souborový systém Windows. Systém souborů Jaké systémy souborů používá operační systém Windows

Jsme zvyklí na pojmy jako „soubor“ a „složka“ nebo „adresář“. Jaký je však mechanismus, který spravuje soubory, kontroluje je a kontroluje jejich pohyb?

Obrazně lze systém ukládání souborů na disku přirovnat k obrovskému a chaoticky uspořádanému skladu, do kterého se neustále dováží nové zboží. Je zde vedoucí skladu, který přesně ví, kde se jaké zboží nachází a jak se k němu rychle dostat. Takovými správci v systému ukládání souborů jsou .

Budeme rozumět tomu, jak souborový systém funguje, jaké druhy existují a zvážíme základní operace se souborovým systémem, které ovlivňují výkon systému.

jak funguje souborový systém Windows

Každému souboru je operačním systémem přiřazen název, který jej stejně jako adresa v systému identifikuje. Tato cesta je řetězec, který začíná logickou jednotkou, na které je soubor uložen, a poté se všechny složky zobrazí postupně v pořadí jejich vnoření.

Když program potřebuje soubor, odešle požadavek do operačního systému, který je zpracován souborovým systémem Windows. Z přijaté cesty systém obdrží adresu umístění úložiště souborů (fyzické umístění) a předá ji programu, který požadavek odeslal.

Souborový systém má tedy vlastní databázi, která na jedné straně vytváří shodu mezi fyzickou adresou souboru a jeho cestou, na druhé straně ukládá další atributy souboru, jako je velikost, datum vytvoření, přístup k souboru. práva a další.

V souborových systémech FAT32 a NTFS je tato databáze hlavní tabulkou souborů (MFT - Master File Table).

Co se vlastně děje při přesouvání, kopírování a mazání souborů?

Bez ohledu na to, jak divné to může vypadat, ne všechny operace se soubory a složkami vedou k fyzickým změnám na pevném disku. Některé operace provádějí pouze změny MFT, zatímco samotný soubor zůstává na stejném místě.

Podívejme se blíže na to, jak funguje souborový systém při provádění základních operací se soubory. To nám pomůže pochopit, jak se OS zanáší, proč se některé soubory načítají velmi dlouho, co je třeba udělat pro zvýšení rychlosti operačního systému.

1. Přesunutí souboru: tato operace zahrnuje změnu jedné cesty na druhou. Proto je třeba změnit pouze záznam v hlavní tabulce souborů a samotný soubor není nutné fyzicky přesouvat. Zůstává na původním místě beze změny.

2. Kopie souboru: tato operace znamená vytvoření další dodatečné implementace souboru v novém umístění. V tomto případě dojde nejen k vytvoření záznamu v MFT, ale také k zobrazení další skutečné kopie souboru v novém umístění.

3. Smazání souboru: V tomto případě je soubor nejprve umístěn do koše. Po vyvolání funkce „Vyprázdnit“ koše souborový systém vymaže záznam z MFT. V tomto případě se soubor fyzicky nesmaže, zůstane na svém původním místě. A bude existovat, dokud nebude přepsán. Tuto funkci je třeba vzít v úvahu při mazání důvěrných souborů: je lepší použít speciální programy.

Nyní je jasné, proč je operace přesunutí rychlejší než operace kopírování. Opakuji, ve druhém případě je potřeba kromě provádění změn v hlavní tabulce souborů také vytvořit fyzickou kopii souboru.

Jaké typy souborových systémů existují?

1. FAT16 (tabulka přidělených souborů 16). Starší souborový systém, který dokázal zpracovávat pouze soubory nepřesahující 2 GB, podporoval pevné disky s kapacitou nepřesahující 4 GB a mohl uložit a zpracovat maximálně 65 636 souborů. S rozvojem technologií a růstem potřeb uživatelů byl tento souborový systém nahrazen NTFS.

2. FAT32. S růstem objemu dat uložených na paměťových médiích byl vyvinut a představen nový souborový systém Windows, který začal podporovat soubory až do velikosti 4 GB a nastavil maximální kapacitu pevného disku na hranici 8 TB. FAT32 se v současnosti zpravidla používá pouze na externích paměťových médiích.

3. NTFS (New Technology File System). Toto je standardní souborový systém nainstalovaný na všech moderních počítačích s operačním systémem Windows. Maximální velikost souboru zpracovávaného tímto systémem souborů je 16 TB; Maximální podporovaná velikost pevného disku je 256 TB.

Další funkcí NTFS je protokolování jeho akcí. Zpočátku se všechny změny zapisují do speciálně určené oblasti a teprve poté se zapisují do tabulky souborů. To pomáhá zabránit ztrátě dat, například při výpadku napájení.

4. HSF+ (hierarchický souborový systém+). Standardní souborový systém pro počítače MacOS. Podobně jako NTFS podporuje velké soubory a pevné disky s kapacitou několika set terabajtů.

Chcete-li změnit systém souborů, budete muset naformátovat oddíl pevného disku. Tato operace zpravidla zahrnuje úplné odstranění všech dostupných informací na tomto oddílu.

jak zjistit typ souborového systému?

Nejjednodušší způsob: otevřete „Průzkumník souborů“ –> vyberte oddíl pevného disku, který vás zajímá –> klikněte na něj pravým tlačítkem –> v zobrazené nabídce vyberte „Vlastnosti“ –> v okně, které se otevře, vyberte „ Obecné“.

Údržba systému souborů Windows

Je třeba poznamenat, že souborový systém neudržuje „pořádek“ na pevném disku. Systém Windows je navržen tak, že ukládá nové soubory do první neobsazené buňky, na kterou narazí. Navíc, pokud se soubor nevejde celý do této buňky, pak se rozdělí na několik částí (fragmentuje). V souladu s tím se zvyšuje doba přístupu a otevírání takového souboru, což ovlivňuje celkový výkon systému.

Abyste tomu zabránili a „udělali věci do pořádku“ v systému souborů, je nutné pravidelně defragmentovat oddíly pevného disku.

Chcete-li to provést, znovu přejděte na vlastnosti oddílu pevného disku, který vás zajímá (jak je popsáno výše), přejděte na kartu „Nástroje“ a klikněte na tlačítko „Defragmentovat“.

V okně, které se otevře, můžete nakonfigurovat operaci automatické defragmentace disku.

Chcete-li provést defragmentaci sami, zadejte oddíl pevného disku, klikněte na tlačítko „Analyzovat disk“ –> a poté na „Defragmentace disku“.

Počkejte na dokončení operace a zavřete okno.

Dnes, když instalujete Windows 2000 nebo Windows XP, před vámi neustále vyvstává otázka: "Jaký souborový systém preferovat - FAT 32 nebo NTFS?". A mnozí, kteří se rozhodli, že „již jsem obeznámen s FAT“, se rozhodnou pro FAT32. Proč chodit daleko - i v X v jednom z článků autor napsal, že "při instalaci Win 2000 jsem nechal FAT32, protože na něm systém funguje rychleji" ... Co je zde špatně? Ano, to, že to prostě nemůže fungovat rychleji... Aby se takové chyby neopakovaly, bylo by užitečné, abyste alespoň pochopili, "jak všechno funguje." Doufám, že vám tento stručný přehled pomůže – podíváme se na FAT16, FAT32 a NTFS.
z toho důvodu, že se velmi málo liší od FAT32 a je užitečné tyto rozdíly alespoň znát).

Systém souborů FAT pracuje s jednotkami diskového prostoru nazývanými cluster. Každý cluster může obsahovat jeden nebo více sektorů pevného disku (váš pevný disk je obvykle rozdělen na sektory o velikosti 512 bajtů). Z čehož vyplývá, že minimální velikost clusteru je 512 bajtů. K uložení jednoho souboru lze použít jeden nebo více clusterů. Každý diskový cluster v tabulce FAT má samostatnou položku, která buď ukazuje na další souborový cluster, nebo obsahuje značku konce souboru. Každý adresář obsahuje názvy souborů, které obsahuje. Spolu s názvem souboru je uložen ukazatel na první cluster tohoto souboru. Kromě toho je v adresáři uloženo datum vytvoření souboru, jeho velikost a atributy. Atributy mohou naznačovat, že soubor je skrytý, vyhrazený pro použití operačním systémem, je třeba jej archivovat (zálohovat) nebo je pouze pro čtení.

To je teorie, nyní nevýhody: Přemýšleli jste někdy, co znamená "16" v názvu systému souborů? A znamenají, že alokační tabulka souborů FAT (File Allocation Table) identifikuje záznamy odpovídající diskovým clusterům pomocí 16bitových čísel. Do tabulky se tedy vejde maximálně 65 536 položek (2 až 16. mocnina). A pokud vezmeme v úvahu skutečnost, že maximální velikost clusteru je 32 KB, pak se ukáže, že maximální oddíl svazku disku je 2 GB. Máte logické disky na šroubu pravděpodobně MNOHEM větší? To je nevýhoda číslo jedna (i když je třeba poznamenat, že FAT32 tuto nevýhodu téměř překonal). Nevýhodou číslo dvě je, že systém FAT používá pouze 1 bajt k uložení VŠECH atributů souborů. Kolik si myslíte, že je možné strčit do jednoho bajtu? Správně, právě z tohoto důvodu nelze ukládat informace o přístupovém právu k souboru, ani o jeho vlastníkovi... Nevýhoda číslo tři spočívá v tom, že při použití FAT větší objem disku znamená větší velikost clusteru a jedna z hlavních "špatných chutí FAT" je, že jeden soubor = alespoň jeden cluster. Příklad: máme velikost clusteru 32 KB a soubor 2 KB - ve výsledku soubor zabírá celý cluster, tzn. ztratíme 30 KB ... Totéž se stane, pokud má soubor velikost 34 KB - pak to bude trvat dva clustery a ve druhém ztratíme opět 30 KB ... Nevýhody číslo "čtyři a pět" - ​​​informace o fyzickém umístění souborů jsou uloženy na jednom místě - tabulkové umístění souborů FAT, což: a) zvyšuje pravděpodobnost poškození a ztráty všech informací; b) snižuje rychlost vyhledávání, protože pro vyhledání konkrétního souboru je potřeba zpracovat celou tabulku.
Nutno přiznat, že FAT16 vznikl již dávno, v dobách MS-DOSu, a plně vyhovoval tehdejším požadavkům ...

Tento souborový systém nahradil FAT16. Pokud jste si pozorně přečetli předchozí odstavec, již jste pochopili, že jeho rozdíl je v tom, že alokační tabulka souborů FAT (File Allocation Table) identifikuje záznamy odpovídající diskovým clusterům pomocí 32bitových čísel. V souladu s tím je maximální počet záznamů 4 294 967 296 (2 až 32. mocnina). V této souvislosti je výrazně zvýšena maximální velikost diskového svazku (až 2 TB). To však umožňuje překonat pouze nevýhodu číslo "jedna", ale všechny ostatní - bohužel, zůstávají ... A co je zvláště urážlivé pro majitele malých šroubů, je plýtvání místem na disku ... stejně jako časté poškození různého charakteru atd. Skandisk mezi milovníky FAT neví, co je odpočinek….

Je to zkratka pro New Technology File System - jak jste pravděpodobně pochopili z názvu - je to skvělé a skvělé ... a navíc to nejsou jen slova! Ve srovnání s FAT má souborový systém NTFS mnohem složitější strukturu a mnohem širší
příležitosti. Na rozdíl od FAT systém souborů NTFS neukládá všechny informace o umístění souborů na jednom místě. Místo toho jsou informace o rozdělení místa na disku mezi soubory uloženy jako součást speciálních balíčků, které mohou být umístěny kdekoli na oddílu
(pamatujete na "čtyři" chybu v systému FAT?). Adresářová struktura NTFS se také liší od adresářové struktury FAT. Diskové adresáře NTFS jsou vhodnější pro vyhledávání souborů, protože záznamy o souborech jsou uloženy pomocí binárního stromu spíše než pomocí jednoduchého lineárního seznamu (jako tomu bylo v případě FAT). To znamená, že k nalezení souboru je potřeba analyzovat méně záznamů (teď zvažte, zda má pravdu autor, kterého jsem zmínil na začátku článku). A když k tomu přidáte možnost indexování, tak systém bude jen lítat!

Systém souborů NTFS má vestavěnou podporu pro dlouhé názvy souborů a rozšířené atributy souborů. To umožňuje oddílům NTFS ukládat informace související se zabezpečením souborů (jako jsou ACL), auditováním přístupu k souborům a informacemi souvisejícími s vlastnictvím souborů. (nyní můžete zakázat přístup do katalogu s pornem všem kromě vás a vy ne
budete k tomu potřebovat nějaké další programy, kterých je pro Win9X s FAT32 tolik!)

Nastavení diskové kvóty je další funkcí NTFS související se schopností ukládat rozšířený počet atributů souborů. Spočívá v tom, že určitému uživateli může být přiděleno určité množství diskového prostoru, který může využít k ukládání svých souborů (pravděpodobně jste se s tím již setkali, pokud jste řešili co
nebo hosting). Pokud takovou zkušenost nemáte, vysvětlím: když se pokusíte uložit soubor, systém analyzuje velikost všech souborů, které vám již patří (ano, podle samotného atributu „vlastník“, který byl právě uvedené) a porovná ji s diskovou kvótou, která vám byla přidělena. Je-li zbytek kvóty dostatečný pro umístění tohoto souboru, provede se uložení, v opačném případě budete odesláni se zprávou „překročena kvóta disku“. k čemu to je? Samozřejmě si na svém počítači neotevřete bezplatný hosting ... ale nenechte svého bratříčka zaplnit celý šroub svým
hloupé hračky - je to snadné (přidělte mu 500 megabajtů - ať se zkusí ušpinit ;-)).

Pokud při použití FAT nejlepší věc, kterou můžete očekávat, je, že soubor nebude na disku zabírat více, než je jeho vlastní velikost, pak při použití NTFS na to můžete zapomenout! V NTFS se minimální jednotka rovná sektoru pevného disku a jeden soubor neznamená jeden cluster! Souborový systém navíc podporuje atribut, který umožňuje individuální kompresi souborů a adresářů. Příklad: Mám adresář 80 megabajtů. Po komprimaci zabírá 30 megabajtů "s uzávěrem" na disku ...

Nové funkce v NTFS5 a Windows 2000 umožňují
používat architekturu veřejného klíče
k šifrování souborů, adresářů nebo svazků
pomocí EFS. Navíc určitě všechny
ocení možnost montáže. Z
Pomocí této zástrčky se můžete připojit
jakýkoli disk/pevný disk na libovolné místo v souboru
systém - například přiřaďte složku C:\XXX\
váš logický disk R: (což znamená porno:).

A ke všemu NTFS podporuje VELMI velké disky – až 16 exabajtů. (exabajt je 1 073 741 824 gigabajtů). Jednoduchý příklad: Pokud je pevný disk schopen zapsat 1 megabajt dat za sekundu, pak zápis jednoho exabajtu (poznámka jedna, ne šestnáct) bude trvat 1 000 miliard sekund. V jednom roce jsou 3 miliony sekund. Proto by trvalo 300 000 let, než by se zachránil jeden exabajt dat... Slyšel jsem, že se chystají vypustit loď k nejbližší hvězdě - Alfa Centauri. Předpokládá se, že tam poletí za 200 let ...

Pokud tedy držíte krok s dobou, pak je vaší volbou NTFS. Nezapomínejte ale, že za všemi jeho „dobrotami“ se skrývá jeden problém – z pod DOSu není vidět. Proto dříve ti, kteří se báli pádu systému, nepřecházeli na NTFS. Ale to bylo předtím! Nyní s příchodem Windows 2000 se objevila nová funkce - "konzole pro zotavení", která vám umožní přístup k oddílu NTFS, i když je operační systém poškozen. Instalace tohoto zázraku je celkem jednoduchá: po instalaci OS stačí znovu spustit instalátor klávesou „/cmdcons“, načež se konzole pro zotavení přidá do nabídky výběru operačního systému.
No, pokud máte rádi staré a jednoduché - tak právě pro vás byl stvořen FAT ....

Víte, že Windows Phone používá NTFS? Proč většina paměťových karet a téměř všechny USB disky stále používají starý dobrý FAT? Proč můžete na některé flash disky ukládat filmy v rozlišení Full HD a na jiné ne? Proč některá zařízení podporují pouze karty SDHC do 32 GB a co lze udělat, aby je přinutili používat 64 GB SDXC? Tyto a mnoho dalších otázek souvisí s typem souborového systému používaného konkrétním úložným zařízením. Ale co to má společného s Windows?

Na počátku historie osobních počítačů (myslím, že v době DOSových textových polí a disket) byl jediným používaným souborovým systémem FAT12. S příchodem pevných disků schopných uložit několik megabajtů dat (ano, megabajt, ne gigabajt!) byla vyvinuta nová verze FAT nazvaná FAT16. Pod tímto souborovým systémem byl vyvinut Windows 95, který obdržel pouze „upgrade“ ve formě podpory pro delší názvy souborů. S Windows 98 Microsoft přidal podporu pro další novou verzi FAT nazvanou FAT32 pro podporu velkých pevných disků (ano, už tehdy jsme měřili místo na disku v gigabajtech).

V paralelním vesmíru Windows NT používal Microsoft neustále nový technologický souborový systém neboli NTFS. Windows NT 4, Windows 2000 a novější Windows XP, Vista, Windows 7, 8, 8.1 a novější Windows 10 používají NTFS.

V jiném paralelním vesmíru, ve vesmíru vyměnitelných úložišť, si můžete vybrat mezi univerzálním FAT32 (při dosažení limitu velikosti souboru 4 GB) a novějším, ale ne tak široce podporovaným (kvůli licenčním omezením) exFAT. Mimochodem, exFAT se používá jako souborový systém na všech kartách SDXC s kapacitou 64 GB nebo více.

V současnosti tedy máme tři různé rodiny souborových systémů: starý, ale stále široce používaný FAT32, nový NTFS a nově vyvinutý Solid ExFAT optimalizovaný. Který z těchto souborových systémů použít a kdy? A jaké jsou mezi nimi rozdíly?

FAT32: Jasná volba

FAT32 je stále jediným souborovým systémem používaným ve Windows 98 nebo Windows ME. FAT32 je ve skutečnosti preferovaný souborový systém pro SD karty do 32 GB včetně. A konečně, FAT32 se často používá k formátování USB disků, včetně 64GB a více.

Starý FAT32… Jeho hlavní omezení jsou dobře známá. FAT32 podporuje soubory až do velikosti 4 GB. Pokud se vám to zdá na jeden soubor hodně, pamatujte, že jedno HD video zabere od 4,5 do 10 GB a hned se ukáže, jak významné je toto omezení v moderní realitě. Mezi jeho další omezení patří nedostatek robustní podpory, absolutní nedostatek řízení přístupu, žádné šifrování, komprese nebo převzetí služeb při selhání.

Jinými slovy, jedná se o zcela jednoduchý a lehký souborový systém, který je vhodný pro téměř jakoukoli přenosnou elektroniku s nízkým výkonem, jako jsou digitální fotoaparáty a videokamery, jednoduché chytré telefony, MP3 přehrávače a podobná zařízení. Vzhledem ke svému úctyhodnému stáří a široké popularitě ve Windows od roku 1997 je FAT32 podporován téměř všemi spotřebiči, včetně ledniček a kávovarů. Jinými slovy, chcete-li s sebou nosit jedno vyměnitelné úložné zařízení a mít jistotu, že jej lze použít s jakýmkoli zásuvným modulem, FAT32 je to, co potřebujete.

NTFS: systémový disk

Omezení FAT32 však brání jeho efektivnímu využití v dnešních výpočetních prostředích. Absence řízení přístupu je jedna věc, absolutní absence logování a jakéhokoli náznaku převzetí služeb při selhání je věc druhá. Obrovskou nevýhodou je také omezená velikost souboru. V důsledku toho společnost Microsoft představila nový systém souborů, který nazvali New Technology File System neboli NTFS.

NTFS má vše, co FAT postrádá. Výkonné možnosti řízení přístupu? Prosím. Failover a logování? Pochopit to. Okamžitá komprese a šifrování jednotlivých souborů, složek a celých diskových svazků? Samozřejmě. Alternativní datové toky, vylepšená bezpečnostní opatření, zálohování samotného systému souborů a důležitých systémových souborů a mnoho dalších funkcí... Od svého prvního vydání v roce 1994 obdržel NTFS všechny nové aktualizace, včetně těch, které zvyšují jeho kompatibilitu. Jeho skvělý design a jednoduchá implementace jsou dodnes nedostižné s jinými souborovými systémy. Je dostatečně univerzální, aby jej bylo možné použít i na smartphonech základní úrovně se systémem Windows Phone 8 a 8.1. Ale když je to tak skvělý systém souborů, proč ho nepoužívají všichni a všude?

Jak se dalo čekat, NTFS není bez chyb. Tento souborový systém, který byl navržen již v roce 1994 pro serverové operace, vždy vyžadoval velký výpočetní výkon, aby zachoval své četné struktury. Jeho systémové položky se rychle rozrůstají, zabírají drahocenný prostor a zvyšují zátěž pro tato flash paměťová zařízení NAND. A konečně, pokud používáte něco jiného než velké pevné disky, jeho režie bude příliš vysoká, takže systém ještě nezískal všeobecné přijetí. V neposlední řadě je NTFS patentován společností Microsoft, která není ochotna licencovat tento souborový systém konkurentům.

exFAT: nejlepší, pokud je podporován...

K překonání omezení FAT32 a snížení režie, kterou NTFS klade na média založená na NAND, Microsoft vyvinul další souborový systém nazvaný Extended FAT nebo exFAT. Tento souborový systém je z velké části založen na stejném konceptu jako původní FAT, pouze nyní jde o skutečný 64bitový souborový systém bez omezení velikosti souborů, které existuje ve FAT32. To je důvod, proč se exFAT používá jako standard pro velké SD karty (standard SDXC vyžaduje, aby všechny SD karty 64 GB nebo větší byly naformátovány pomocí exFAT). Pokud si tedy koupíte 64GB microSDXC kartu, bude na bázi exFAT... a z toho důvodu ji váš smartphone nebo tablet nemusí rozpoznat.

Důvodem, proč exFAT všude nenahradil prastarý FAT32, je placená licence. Na rozdíl od FAT32, který je pro každého zdarma, výrobci, kteří chtějí na svých zařízeních používat exFAT, jsou společností Microsoft účtovány licenční poplatky. V důsledku toho výrobci telefonů s Androidem, tabletů s Androidem nižší třídy a levných fotoaparátů raději ušetří pár centů na nákladech na zařízení (na jednotku vydaného hardwaru) na licencování a raději vyloučí exFAT ze seznamu podporovaných systémů souborů. Výsledkem je, že pokud do takového zařízení vložíte novou 64GB micro SD kartu, karta s největší pravděpodobností nebude rozpoznána.

Dokážete osobně překonat toto omezení? Ve většině případů ano a docela snadno. Jednoduše připojte SD kartu k počítači pomocí čtečky karet a naformátujte ji pomocí... uhodli jste... FAT32! Ztratíte tak možnost ukládat na něj soubory větší než 4 GB, ale vaše paměťová karta bude s největší pravděpodobností rozpoznána a bezproblémově fungovat na zařízení Android, které by podle technických specifikací nemělo podporovat SD karty větší než 32 GB. .

(Upozorňujeme, že některá zařízení mohou být příliš stará na to, aby fyzicky rozpoznala paměťové karty SDXC. Ano, tyto se již několik let nevyráběly, ale starší zařízení stále nemusí podporovat kartu SDXC bez ohledu na to, jaký souborový systém je dodáván)

Počkejte chvíli... Windows Phone je operační systém Microsoft, takže nebudou zařízení s Windows Phone standardně podporovat exFAT? A existuje! Windows Phone 8 a 8.1 se dodávají s vestavěnou podporou exFAT, bezplatnou pro výrobce, kteří chtějí vydávat zařízení pro platformu Windows Phone. Microsoft nabízí bezplatnou licenci exFAT jako součást svého „stimulačního balíčku“, aby povzbudil více výrobců, aby se připojili k platformě Windows Phone.

Konečně všechny nebo téměř všechny tablety s Windows RT s plným systémem Windows 8 nebo 8.1 podporují exFAT a bez problémů rozpoznávají 64GB a větší SD karty.

Obnovení souborových systémů Windows

Téměř každý nástroj pro obnovu dat založený na systému Windows nabízí podporu FAT32 a NTFS. Nástroje, které podporují exFAT, jsou mnohem méně dostupné kvůli licenčním omezením společnosti Microsoft. Jedním z nástrojů pro podporu všech tří souborových systémů Windows je RS Partition Recovery.

A konečně, pokud potřebujete podporu pouze pro jeden ze souborových systémů, můžete výběrem ušetřit peníze

Jádrem operačního systému je modul, který zajišťuje správu souborů - souborový systém.

Hlavní úkol souborového systému- zajištění interakce programů a fyzických vstupně/výstupních zařízení (různé mechaniky). Dále definuje strukturu pro ukládání souborů a adresářů na disk, pravidla pro specifikaci názvů souborů, platné atributy souborů, přístupová práva atd.

Obecně je souborový systém chápán jako nástroj pro správu souborů a sdílené úložiště souborů.

Soubor je pojmenovaná posloupnost libovolných dat, jejichž standardní struktura zajišťuje jejich umístění do paměti stroje. Soubor může obsahovat program, číselná data, text, zakódovaný obrázek nebo zvuk atd. Každý soubor má na disku pojmenovanou oblast a soubor nevyžaduje souvislé místo pro své umístění, protože může zabírat volné shluky v různých části disku.

Název souboru je znakový řetězec, jehož pravidla konstrukce závisí na konkrétním systému souborů. Maximální délka názvu souboru ve Windows je 255 znaků. Názvy mohou obsahovat jakýkoli znak včetně mezer, kromě následujících: lomítka (\ a /), dvojtečka (:), hvězdička (*), otazník (?), dvojité uvozovky ("), menší a větší než znamení (< и >), znak „potrubí“ (|). Systém zachovává malá písmena používaná v dlouhých názvech.

Kromě názvu má soubor rozšíření (typ) až 3 znaky, oddělené od názvu tečkou. Vlastnosti souboru také zahrnují: skutečnou velikost a velikost obsazeného místa na disku; čas vytvoření, poslední úpravy a přístupu; jméno tvůrce souboru; přístupové heslo, atributy atd.

Soubor může mít následující atributy:

R (Read-Only) - "jen pro čtení". Pokud se pokusíte upravit nebo odstranit soubor s tímto atributem, zobrazí se odpovídající zpráva.

H (Hidden) - "skrytý soubor". Při prohlížení obsahu složky (bez speciálního nastavení nebo klíče) se informace o souborech s tímto atributem nezobrazují.

A (Archive) - "nearchivovaný soubor". Tento atribut je nastaven při vytváření každého souboru a je odstraněn nástroji pro archivaci a zálohování souborů.

Pro usnadnění práce se soubory a jejich systematizace jsou na disku vytvořeny složky (adresáře), jejichž struktura určuje logické uspořádání dat.

Složka (katalog)- jedná se o speciální místo na disku, které ukládá názvy souborů, informace o jejich velikosti, době poslední aktualizace atd. Názvy složek se tvoří podle stejných pravidel jako názvy souborů.

Struktura složek ve Windows je hierarchická (stromová). Složka nejvyšší úrovně - hlavní (kořenová) - se vytváří automaticky a nemá žádný název. Obsahuje informace nejen o souborech, ale také o složkách první úrovně (složky první a následujících úrovní vytváří uživatel). Zavolá se složka, se kterou uživatel aktuálně pracuje proud.

Složky a soubory lze vytvářet, mazat, kopírovat a přesouvat, stejně jako měnit jejich vlastnosti a řízení přístupu.

Fyzická organizace dat na médiu závisí na souborovém systému, který zajišťuje alokaci speciálních oblastí během formátování disku: oblast systému a oblastidata. Hlavní součásti systémové oblasti jsou: spouštěcí záznam, alokační tabulky souborů a kořenový adresář (složka). Datová oblast obsahuje soubory a složky.

Celá datová oblast disku je rozdělena na shluky, což jsou nedělitelné bloky dat stejné velikosti na disku. Všechny shluky jsou očíslovány. Na samém začátku disku je alokační tabulka souborů obsahující tolik položek, kolik je na disku dostupných clusterů. Obsahuje informace o číslech clusterů, ve kterých se soubor nachází, jsou označeny nepoužívané clustery a také poškozené clustery, které jsou označeny určitou hodnotou, po které již nejsou nikdy použity.

Každý souborový cluster obsahuje číslo dalšího souboru v řetězci jeho clusterů. K určení počtu všech clusterů obsahujících daný soubor tedy stačí znát číslo prvního clusteru v řetězci, který je uložen v obsahu disku. Objem obsazený souborem je násobkem počtu clusterů. Přítomnost individuálního čísla pro každý cluster umožňuje najít oblast, kde se soubor nachází, a není nutné, aby se jeho shluky nacházely poblíž. Pokud jsou různé fragmenty souboru umístěny v nesousedních shlucích, pak se mluví o fragmentace soubor.

Každý disk v počítači má jedinečný název. Disky jsou pojmenovány písmeny latinské abecedy. Disketové jednotce (HDD) je obvykle přiřazen název A: a pevnému disku (HDD) - C:.

Pevný disk je fyzické zařízení. Pro organizaci efektivní práce s diskovým prostorem pevného magnetického disku je pomocí speciálního programu rozdělen do několika sekcí - logické disky, z nichž každý je systémem považován za samostatný disk a je nazýván následujícími písmeny latinské abecedy (D, E atd.).

Systém Windows XP umožňuje formátovat pevný disk pomocí systému souborů FAT nebo NTFS.

Systém FAT (File Allocation Table) - je alokační tabulka souborů MS-DOS a Windows 9x a Me, takže je chápána těmito operačními systémy. Má ale nízkou odolnost proti poruchám a v případě nouzového výpadku proudu je vysoká pravděpodobnost ztráty dat.

NTFS (New Technology File System) - byl vyvinut společností Microsoft speciálně pro Windows NT. Zaručuje bezpečnost dat v případě kopírování i v případě selhání hardwaru nebo výpadku napájení, předčí FAT z hlediska efektivity zdrojů (pracuje například se soubory většími než 4 GB), poskytuje možnost vytvářet „ dynamické“ pevné disky, které kombinují několik složek, poskytují nástroje pro řízení přístupu a ochranu informací atd.

Přenos logického disku z FAT na NTFS se provádí běžným programem Windows nebo speciálními programy bez ztráty informací. Existují i ​​speciální programy, které umí konvertovat z NTFS na FAT, ale ve většině případů takový převod vyžaduje zformátování disku.

Na disk lze uložit velké množství různých souborů. Pro usnadnění práce se soubory, jejich systematizace podle účelu, obsahu, autorství nebo jiných charakteristik jsou na disku vytvářeny adresáře, jejichž struktura určuje logické uspořádání dat. Katalog- jedná se o speciální místo na disku, které ukládá názvy souborů, informace o jejich velikosti, čas poslední aktualizace, vlastnosti atd. adresář nejvyšší úrovně - kořenový (hlavní) adresář Disk je vytvořen automaticky a nemá žádné jméno. Obsahuje názvy nejen souborů, ale i podadresářů první úrovně (adresáře první a následujících úrovní vytváří uživatel). Podadresář první úrovně může obsahovat názvy souborů a podadresářů druhé úrovně a tak dále. Zavolá se adresář, se kterým uživatel aktuálně pracuje proud.

Názvy souborů a jejich atributy jsou uloženy v adresáři. Pokud je název souboru uložen v adresáři, říká se, že soubor je v tomto adresáři. Adresář, pokud to není kořenový adresář, je přístupný pomocí jména 3 .

Každý disk může mít více adresářů. Každý adresář může obsahovat soubory a další adresáře. V závislosti na souborovém systému může být adresářová struktura stromová, kdy adresář může být zařazen pouze do jednoho adresáře vyšší úrovně (obr. 3.2, A), a síť, kdy může být adresář zařazen do různých adresářů (obr. 3.2.6). Síťová struktura je implementována v Unixu, stromová struktura - v OS rodiny Windows.

Rýže. 3.2. Struktura adresářů: a - stromová; b - síť

V systému Windows se adresář nazývá složka. Složky (adresáře) a soubory lze vytvářet, mazat, kopírovat a přesouvat, stejně jako měnit jejich vlastnosti a řízení přístupu.

Schopnost operačního systému „zastínit“ složitosti skutečného hardwaru se velmi jasně projevuje v jednom z hlavních subsystémů operačního systému – souborový systém. Operační systém virtualizuje samostatnou sadu dat uloženou na externím disku jako soubor – jednoduchou nestrukturovanou sekvenci bajtů, která má symbolický název. Pro usnadnění práce s daty jsou soubory seskupeny do katalogy, které zase tvoří skupiny - adresáře vyšší úrovně. Uživatel může používat OS k provádění akcí se soubory a adresáři, jako je vyhledávání podle názvu, mazání, zobrazování obsahu na externím zařízení (například na displeji), změna a ukládání obsahu.

Pro reprezentaci velkého množství datových sad náhodně roztroušených po válcích a površích disků různých typů ve formě dobře známé a pohodlné hierarchické struktury souborů a adresářů musí operační systém vyřešit mnoho problémů. Souborový systém OS převádí symbolické názvy souborů, se kterými uživatel nebo aplikační programátor pracuje, na fyzické datové adresy na disku, organizuje sdílený přístup k souborům a chrání je před neoprávněným přístupem.

Při plnění svých funkcí systém souborů úzce spolupracuje se subsystémem správy externích zařízení, který na žádost systému souborů přenáší data mezi disky a RAM.

Subsystém ovládání externích zařízení, nazývaný také vstupně-výstupní subsystém, funguje jako rozhraní pro všechna zařízení připojená k počítači. Nabídka těchto zařízení je velmi široká. Sortiment pevných disků, disketových mechanik, optických mechanik, tiskáren, skenerů, monitorů, plotrů, modemů, síťových adaptérů a specializovanějších I/O zařízení, jako jsou analogově-digitální převodníky, může čítat stovky modelů. Tyto modely se mohou výrazně lišit sadou a posloupností příkazů sloužících k výměně informací s procesorem a pamětí počítače, rychlostí provozu, kódováním přenášených dat, možností sdílení a mnoha dalšími detaily.

Obvykle se nazývá program, který ovládá konkrétní model externího zařízení a zohledňuje všechny jeho vlastnosti Řidič toto zařízení (z angličtiny drive - spravovat, vést). Ovladač může ovládat jeden model zařízení, jako je modem ZyXEL U-1496E, nebo skupinu zařízení určitého typu, jako je jakýkoli modem kompatibilní s Hayes. Pro uživatele je velmi důležité, aby operační systém obsahoval co nejvíce různých ovladačů, protože to zaručuje možnost připojit k počítači velké množství externích zařízení různých výrobců. Úspěch operačního systému na trhu do značné míry závisí na dostupnosti vhodných ovladačů (například nedostatek mnoha potřebných ovladačů externích zařízení byl jedním z důvodů nízké popularity OS/2).

Vytváření ovladačů zařízení je prováděno jak vývojáři konkrétního OS, tak specialisty ze společností, které vyrábějí externí zařízení. Operační systém musí udržovat dobře definované rozhraní mezi ovladači a zbytkem operačního systému, aby vývojáři z I/O zařízení mohli dodávat ovladače pro daný operační systém se svými zařízeními.

Aplikační programátoři mohou při vývoji svých programů používat rozhraní ovladače, ale to není příliš pohodlné - takové rozhraní bývá nízkoúrovňové operace zatížené spoustou detailů.

Udržování jednotného aplikačního programovacího rozhraní na vysoké úrovni pro heterogenní I/O zařízení je jedním z nejdůležitějších úkolů operačního systému. Od příchodu UNIXu je toto jednotné rozhraní ve většině operačních systémů založeno na konceptu přístupu k souborům. Tento koncept spočívá v tom, že výměna s jakýmkoli externím zařízením vypadá jako výměna se souborem, který má název a je nestrukturovanou sekvencí bajtů. Soubor může být buď skutečný soubor na disku nebo alfanumerický terminál, tiskárna nebo síťový adaptér. Zde se opět zabýváme vlastnost operačního systému nahradit skutečný hardware uživatelsky přívětivými a programátorsky přívětivými abstrakcemi.

Úlohy OS pro správu souborů a zařízení

Vstupně-výstupní subsystém multiprogramového OS musí při výměně dat s externími zařízeními počítače řešit řadu obecných úkolů, z nichž nejdůležitější jsou tyto:

Organizace paralelního provozu vstupně-výstupních zařízení a procesoru;

Koordinace směnných kurzů a ukládání dat do mezipaměti;

Oddělování zařízení a dat mezi procesy;

Poskytování pohodlného logického rozhraní mezi zařízeními a zbytkem systému;

Podpora široké škály ovladačů s možností snadného zařazení nového ovladače do systému;

Podpora více souborových systémů;

Podpora synchronních a asynchronních I/O operací.

Jedním z hlavních úkolů operačního systému je poskytnout uživateli pohodlí při práci s daty uloženými na discích. K tomu OS nahradí fyzickou strukturu uložených dat nějakým uživatelsky přívětivým logickým modelem. Logický model systému souborů se zhmotňuje ve formě adresářový strom, zobrazený nástroji jako Norton Commander nebo Windows Explorer, v symbolických složených názvech souborů, v souborových příkazech. Základním prvkem tohoto modelu je soubor, který se stejně jako souborový systém jako celek může vyznačovat jak logickou, tak fyzickou strukturou.

Soubor je pojmenovaná oblast externí paměti, do které lze zapisovat a z ní číst. Soubory jsou uloženy v energeticky závislé paměti, obvykle na magnetických discích. Neexistují však žádná pravidla bez výjimky. Jednou z takových výjimek je tzv. ramdisk, kdy se v RAM vytvoří struktura napodobující souborový systém.

Hlavní účely použití souboru:

Dlouhodobé a spolehlivé uchovávání informací. Dlouhé životnosti je dosaženo použitím úložných zařízení, která nejsou závislá na napájení, a vysoká spolehlivost je dána prostředky ochrany přístupu k souborům a celkovou organizací programového kódu operačního systému, ve kterém selhání hardwaru nejčastěji nezničí uložené informace. v souborech.

Sdílení informací. Soubory poskytují přirozený a snadný způsob sdílení informací mezi aplikacemi a uživateli tím, že mají člověku čitelný symbolický název a trvanlivost uložených informací a umístění souboru. Uživatel musí mít pohodlné nástroje pro práci se soubory, včetně adresářových adresářů, které sdružují soubory do skupin, nástroje pro vyhledávání souborů podle funkcí, sadu příkazů pro vytváření, úpravu a mazání souborů. Soubor může vytvořit jeden uživatel a poté jej používat úplně jiný uživatel, zatímco tvůrce souboru nebo správce může určit přístupová práva dalším uživatelům. Tyto cíle jsou v OS implementovány souborovým systémem.

Souborový systém(FS) je součástí operačního systému, včetně:

Sbírka všech souborů na disku;

Sady datových struktur používaných ke správě souborů, jako jsou adresáře souborů, deskriptory souborů, alokační tabulky volného a použitého místa na disku;

Sada systémových softwarových nástrojů, které implementují různé operace se soubory, jako je vytváření, mazání, čtení, zápis, pojmenování a vyhledávání souborů.

Systém souborů umožňuje programům vystačit si se sadou poměrně jednoduchých operací k provádění akcí na nějakém abstraktním objektu, který představuje soubor. Programátoři při tom nemusí řešit detaily skutečného umístění dat na disku, ukládání dat do vyrovnávací paměti a další nízkoúrovňové problémy přenosu dat z dlouhodobého úložiště. Všechny tyto funkce provádí souborový systém. Systém souborů přiděluje místo na disku, podporuje pojmenování souborů, mapuje názvy souborů na odpovídající adresy v externí paměti, poskytuje přístup k datům a podporuje sdílení, ochranu a obnovu souborů.

Souborový systém tak hraje roli mezivrstvy, která chrání všechny složitosti fyzické organizace dlouhodobého úložiště dat a poskytuje programům jednodušší logický model tohoto úložiště a zároveň jim poskytuje sadu snadno- k použití příkazů pro manipulaci se soubory.

Úlohy řešené FS závisí na způsobu, jakým je výpočetní proces organizován jako celek. Nejjednodušším typem je FS v jednouživatelských a jednoprogramových operačních systémech, mezi které patří například MS-DOS. Hlavní funkce v takovém FS jsou zaměřeny na řešení následujících úkolů:

pojmenování souborů;

Programovací rozhraní pro aplikace;

Mapování logického modelu souborového systému na fyzickou organizaci datového skladu;

Odolnost souborového systému vůči výpadkům napájení, chybám hardwaru a softwaru.

Úlohy FS se komplikují při obsluze jednouživatelských víceprogramových operačních systémů, které, přestože jsou určeny pro práci jednoho uživatele, mu dávají možnost spouštět více procesů současně. Jedním z prvních operačních systémů tohoto typu byl OS/2. Kromě výše uvedených úkolů je přidána nová úloha sdílení souborů s více procesy. Soubor je v tomto případě sdílený prostředek, což znamená, že souborový systém musí vyřešit celý komplex problémů spojených s takovými prostředky. FS by měl zejména poskytovat prostředky pro blokování souboru a jeho částí, zabránění závodům, odstranění zablokování, koordinaci kopií atd.

Ve víceuživatelských systémech se objevuje další úkol: ochrana souborů jednoho uživatele před neoprávněným přístupem jiného uživatele. Ještě složitější jsou funkce souborového systému, který funguje jako součást síťového operačního systému.

Souborové systémy podporují několik funkčně odlišných typy souborů, který obvykle zahrnuje běžné soubory, soubory adresářů, speciální soubory, pojmenované kanály, soubory mapované v paměti a další.

běžné soubory, nebo jednoduše soubory, obsahují informace libovolného charakteru, které do nich uživatel zadává nebo které se tvoří v důsledku provozu systémových a uživatelských programů. Většina moderních operačních systémů (např. UNIX, Windows, OS/2) obsah a strukturu běžného souboru nijak neomezuje ani neřídí. Obsah běžného souboru je určen aplikací, která s ním pracuje. Například textový editor vytváří textové soubory sestávající z řetězců znaků zastoupených v nějakém kódu. Mohou to být dokumenty, zdrojové kódy programů atd. Textové soubory lze číst na obrazovce a tisknout na tiskárně. Binární soubory nepoužívají znakové kódy, často mají složitou vnitřní strukturu, jako je spustitelný programový kód nebo archivní soubor. Všechny operační systémy by měly být schopny rozpoznat alespoň jeden typ souboru – své vlastní spustitelné soubory.

Katalogy- jedná se o speciální typ souborů, které obsahují systémové referenční informace o sadě souborů seskupených uživateli podle nějaké neformální funkce (například soubory obsahující dokumenty jedné smlouvy nebo soubory, které tvoří jeden softwarový balík, jsou sloučeny do jedné skupiny) . V mnoha operačních systémech může adresář obsahovat jakýkoli typ souboru, včetně jiných adresářů, což vede ke stromové struktuře, kterou lze snadno najít. Adresáře mapují názvy souborů na charakteristiky používané systémem souborů ke správě souborů. Mezi takové charakteristiky patří zejména informace (nebo ukazatel na jinou strukturu obsahující tato data) o typu souboru a jeho umístění na disku, přístupových právech k souboru a datech jeho vytvoření a modifikace. Ve všech ostatních ohledech se s adresáři zachází systémem souborů jako s normálními soubory.

Speciální soubory jsou fiktivní soubory spojené s I/O zařízeními, které se používají ke sjednocení mechanismu pro přístup k souborům a externím zařízením. Speciální soubory umožňují uživateli provádět I/O operace prostřednictvím normálních příkazů pro zápis nebo čtení souborů. Tyto příkazy jsou nejprve zpracovány programy souborového systému a poté, v určité fázi požadavku, jsou převedeny operačním systémem na příkazy pro ovládání odpovídajícího zařízení.

Moderní souborové systémy také podporují jiné typy souborů, jako jsou symbolické odkazy, pojmenované kanály a soubory mapované v paměti.

Uživatelé přistupují k souborům pomocí symbolická jména. Kapacita lidské paměti však omezuje počet názvů objektů, na které může uživatel podle jména odkazovat. Hierarchická organizace jmenného prostoru umožňuje výrazně rozšířit tyto hranice. To je důvod, proč má většina souborových systémů hierarchickou strukturu, ve které jsou úrovně vytvářeny tak, že adresář nižší úrovně může být obsažen v adresáři vyšší úrovně (obrázek 2.16).

Obrázek 2.16. Hierarchie souborových systémů (a - jednoúrovňová struktura, b - stromová struktura, c - síťová struktura)

Graf popisující hierarchii adresářů může být strom nebo síť. Adresáře tvoří strom, pokud má soubor povolen vstup pouze do jednoho adresáře (obrázek 2.16, b), a síť - pokud soubor může vstupovat do několika adresářů najednou (obrázek 2.16, c). Například v MS-DOS a Windows tvoří adresáře stromovou strukturu, zatímco v UNIXu tvoří síťovou strukturu. Ve stromové struktuře je každý soubor list. Je volán adresář nejvyšší úrovně kořenový adresář, nebo kořen.

S takovou organizací je uživatel osvobozen od zapamatování názvů všech souborů, stačí mu zhruba představit si, do jaké skupiny lze ten či onen soubor zařadit, aby jej sekvenčním procházením adresářů našel. Hierarchická struktura je vhodná pro víceuživatelskou práci: každý uživatel se svými soubory je umístěn ve svém vlastním adresáři nebo podstromu adresářů a zároveň jsou všechny soubory v systému logicky propojeny.

Speciálním případem hierarchické struktury je jednoúrovňová organizace, kdy jsou všechny soubory zahrnuty v jednom adresáři (obrázek 2.16, a).

Všechny typy souborů mají symbolické názvy. V hierarchicky organizovaných souborových systémech se běžně používají tři typy názvů souborů: jednoduché, složené a relativní.

Jednoduché nebo krátké symbolické jméno identifikuje soubor ve stejném adresáři. Jednoduché názvy přidělují souborům uživatelé a programátoři, přičemž musí brát v úvahu omezení OS jak na názvosloví znaků, tak na délku názvu. Ještě relativně nedávno byly tyto hranice velmi úzké. Takže v populárním souborovém systému FAT byla délka jmen omezena schématem 8.3 (8 znaků - samotný název, 3 znaky - přípona jména) a v systému souborů s5, podporovaném mnoha verzemi OS UNIX, jednoduchý symbolický název nemohl obsahovat více než 14 znaků. Pro uživatele je však mnohem pohodlnější pracovat s dlouhými názvy, protože umožňují dávat souborům snadno zapamatovatelné názvy, které jasně říkají, co je v tomto souboru obsaženo. Proto moderní souborové systémy, stejně jako vylepšení stávajících souborových systémů, mají tendenci podporovat dlouhé, jednoduché znakové názvy souborů. Například v systémech souborů NTFS a FAT32, které jsou součástí operačního systému Windows NT, může mít název souboru až 255 znaků.

V hierarchických souborových systémech mohou mít různé soubory stejný jednoduchý symbolický název za předpokladu, že patří do různých adresářů. To znamená, že zde funguje schéma „mnoho souborů – jeden jednoduchý název“. Pro jednoznačnou identifikaci souboru v takových systémech se používá tzv. celé jméno.

Celé jméno je řetězec jednoduchých symbolických názvů všech adresářů, kterými prochází cesta od kořene k danému souboru. Celý název je tedy složený název, ve kterém jsou jednoduchá jména od sebe oddělena oddělovačem akceptovaným v OS. Často se jako oddělovač používá dopředné nebo zpětné lomítko a je obvyklé vynechat název kořenového adresáře. Na obrázku 2.16b mají dva soubory jednoduchý název main.exe, ale jejich složené názvy /depart/main.exe a /user/anna/main.exe se liší.

Ve stromovém souborovém systému existuje mezi souborem a jeho úplným jménem korespondence „jeden soubor – jedno celé jméno“. V souborových systémech, které mají síťovou strukturu, může být soubor zahrnut v několika adresářích, a proto může mít několik úplných jmen; zde platí korespondence "jeden soubor - mnoho celých jmen". V obou případech je soubor jednoznačně identifikován svým celým jménem.

Soubor lze také identifikovat podle relativního názvu . Relativní jméno soubor je definován pomocí konceptu "aktuálního adresáře". Pro každého uživatele je v každém okamžiku aktuální jeden z adresářů souborového systému a tento adresář si volí uživatel sám na příkaz OS. Systém souborů opraví název aktuálního adresáře, takže jej lze použít vedle relativních jmen k vytvoření plně kvalifikovaného názvu souboru. Při použití relativních jmen uživatel identifikuje soubor podle řetězce názvů adresářů, kterými prochází cesta z aktuálního adresáře do daného souboru. Pokud je například aktuální adresář /user, pak relativní název souboru /user/anna/main.exe je anna/main.exe.

Některé operační systémy umožňují přiřazení více jednoduchých názvů stejnému souboru, které lze interpretovat jako aliasy. V tomto případě, stejně jako v systému se síťovou strukturou, je vytvořena korespondence jeden-soubor-mnoho-kvalifikovaných jmen, protože každý jednoduchý název souboru má alespoň jedno plně kvalifikované jméno.

Přestože plně kvalifikovaný název jednoznačně identifikuje soubor, je pro operační systém snazší pracovat se souborem, pokud existuje vzájemná shoda mezi soubory a jejich názvy. Za tímto účelem přiřadí souboru jedinečný název, takže platí vztah „jeden soubor – jedno jedinečné jméno“. Jedinečný název existuje spolu s jedním nebo více symbolickými názvy přiřazenými souboru uživateli nebo aplikacemi. Jedinečný název je číselný identifikátor a je určen pouze pro operační systém. Příkladem takového jedinečného souboru je číslo inodu v systému UNIX.

Pojem "soubor" zahrnuje nejen data a jméno, které jsou v něm uloženy, ale také atributy. Atributy je informace, která popisuje vlastnosti souboru. Příklady možných atributů souboru:

Typ souboru (běžný soubor, adresář, speciální soubor atd.);

Vlastník souboru;

Tvůrce souboru;

Heslo pro přístup k souboru;

Informace o povolených operacích přístupu k souborům;

Časy vytvoření, posledního přístupu a poslední úpravy;

Aktuální velikost souboru;

Maximální velikost souboru;

příznak pouze pro čtení;

Podepište "skrytý soubor";

Podepište "systémový soubor";

Podepište "archivační soubor";

Znamení "binární/znak";

Podepište "dočasné" (po dokončení procesu smažte);

Známka blokování;

Délka záznamu v souboru;

Ukazatel na klíčové pole v záznamu;

Délka klíče.

Sada atributů souborů je určena specifiky souborového systému: v souborových systémech různých typů lze k charakterizaci souborů použít různé sady atributů. Například v souborových systémech, které podporují ploché soubory, není nutné používat poslední tři atributy ve výše uvedeném seznamu související se strukturováním souborů. V jednom uživatelském OS budou v sadě atributů chybět charakteristiky související s uživateli a zabezpečením, jako je vlastník souboru, tvůrce souboru, heslo pro přístup k souboru, informace o oprávněném přístupu k souboru.

Uživatel může přistupovat k atributům pomocí prostředků, které pro tento účel poskytuje systém souborů. Obvykle je povoleno číst hodnoty libovolného atributu, ale pouze některé z nich lze upravit. Uživatel může například změnit oprávnění k souboru (za předpokladu, že k tomu má potřebná oprávnění), ale nesmí změnit datum vytvoření nebo aktuální velikost souboru.

Hodnoty atributů souboru mohou být přímo obsaženy v adresářích, jak je tomu v systému souborů MS-DOS (obrázek 2.17, a). Obrázek ukazuje strukturu položky adresáře obsahující jednoduchý symbolický název a atributy souboru. Zde písmena označují vlastnosti souboru: R - pouze pro čtení, A - archivovaný, H - skrytý, S - systém.

Obrázek 2.17. Struktura adresářů: a - struktura záznamů adresáře MS-DOS (32 bajtů), b - struktura záznamů adresářů OS UNIX

Další možností je umístit atributy do speciálních tabulek, pokud adresáře obsahují pouze odkazy na tyto tabulky. Tento přístup je implementován například v souborovém systému UNIX ufs. V tomto souborovém systému je adresářová struktura velmi jednoduchá. Záznam o každém souboru obsahuje krátký symbolický název souboru a ukazatel na deskriptor inodu souboru, jak se nazývá tabulka v ufs, ve které jsou soustředěny hodnoty atributů souboru (obrázek 2.17, b).

V obou případech adresáře poskytují spojení mezi názvy souborů a skutečnými soubory. Avšak přístup, kdy je název souboru oddělen od jeho atributů, činí systém flexibilnějším. Soubor lze například snadno zahrnout do více adresářů najednou. Záznamy o tomto souboru v různých adresářích mohou obsahovat různá jednoduchá jména, ale pole odkazu bude obsahovat stejné číslo inodu.

Uživatelský pohled na souborový systém jako na hierarchicky uspořádanou množinu informačních objektů má pramálo společného s pořadím uložení souborů na disku. Soubor, který má obraz jedné, souvislé sady bajtů, je ve skutečnosti velmi často roztroušen na „kousky“ po celém disku a toto rozdělení nemá nic společného s logickou strukturou souboru, například jeho samostatným logickým záznamem. mohou být umístěny v nesousedních sektorech disku. Logicky kombinované soubory ze stejného adresáře nemusí vůbec existovat na disku. Principy umístění souborů, adresářů a systémových informací na skutečném zařízení jsou popsány fyzickou organizací souborového systému. Je zřejmé, že různé systémy souborů mají různou fyzickou organizaci.

Hlavním typem zařízení používaného v moderních počítačových systémech pro ukládání souborů jsou diskové jednotky. Tato zařízení jsou navržena pro čtení a zápis dat na pevné disky a diskety. Pevný disk se skládá z jedné nebo více skleněných nebo kovových desek, z nichž každá je na jedné nebo obou stranách potažena magnetickým materiálem. Disk se tedy obecně skládá ze sady desek (obrázek 2.18).

Na každé straně každé desky jsou označeny tenké soustředné kroužky - stopy(traks), na kterých jsou data uložena. Počet skladeb závisí na typu disku. Číslování stop začíná na 0 od vnějšího okraje ke středu disku. Jak se disk otáčí, prvek zvaný hlava čte binární data z magnetické stopy nebo je zapisuje do magnetické stopy.

Obrázek 2.18. Schéma zařízení pevného disku

Hlavu lze umístit nad danou dráhu. Hlavy se pohybují po povrchu disku v diskrétních krocích, přičemž každý krok odpovídá posunu o jednu stopu. Záznam na disk se provádí schopností hlavy měnit magnetické vlastnosti stopy. Některé disky mají jednu hlavu pohybující se po každém povrchu, zatímco jiné mají jednu hlavu na stopu. V prvním případě se pro vyhledávání informací musí hlava pohybovat podél poloměru disku. Obvykle jsou všechny hlavy upevněny na jediném pohyblivém mechanismu a pohybují se synchronně. Proto, když je hlava upevněna na dané dráze jednoho povrchu, všechny ostatní hlavy se zastaví nad drahami se stejnými čísly. V případech, kdy má každá stopa samostatnou hlavu, není potřeba žádný pohyb hlav z jedné stopy na druhou, čímž se šetří čas strávený hledáním dat.

Nazývá se sada drah stejného poloměru na všech plochách všech desek obalu válec(válec). Každá trať je rozdělena na úseky tzv sektory(sektory), nebo bloky (bloky), takže všechny stopy mají stejný počet sektorů, do kterých lze zapsat maximální počet bajtů. Sektor má pro konkrétní systém pevnou velikost, vyjádřenou mocninou dvou. Nejběžnější velikost sektoru je 512 bajtů. Vzhledem k tomu, že stopy různých poloměrů mají stejný počet sektorů, hustota záznamu se zvyšuje, čím blíže je stopa ke středu.

Sektor- nejmenší adresovatelná jednotka výměny dat mezi diskovým zařízením a RAM. Aby řadič našel požadovaný sektor na disku, je nutné mu nastavit všechny součásti adresy sektoru: číslo válce, číslo povrchu a číslo sektoru. Protože aplikační program obecně nepotřebuje sektor, ale určitý počet bajtů, ne nutně násobek velikosti sektoru, typický požadavek zahrnuje čtení několika sektorů obsahujících požadované informace a jednoho nebo dvou sektorů obsahujících spolu s požadovanými informacemi. , redundantní data (obrázek 2.19) .

Obrázek 2.19. Čtení redundantních dat při výměně s diskem

Operační systém při práci s diskem obvykle využívá vlastní jednotku diskového prostoru, tzv shluk(shluk). Když je soubor vytvořen, je mu přiděleno místo na disku v clusterech. Pokud má například soubor velikost 2560 bajtů a velikost clusteru v systému souborů je definována jako 1024 bajtů, budou souboru na disku přiděleny 3 clustery.

Stopy a sektory jsou vytvořeny jako výsledek provedení fyzické nebo nízkoúrovňové procedury formátování disku před použitím disku. K určení hranic bloku se na disk zapisují identifikační informace. Nízkoúrovňový formát disku nezávisí na typu operačního systému, který bude tento disk používat.

Rozdělení disku pro určitý typ souborového systému se provádí vysokoúrovňovými nebo logickými postupy formátování.

Při vysokoúrovňovém formátování se určuje velikost clusteru a na disk se zapisují informace potřebné pro provoz souborového systému, včetně informací o dostupném a nevyužitém prostoru, hranicích oblastí přidělených pro soubory a adresáře, a informace o poškozených oblastech. Na disk se navíc zapisuje zavaděč operačního systému – malý program, který po zapnutí napájení nebo restartu počítače spustí proces inicializace operačního systému.

Před formátováním disku pro určitý systém souborů jej lze rozdělit na oddíly. Kapitola je souvislá část fyzického disku, kterou operační systém prezentuje uživateli jako logické zařízení (používají se také názvy logický disk a logický oddíl). Logické zařízení funguje, jako by to byl samostatný fyzický disk. Právě s logickými zařízeními uživatel pracuje, odkazuje na ně symbolickými názvy, používá např. označení A, B, C, SYS atd. Operační systémy různých typů používají pro všechny společné znázornění oddílů, ale vytvořit logické oddíly založené na něm.zařízení specifická pro každý typ OS. Stejně jako souborový systém používaný jedním OS nemůže být obecně interpretován jiným typem OS, logická zařízení nemohou být používána operačními systémy různých typů. Na jedno logické zařízení lze vytvořit pouze jeden souborový systém.