном диске. На одном диске бывает только один корневой каталог. Размер корневого каталога для данного диска – величина фиксированная, поэтому максимальное количество "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов (подкаталогов) – строго определенное.

На логических дисках организованы каталоги - группы файлов, объединенных по какому-либо логическому признаку.

Каталоги (подкаталоги). Каталог – это определенное место на диске (в области данных диска), где содержится информация о файлах и подкаталогах, привязанных к данному каталогу.

Подкаталог - каталог, который входит в другой каталог. Любой каталог, содержащий каталоги нижнего уровня, может быть, с одной стороны, по отношению к ним родительским, а с другой стороны, подчиненным по отношению к каталогу верхнего уровня (подкаталогом).

Если это не вызывает путаницы, употребляют термин каталог, подразумевая или подкаталог, или родительский каталог в зависимости от контекста.

В операционной системе Windows принята иерархическая структура организации каталогов (древообразная, см. рис. 19.4). На каждом диске всегда имеется единственный главный (корневой) каталог. Он находится на 0-м уровне иерархической структуры и обозначается символом "\". Корневой каталог создается при форматировании (инициализации, разметке) диска, имеет ограниченный размер и не может быть удален средствами Windows. В главный каталог могут входить другие каталоги и файлы, которые создаются командами операционной системы и могут быть удалены соответствующими командами. В отличие от корневого каталога, остальные каталоги (подкаталоги) создаются с помощью команд MS-DOS. Основная цель такой структуры каталогов – организация эффективного хранения большого количества файлов на диске.

Рис. 19.4. Иерархическая структура каталогов

Каждый каталог, кроме корневого, имеет "родителя", т.е. другой каталог, в котором зарегистрирован данный каталог. MS-DOS рассматривает каждый каталог, кроме корневого, как файл.

Файл всегда зарегистрирован в каком-либо каталоге, в том числе, может быть "привязан" и к корневому каталогу (см. рис. 19.5).

а) б)

Рис. 19.5. Иерархическая структура каталогов с файлами

а) схематичное изображение;

б) в программе «Проводник»

Идентификация логических дисков, каталогов и файлов. Идентификация логических дисков, каталогов, файлов осуществляется на базе имен. 

Файловая система не допускает, чтобы логические диски и файлы в пределах одного подкаталога были с одинаковыми ИДЕНТИФИКАТОРАМИ!

Тип файла служит для характеристики хранящейся в файле информации и образуется не более чем из трех символов, причем используются, как и при образовании имени, только буквы латинского алфавита. В полном имени недопустимы пробелы между именем и типом. При образовании типа, так же как и имени, нельзя использовать русские буквы и символы \ /:*?”<>|

Каждый файл имеет полное имя.

Полное имя файла состоит из следующих частей (рис. 19.6):

– имя логического диска (A … Z);

–символ-разделитель (двоеточие) ':';

 – символ, идентифицирующий корневой каталог – '\' (слэш);

– перечень каталогов и подкаталогов (разделенных символом '\');

– собственно имя файла.

Рис. 19.6. Полное имя файла

Собственно имя файла состоит из имени, символа-разделителя '.' (точка) и  расширения имени файла. При назначении имен файлов рекомендуется образовывать их так, чтобы они отражали смысловое содержание файла.

Маршрут доступа к файлу (путь к файлу) = "Имя логического диска" + "двоеточие" + "идентификация корневого каталога" + "весь перечень имен родительских каталогов".

Путь - цепочка соподчиненных каталогов, которую необходимо пройти по иерархической структуре к каталогу, где зарегистрирован искомый файл. При задании пути имена каталогов записываются в порядке следования и отделяются друг от друга символом \..

Использование расширений. Файлы,  в зависимости от информации, которая там хранится, могут иметь различное назначение:  данные, программы, драйверы, текстовые документы и т.д.

Расширения имени файла – не обязательный, но очень важный компонент. Он используется для разделения файлов по отдельным категориям (данные, программы, драйверы и т.д.) табл.19.1.

Таблица  19.1

Расширения имен файлов

Расширение	Назначение файла
EXE, COM	Выполняемые файлы в Windows – это программы, созданные с помощью специальных инструментальных систем программирования, базирующиеся на применении языков программирования
SYS	Системный файл или файл драйвера устройств
BAK	Резервная (предыдущая) копия файла
TXT	Текстовый ASCII-файл
DOC	Файл-документ MS Word
PAS	Текст программы на языке программирования Pascal
C, CPP	Тексты программ на языках программирования С, С++
ASM	Текст программы на языке Ассемблер.
BMP	Файл изображения в формате Windows BitMaP
GIF	Файл точечного изображения (Graphic Interchange Format)
PCX	Файл изображения в формате Paintbrush
TIF	Файл изображения (Tagged Image File Format)
INI, CFG	Файлы настроек и конфигураций
TMP	Временный файл

Шаблон имени файла используется при поиске группы файлов заданного типа -специальная форма, в которой в полях имени и типа файла используются символы * или ? . Символ * служит для замены любой последовательности символов. В шаблоне может быть использовано в поле имени и типа по одному символу *. Задав имя *.ТХТ, вы обратитесь ко всем текстовым файлам. Задав имя SL*.*, вы обратитесь ко всем файлам, имя которых начинается на SL. Символ ? служит для замены одного символа. В шаблоне может быть использовано несколько таких символов. Имя LAR??.PAS позволит обратиться ко всем файлам типа PAS, имя которых состоит из пяти символов, причем первые три символа обязательно LAR, четвертый и пятый - любые.

В каталогах хранятся записи о файлах, содержащие полные имена файлов, а также их характеристики: дата и время создания; объем (в байтах); специальные атрибуты файла: R (Read only) - только для чтения, Н (Hidden) - скрытый файл, S (System) - системный файл, A (Archive) - архивный файл; а также номер начального кластера файла. Атрибут А присваивается файлу для того, чтобы его можно было проще разыскать в подкаталогах при создании копий, обновлении старых файлов и реализации подобных операций, выполняемых с помощью некоторых команд MS Windows. Эти файлы по внутренней структуре ничем не отличаются от обычных, кроме наличия атрибута А. Их не следует путать с архивированными файлами, получаемыми с помощью специальных программ - архиваторов.