Файлы на компьютере создаются и размещаются на базе системных принципов. Благодаря их реализации, пользователь получает возможность комфортно обращаться к нужной информации, не задумываясь о сложных алгоритмах доступа к ней. Каким образом организована работа файловых систем? Какие из них самые популярные сегодня? Каковы различия между файловыми системами, адаптированными для ПК? И теми, что используются в мобильных устройствах - смартфонах или планшетах?

Файловые системы: определение

Согласно распространенному определению, файловая система - это совокупность алгоритмов и стандартов, задействуемых с целью организации эффективного доступа пользователя ПК к данным, размещенным на компьютере. Некоторые специалисты считают ее частью Другие IT-эксперты, признавая тот факт, что она непосредственно связана с ОС, полагают, что файловая система - независимый компонент управления компьютерными данными.

Каким образом использовались компьютеры до того, как была изобретена файловая система? Информатика - как научная дисциплина - зафиксировала тот факт, что долгое время управление данными осуществлялось посредством структурирования в рамках алгоритмов, заложенных в конкретных программах. Таким образом, один из критериев файловой системы - это наличие стандартов, одинаковых для большинства программ, использующих доступ к данным.

Принципы работы файловых систем

Файловая система - это, прежде всего, механизм, предполагающий задействование аппаратных ресурсов компьютера. Как правило, речь здесь идет о магнитных или лазерных носителях - жестких дисках, CD, DVD, флешках, еще не успевших устареть дискетах. Для того чтобы понять, как соответствующая система работает, определимся с тем, что же такое собственно сам файл.

Согласно общепринятому в среде IT-экспертов определению, это область данных фиксированной величины, выражаемая в базовых единицах измерения информации - байтах. Располагается файл на дисковом носителе, как правило, в виде нескольких связанных между собой блоков, имеющих конкретный "адрес" доступа. Файловая система определяет эти самые координаты и "сообщает" их, в свою очередь, ОС. Которая понятным образом транслирует соответствующие данные пользователю. Происходит обращение к данным с целью считывания их, модифицирования, создания новых. Конкретный алгоритм работы с "координатами" файлов может быть разным. Он зависит от типа компьютера, ОС, специфики хранящихся данных и прочих условий. Потому, есть различные виды файловых систем. Каждая из них оптимизирована для использования в конкретной ОС или для работы с определенными типами данных.

Адаптирование дискового носителя к использованию посредством алгоритмов конкретной файловой системы называется форматированием. Соответствующие аппаратные элементы диска - кластеры - подготавливаются к последующей записи на них файлов, а также чтения их в соответствии со стандартами, заложенными в той или иной системе управления данными. Как поменять файловую систему? В большинстве случаев это можно сделать, только переформатировав носитель данных. Как правило, файлы при этом стираются. Однако есть вариант, при котором, задействуя специальные программы, все же можно, хотя это, как правило, требует большого количества времени, поменять систему управления данными, оставив последние нетронутыми.

Файловые системы работают не без ошибок. Возможны некоторые сбои в организации работы с блоками данных. Но они в большинстве случаев не критичны. Как правило, нет проблем с тем, как исправить файловую систему, устранить ошибки. В ОС Windows для этого, в частности, предусмотрены встроенные программные решения, доступные для любого пользователя. Такие как, например, программа "Проверка диска".

Разновидности

Какие виды файловых систем можно назвать самыми распространенными? Вероятно, в первую очередь те, что используются самой популярной ОС для ПК в мире - Windows. Основные файловые системы Windows - это FAT, FAT32, NTFS и их различные модификации. Наряду с компьютерами популярность обрели смартфоны и планшеты. Большинство из них, если говорить о глобальном рынке и не рассматривать различия в технологических платформах, управляется ОС Android и iOS. Эти ОС задействуют свои алгоритмы работы с данными, отличные от тех, которыми характеризуются файловые системы Windows.

Стандарты, открытые для всех

Отметим, что в последнее время на мировом рынке электроники наблюдается некоторая унификация стандартов в аспекте работы ОС с различными типами данных. Это прослеживается в двух аспектах. Во-первых, на разных устройствах под управлением двух несхожих типов ОС часто используется одна и та же файловая система, в одинаковой степени совместимая с каждой ОС. Во-вторых, современные версии ОС, как правило, способны распознавать не только типичные для себя файловые системы, но и те, что традиционно используются в других ОС - как посредством встроенных алгоритмов, так и с помощью стороннего программного обеспечения. Например, современные версии Linux, как правило, без проблем распознают отмеченные файловые системы для Windows.

Структура файловой системы

Несмотря на то что виды файловых систем представлены в достаточно большом количестве, работают они в целом по очень схожим принципам (общую схему мы изложили выше) и в рамках сходных структурных элементов или объектов. Рассмотрим их. Каковы основные объекты файловой системы?

Один из ключевых - Он являет собой изолированную область данных, в которой могут размещаться файлы. Структура каталогов - иерархическая. Что это значит? Один или несколько каталогов могут размещаться в другом. Который, в свою очередь, входит в состав "вышестоящего". Самым "главным" считается корневой каталог. Если говорить о принципах, на базе которых работает файловая система Windows - 7, 8, XP или же другой версии, - корневым каталогом считается логический диск, обозначаемый буквой - как правило, C, D, E (но можно настроить любую, что есть в английском алфавите). Что касается, к примеру, ОС Linux, то там корневым каталогом выступает магнитный носитель в целом. В этой и других ОС, основанных на ее принципах - к таковым относится Android - логические диски не используются. Можно ли хранить файлы без каталогов? Да. Но это не очень удобно. Собственно, комфорт в пользовании ПК - одна из причин внедрения в файловых системах принципа распределения данных по каталогам. Называться, кстати, они могут по-разному. В Windows каталоги именуются папками, в Linux - в основном так же. Но традиционное, используемое в течение многих лет название каталогов в этой ОС - "директории". Как и в предшествующих Windows и Linux ОС - DOS, Unix.

В среде IT-специалистов нет однозначного мнения касательно того, считать ли файл структурным элементом соответствующей системы. Те, кто полагает, что это не совсем корректно, аргументируют свою точку зрения тем, что система вполне может существовать и без файлов. Пусть это с практической точки зрения и бесполезное явление. Даже если на диске никаких файлов не записано, соответствующая система все равно может присутствовать. Как правило, магнитные носители, продаваемые в магазинах, не содержат каких-либо файлов. Но на них уже присутствует соответствующая система. Согласно другой точке зрения, файлы нужно считать неотъемлемой составляющей систем, которыми они управляются. Почему? А потому, что, как считают эксперты, алгоритмы их задействования адаптированы прежде всего под работу именно с файлами в рамках тех или иных стандартов. Ни для чего другого рассматриваемые системы не предназначены.

Еще один элемент, присутствующий в большинстве файловых систем - Он представляет собой область данных, содержащих сведения о размещении конкретного файла в определенном месте. То есть разместить ярлык можно в одном месте диска, однако при этом возможно обеспечение доступа к нужной области данных, которая располагается в другой части носителя. Считать, что ярлыки - это полноценные объекты файловой системы, можно, если условиться, что таковыми являются также и файлы.

Так или иначе не будет ошибкой сказать, что все три типа данных - файлы, ярлыки и каталоги - являются элементами соответствующих систем. По крайней мере, этот тезис будет соответствовать одной из распространенных точек зрения. Важнейший аспект, характеризующий то, как работает файловая система - это принципы именования файлов и каталогов.

Имена файлов и каталогов в разных системах

Если условиться, что файлы - это все же составные элементы соответствующих им систем, то стоит рассмотреть их базовую структуру. Что можно отметить в первую очередь? Для удобства организации доступа к ним в большинстве современных систем управления данными предусмотрена двухуровневая структура именования файлов. Первый уровень - это название. Второй - расширение. Возьмем для примера музыкальный файл Dance.mp3. Dance - это название. Mp3 - расширение. Первое призвано раскрывать для пользователя суть содержания файла (а для программы быть ориентиром для быстрого доступа). Второе обозначает тип файла. Если он Mp3, то нетрудно догадаться, что речь идет о музыке. Файлы с расширением Doc - это, как правило, документы, Jpg - картинки, Html - веб-страницы.

Каталоги, в свою очередь, имеют одноуровневую структуру. У них есть только название, расширения нет. Если говорить о различиях между разными видами систем управления данными, то первое, на что следует обратить внимание - это как раз-таки реализуемые в них принципы именования файлов и каталогов. Касательно ОС Windows специфика следующая. В самой популярной в мире операционной системе файлы могут иметь название на любом языке. Максимальная длина, правда, при этом ограничена. Конкретный ее интервал зависит от используемой системы управления данными. Обычно это значения в пределах 200-260 символов.

Общее правило для всех ОС и соответствующих им систем управления данными - в одном каталоге не могут находиться файлы с одинаковыми наименованиями. В Linux при этом присутствует некая "либерализация" этого правила. В одном каталоге могут быть файлы с одинаковыми буквами, но в разном регистре. Например, Dance.mp3 и DANCE.mp3. В ОС Windows это невозможно. Эти же правила установлены также и в аспекте размещения каталогов внутри других.

Адресация файлов и каталогов

Адресация файлов и каталогов - важнейший элемент соответствующей системы. В ОС Windows ее пользовательский формат может выглядеть так: C:/Documents/Music/ - это доступ к каталогу Music. Если нас интересует какой-то конкретный файл, то адрес может выглядеть так: C:/Documents/Music/Dance.mp3. Почему "пользовательский"? Дело в том, что на уровне программно-аппаратного взаимодействия компонентов компьютера структура доступа к файлам гораздо более сложная. Файловая система определяет местоположение файловых блоков и взаимодействует с ОС по большей части в рамках скрытых от пользователя операций. Однако у пользователя ПК крайне редко возникает необходимость пользоваться иными форматами "адресов". Практически всегда доступ к файлам осуществляется в указанном стандарте.

Сравнение файловых систем для Windows

Мы изучили общие принципы функционирования файловых систем. Рассмотрим теперь особенности самых распространенных их видов. В Windows чаще всего используются такие файловые системы, как FAT, FAT32, NTFS, а также exFAT. Первая в этом ряду считается устаревшей. Она, вместе с тем, долгое время была неким флагманом индустрии, но по мере роста технологичности ПК ее возможности перестали удовлетворять запросам пользователей и потребностям в ресурсах со стороны программного обеспечения.

Призванная заменить FAT файловая система - это FAT32. Как считают многие IT-эксперты, сейчас она самая популярная, если говорить о рынке ПК под управлением Windows. Она чаще всего используется при хранении файлов на жестких дисках и флешках. Также можно отметить, что эта система управления данными достаточно регулярно используется в модулях памяти различных цифровых устройств - телефонах, фотоаппаратах. Основное преимущество FAT32, которое выделяют IT-эксперты, таким образом, Несмотря на то что создана была данная файловая система компанией Microsoft, работать с данными в рамках заложенных в ней алгоритмов могут большинство современных ОС, включая те, что инсталлированы на указанные типы цифровой техники.

Есть у системы FAT32 и ряд недостатков. Прежде всего можно отметить ограничение на размер одного взятого файла - он не может быть больше 4 Гб. Также в системе FAT32 нельзя встроенными средствами Windows задать логический диск, размер которого был бы больше 32 Гб. Но это можно сделать, установив дополнительное специализированное ПО.

Другая популярная система управления файлами, что разработана Microsoft - это NTFS. Как считают некоторые IT-эксперты, по большинству параметров она превосходит FAT32. Но этот тезис справедлив, если речь идет о работе компьютера под управлением Windows. Система NTFS не настолько универсальна, как FAT32. Особенности ее функционирования делают использование данной файловой системы не всегда комфортным, в частности, в мобильных устройствах. Одно из ключевых преимуществ NFTS - надежность. Например, в тех случаях, когда у жесткого диска внезапно отключается питание, вероятность того, что файлы повредятся, сводится к минимуму, благодаря предусмотренным в NTFS алгоритмам дублирования доступа к данным.

Одна из новейших файловых систем от Microsoft - exFAT. Наилучшим образом она адаптирована для флешек. Базовые принципы работы в ней те же, что и в FAT32, но присутствует также и значимая модернизация в некоторых аспектах: например, нет никаких ограничений по размеру единичного файла. Вместе с тем система exFAT, как отмечают многие IT-эксперты, в числе тех, что обладают низкой универсальностью. На компьютерах под управлением ОС, отличных от Windows, работа с файлами при использовании exFAT может быть затруднена. Более того, даже в некоторых версиях самой Windows, таких как XP, данные на дисках, отформатированных по алгоритмам exFAT, могут не читаться. Потребуется установка дополнительного драйвера.

Отметим, что по причине задействования достаточно широкого спектра файловых систем в ОС Windows у пользователя могут возникать периодические сложности в аспекте совместимости различных устройств с компьютером. В ряде случаев, например, требуется установить драйвер файловой системы WPD (Windows Portable Devices - технологии, используемой при работе с переносными устройствами). Иногда его может не оказаться под рукой у пользователя, вследствие чего внешний носитель ОС может не распознать. Файловая система WPD может потребовать дополнительных программных средств адаптации к операционной среде на конкретном компьютере. В ряде случаев пользователь будет вынужден обращаться к IT-специалистам для решения проблемы.

Как определить, какая именно файловая система - exFAT или NTFS, а может быть, FAT32 - оптимальна для использования в конкретных случаях? Рекомендации IT-специалистов в целом следующие. Можно задействовать два основных подхода. Согласно первому следует разграничивать типичные файловые системы жестких дисков, а также те, что лучше адаптированы к флеш-накопителям. FAT и FAT32, как считают многие специалисты, лучше подходят для "флешек", NTFS - для винчестеров (в силу технологических особенностей работы с данными).

В рамках второго подхода значение имеет величина носителя. Если речь идет об использовании сравнительно небольшого объема диска или флешки, отформатировать их можно в системе FAT32. Если диск большего размера, то можно попробовать exFAT. Но только в том случае, если не предполагается использование носителей на других компьютерах, особенно тех, где стоят не самые свежие версии Windows. Если речь идет о больших жестких дисках, в том числе и внешних, то их целесообразно форматировать в NTFS. Примерно таковы критерии, по которым может быть выбрана оптимальная файловая система - exFAT или NTFS, FAT32. То есть использовать какую-либо из них следует, учитывая размер носителя, его тип, а также версию ОС, на котором накопитель преимущественно используется.

Файловые системы для Mac

Другая популярная программно-аппаратная платформа на мировом рынке компьютерной техники - Macintosh от Apple. ПК данной линейки работают под управлением операционной системы Mac OS. Каковы особенности организации работы с файлами в компьютерах Mac? В самых современных ПК от Apple используется файловая система Mac OS Extended. Ранее в компьютерах Mac работа с данными управлялась в соответствии со стандартами HFS.

Главное, что можно отметить в аспекте ее характеристик: на диске, которым управляет файловая система Mac OS Extended, могут размещаться файлы очень большого объема - речь может идти о нескольких миллионах терабайт.

Файловая система в Android-устройствах

Самая популярная ОС для мобильных устройств - виде электронной техники, не уступающей по популярности ПК, - это Android. Каким образом осуществляется управление файлами на девайсах соответствующего типа? Отметим прежде всего, что данная операционная система - фактически "мобильная" адаптация ОС Linux, которая, благодаря открытому программному коду, может быть модифицирована с перспективой использования на самом широком спектре устройств. Поэтому управление файлами в мобильных девайсах под управлением Android осуществляется в целом по тем же принципам, что и в Linux. Некоторые из них мы отметили выше. В частности, управление файлами в Linux осуществляется без деления носителя на логические диски, как это происходит в Windows. Что еще интересного заключает в себе файловая система Android?

Корневым каталогом в Android, как правило, выступает область данных, именуемая /mnt. Соответственно, адрес нужного файла может выглядеть примерно так: /mnt/sd/photo.jpg. Кроме того, есть еще одна особенность системы управления данными, что реализована в данной мобильной ОС. Дело в том, что флеш-память девайса, как правило, классифицирована на несколько разделов, таких как, например, System или Data. При этом, изначально заданный размер каждого из них изменить нельзя. Приблизительную аналогию касательно данного технологического аспекта можно обнаружить, вспомнив, что нельзя (если не использовать специального ПО) менять размер логических дисков в Windows. Он должен быть фиксированным.

Еще одна интересная особенность организации работы с файлами в Android - соответствующая операционная система, как правило, записывает новые данные в конкретную область диска - Data. Работа, к примеру, с разделом System при этом не осуществляется. Поэтому, когда пользователь задействует функцию сброса программных настроек смартфона или планшета до уровня "заводских", то на практике это означает, что те файлы, что записаны в область Data, попросту стираются. Раздел System же, как правило, остается неизменным. Более того, какие-либо корректировки содержимого в System пользователь, не обладая специализированным ПО, осуществлять не может. Процедура, связанная с обновлением системной области носителя в Android-устройстве, называется перепрошивкой. Это не форматирование, хотя обе операции часто осуществляются одновременно. Как правило, перепрошивка применяется с целью установки на мобильное устройство более новой версии ОС Android.

Таким образом, ключевые принципы, на базе которых работает файловая система Android - отсутствие логических дисков, а также жесткое разграничение доступа к системным и пользовательским данным. Нельзя сказать, что данный подход принципиально отличается от того, что реализован в Windows, однако, как считают многие IT-эксперты, в ОС от Microsoft для пользователей присутствует несколько большая свобода в работе с файлами. Впрочем, как полагают некоторые специалисты, это нельзя считать однозначным преимуществом Windows. "Либеральный" режим в аспекте управления файлами задействуют, конечно же, не только пользователи, но и компьютерные вирусы, к которым Windows очень восприимчива (в отличие от Linux и ее "мобильной" реализации в виде Android). В этом, как считают эксперты, заключается одна из причин того, что вирусов для Android-устройств столь немного - чисто с технологической точки зрения они не могут в полной мере функционировать в операционной среде, работающей по принципам строгого контроля доступа к файлам.

Одной из компонент ОС является файловая система – основное хранилище системной и пользовательской информации. Все современные ОС работают с одной или несколькими файловыми системами, например, FAT (File Allocation Table), NTFS (NT File System), HPFS (High Performance File System), NFS (Network File System), AFS (Andrew File System), Internet File System.

Файловая система – это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися во внешней памяти, и обеспечить совместное использование файлов несколькими пользователями и процессами.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

Совокупность всех файлов на диске;

Наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске;

Комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Файловая система используется обычно как при загрузке ОС после включения компьютера, так и в процессе работы. Файловая система выполняет следующие основные функции:

Определяет возможные способы организации файлов и файловой структуры на носителе;

Реализует методы доступа к содержимому файлов и предоставляет средства работы с файлами и файловой структурой. При этом доступ к данным может быть организован файловой системой как по именам, так и по адресам (номер сектора, поверхности и дорожки носителя);

Отслеживает свободное пространство на носителе.

Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жестком диске или блоке флэш-памяти) он записан. Все, что знает программа – это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы, весь диск представляет собой набор кластеров (участков памяти) размером от 512 байт и больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные. Чтобы ясно представлять, как же хранятся данные на дисках, и как ОС обеспечивает доступ к ним необходимо представлять, хотя бы в общем виде логическую структуру диска.

3.1.5 Логическая структура диска

Для того чтобы компьютер мог хранить, читать и записывать информацию жесткий диск предварительно должен быть размечен. На нем с помощью соответствующих программ создаются разделы – это и называется "разбить жесткий диск". Без этой разметки на жесткий диск не удастся установить операционную систему (хотя Windows XP и 2000 могут устанавливаться на неразбитый диск, но они такую разметку проводят сами в процессе установки).

Жесткий диск можно разбить на несколько разделов, каждый из которых будет использоваться автономно. Для чего это надо? Один диск может содержать несколько различных операционных систем, расположенных в разных разделах. Внутренняя структура раздела, выделенного какой-либо ОС, полностью определяется этой операционной системой.

Кроме того, существуют и другие причины разбиения диска на разделы, например:

Возможность использования под управлением MS DOS дисков с емкостью большей, чем
32 Мб;

В случае повреждения диска, пропадает только та информация, которая находилась на этом диске;

Реорганизация и выгрузка диска маленького размера проще и быстрее, чем большого;

Каждому пользователю можно выделить свой логический диск.

Операция подготовки диска к работе называется форматированием , или инициализацией . Всё доступное дисковое пространства разбивается на стороны, дорожки и сектора, причем дорожки и стороны нумеруются с нуля, а сектора – с единицы. Совокупность дорожек, находящихся на одинаковом удалении от оси диска или пакета дисков, называется цилиндром. Таким образом физический адрес сектора определяется следующими координатами: номер дорожки (цилиндра – С), номер стороны диска (головки – H), номера сектора – R, т.е. CHR.

В самом первом секторе жесткого диска (C=0, H=0, R=1) содержится главная загрузочная запись – Master Boot Record . Эта запись занимает не весь сектор, а только его начальную часть. Главная загрузочная запись является программой – внесистемным загрузчиком.

В конце первого сектора жесткого диска располагается таблица разделов диска – Partition Table . Эта таблица содержит четыре строки, описывающих максимально четыре раздела. Каждая строка в таблице описывает один раздел:

1) активный раздел или нет;

2) номер сектора, соответствующего началу раздела;

3) номер сектора, соответствующего концу раздела;

4) размер раздела в секторах;

5) код операционной системы, т.е. какой ОС принадлежит данный раздел.

Раздел называется активным, если он содержит программу загрузки операционной системы. Первым байтом в элементе раздела идет флаг активности раздела (0 – не активен, 128 (80H) – активен). Он служит для определения, является ли раздел системным (загрузочным), и для необходимости производить загрузку операционной системы с него при старте компьютера. Активным может быть только один раздел. Небольшие программы, называемые менеджерами загрузки (Boot Manager), могут располагаться в первых секторах диска. Они интерактивно запрашивают пользователя, с какого раздела производить загрузку и соответственно корректируют флаги активности разделов. Поскольку в Partition Table четыре строки, то на диске может быть до четырех различных ОС, следовательно, диск может содержать несколько первичных разделов, принадлежащих разным операционным системам.

Пример логической структуры жесткого диска, состоящего из трех разделов, два из которых принадлежат DOS, а один принадлежит UNIX, приведен на рисунке 3.2а.

Каждый активный раздел имеет свою загрузочную запись – программу, которая осуществляет загрузку данной ОС.

На практике диск разбивается чаще всего на два раздела. Размеры разделов, объявление их активными или нет, устанавливаются пользователем в процессе подготовки жесткого диска к работе. Делается это с помощью специальных программ. В DOS эта программа называется FDISK, в версиях Windows-XX – Diskadministrator.

В DOS первичный раздел – Primary Partition , это тот раздел, который содержит загрузчик операционной системы и саму ОС. Таким образом, первичный раздел является активным разделом, используется как логический диск с именем C:.

Операционная система WINDOWS (а именно WINDOWS 2000) изменила терминологию: активный раздел называется системным, а загрузочным называется логический диск, который содержит системные файлы WINDOWS. Загрузочный логический диск может совпадать с системным разделом, но может находиться в другом разделе того же жесткого диска или на другом жестком диске.

Расширенный раздел Extended Partition может разбиваться на несколько логических дисков с именами от D: до Z:.

На рисунке 3.2б представлена логическая структура жесткого диска, в котором всего два раздела и четыре логических диска.

Файловая система определяет способ организации данных на диске и принципы хранения данных на физическом носителе. Например, как должны сохраняться данные файла, какая информация (например, имя, дата создания и т.п.) о файле должна храниться и каким образом. Формат хранения данных определяет основные характеристики файловой системы.

Объясните, каким образом размещается и передается информация на магнитных дисках.

Информация на магнитных дисках размещается и передается блоками. Каждый сектор состоит из поля данных и поля служебной информации, ограничивающей и идентифицирующей его. Размер сектора (объем поля данных) устанавливается контроллером или драйвером.

Дайте определение термину «сектор» и поясните из каких элементов он состоит.

Каждый блок называется сектором и располагается на концентрических дорожках поверхности диска.

Дайте определение термину «цилиндр».

Группа дорожек одного радиуса, расположенных на поверхностях магнитных дисков, образуют цилиндры .

Как определяется физический адрес сектора?

Физический адрес сектора на диске определяется с помощью трех «координат»:

Номер цилиндра;

Номер рабочей поверхности диска;

Номер сектора на дорожке.

Как осуществляется обмен между ОЗУ и дисками?

Обмен информацией между оперативно запоминающим устройством и дисками физически осуществляется только секторами.

Определите типы разделов и их использование.

Диск может быть разбит на несколько разделов, которые могут использоваться как одной операционной системой, так и несколькими. На каждом разделе может быть организована своя файловая система. Для организации хотя бы одной файловой системы должен быть определен, по крайней мере, один раздел. Разделы могут быть двух типов:

Первичный раздел;

Расширенный раздел.

Максимальное число первичных разделов – четыре, но обязательно должен быть хотя бы один. Если первичных разделов больше одного, то один должен быть активным, в нем находится загрузчик операционной системы. На одном диске может быть только один расширенный раздел, который в свою очередь может содержать большое количество подразделов – логических дисков.

9. С какими файловыми системами поддерживает работу операционная система Windows XP ?

Операционная система Windows XP поддерживает работу со следующими файловыми системами:

- FAT (File Allocation Table ) – файловая система, разработанная для MS-DOS и являющаяся основной для Windows 3.x и 9x . Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают три разновидности FAT : FAT12 , FAT16 и FAT32 . Первые две обеспечивают совместимость со старыми операционными системами Microsoft . Кроме того, FAT12 используется как формат хранения данных на гибких дисках. FAT 32 – модифицированная версия FAT , используемая в Windows 95 OSR2 , Windows 98 и Windows Millennium .

- NTFS (Windows NT file system ) – файловая система, разработанная специально для Windows NT и унаследованная Windows 2000 , Windows XP , Windows 2003 .

- CDFS (Compact Disk File System ) – файловая система компакт-дисков.

- UDF (Universal Disk Format ) – универсальный формат дисков, используемый современными магнитооптическими накопителями и технологией DVD .

DFS (Distributed File System ) – распределенная файловая система.

10. В каком элементе архитектуры операционной системы Windows XP реализуется возможность поддержки различных файловых систем?

Возможность поддержки различных файловых систем в линейке современных операционных систем семейства Windows заложена в архитектуре системы ввода-вывода, которая отвечает за обработку запросов ввода-вывода и выполняет следующие задачи:

Обеспечение работы сверхпроизводительных операций ввода-вывода;

Возможность использования асинхронного ввода-вывода;

Поддержка нескольких файловых систем;

Модульная архитектура, с возможностью добавления новых файловых систем и устройств;

Предоставление расширенных возможностей, например кэширования;

Защита совместно используемых ресурсов.

11. Что собой представляет FAT ?

Аббревиатура FAT (File Allocation Table ) означает «таблица размещения файлов». Этот термин относится к линейной табличной структуре со сведениями о файлах – именами файлов, их атрибутами и другими данными, определяющими местоположение файлов или их фрагментов в среде FAТ . Элемент FAТ определяет фактическую область диска, в котором хранится начало физического файла.

12. Что определяет элемент FAT (перечислите области логического дискового пространства и дайте им определение)?

В файловой системе FAT логическое дисковое пространство любого логического диска состоит из двух областей:

- системная область – создается при форматировании диска и обновляется при манипулировании файловой структурой;

- область данных – содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому каталогу, доступна через пользовательский интерфейс.

Из каких элементов создается системная область диска и как она создается?

Системная область состоит из следующих компонентов:

Загрузочной записи;

Зарезервированных секторов;

Таблицы размещения файлов (FAT );

Корневого каталога.

создается при форматировании диска.

Дайте определение термину «кластер».

Кластер – минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу или некорневому каталогу. Например, в FAT16 размер кластера составляет 32 кбайт. Файл или каталог занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью, что приведет к заметной потере дискового пространства при большом размере кластера.

Чем отличается корневой каталог от обычного каталога?

Корневой каталог отличается от обычного каталога тем, что он размещается в фиксированном месте логического диска и имеет фиксированное число элементов. Структура системы файлов является иерархической. Файлам присваиваются первые доступные адреса кластеров в томе. Номер начального кластера файла представляет собой адрес первого кластера, занятого файлом, в таблице размещения файлов. Каждый кластер содержит указатель на следующий кластер, использованный файлом, или индикатор (OxFFFF ), указывающий, что данный кластер является последним кластером файла.

Перечислить атрибуты файла.

Файлы на дисках имеют 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем: Archive (архивный), System (системный), Hidden (скрытый) и Read-only (только чтение).

17. Перечислите отличие FAT 12 от FAT 16.

В название каждой версии FAT входит число, которое указывает разрядность, применяемую для идентификации кластеров на диске. Двенадцатиразрядный идентификатор кластеров в FAT12 ограничивает размер дискового раздела 212 (4096) кластерами. В Windows используются кластеры размером от 512 байт до 8 Кб, так что размер тома FAT12 ограничен 32 Мб. Поэтому Windows использует FAT12 как формат 5,25 и 3,5-дюймовых дискет, способных хранить до 1,44 Мб данных. FAT16 за счет 16-разрядных идентификаторов кластеров может адресовать до 216 (65536) кластеров. В Windows размер кластера FAT16 варьируется от 512 байт до 64 Кб, поэтому размер тома FАТ16 ограничен 4 Гб. Размер кластеров, используемых Windows , зависит от размера тома.

18. Перечислите отличие FAT 16 от FAT 32.

Файловая система FAT32 обеспечивает оптимальный доступ к жестким дискам, CD-ROM и сетевым ресурсам, повышая скорость и производительность всех операций ввода/вывода. FAТ32 представляет собой усовершенствованную версию FAT , предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайта. Размер кластера в FAТ32 равен 4 кбайт. FAТ32 является полностью независимой 32-разрядной файловой системой и содержит многочисленные усовершенствования и дополнения по сравнению с FAT16 . Принципиальное отличие FAТ32 заключается в более эффективном использовании дискового пространства за счет использования кластеров меньшего размера, что приводит к экономии дискового пространства. FAТ32 может перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT вместо стандартной. Расширенная загрузочная запись FAТ32 позволяет создавать копии критических структур данных, что повышает устойчивость дисков к нарушениям структуры FAT по сравнению с предыдущими версиями. Корневой каталог представляет собой обычную цепочку кластеров, поэтому может находиться в произвольном месте диска, что снимает ограничение на размер корневого каталога.

19. В каких случаях используется файловая система FAT 32?

FAT32 использует 32 -разрядные идентификаторы кластеров, но при этом резервирует старшие 4 бита, так что эффективный размер идентификатора кластера составляет 28 бит. Поскольку максимальный размер кластеров FAT32 равен 32 Кб, теоретически FAT32 может работать с 8 -терабайтными томами. Однако реализация FAT32 в Windows XP / Windows 2003 не позволяет создавать тома, превышающие 32 Гб, хотя операционная система может задействовать существующие тома FAT32 любого размера. Файловая система FAT не обеспечивает функций защиты данных и автоматического восстановления. Поэтому она используется, только если альтернативной системой на компьютере является MS-DOS или Windows 95/98 , а также для передачи данных на гибких дисках.

20. Перечислите отличие NTFS от FAT 32.

Она обладает характеристиками защищенности, поддерживая контроль доступа к данным и привилегии владельца, играющие важную роль в обеспечении целостности конфиденциальных данных. Папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они общими или нет. Если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS в раздел или на том FAT , все права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие NTFS , будут утрачены.

21. Определите термин «NTFS ».

Аббревиатура NTFS (New Technology File System ) означает новая технология файловой системы. NTFS является наиболее надежной системой специально разработанной для Windows NT и усовершенствованной в более поздних версиях Windows .

22. Определите важнейшее свойство файловой системы NTFS . Как это свойство реализуется.

Одно из важнейших свойств NTFS – самовосстановление. При неожиданном сбое системы информация о структуре папок и файлов на томе FAT может быть утеряна. NTFS протоколирует все вносимые изменения, что позволяет избежать разрушения данных о структуре тома (в некоторых случаях данные файлов могут быть утеряны).

23. Перечислите дополнительные возможности NTFS по сравнению с FAT 32.

Способность самовосстановления и поддержка целостности реализуется за счет использования протокола выполняемых действий и ряда других механизмов. NTFS рассматривает каждую операцию, модифицирующую системные файлы на NTFS -томах, как транзакцию и сохраняет информацию о такой транзакции в протоколе. Начатая транзакция может быть либо полностью завершена (commit ), либо откатывается (rollback ). В последнем случае NTFS -том возвращается в состояние, предшествующее началу транзакции. Для того чтобы управлять транзакциями, NTFS записывает все операции, входящие в транзакцию, в файл протокола, перед тем как осуществить запись на диск. После того как транзакция завершена, все операции выполняются. Таким образом, под управлением NTFS не может быть незавершенных операций. В случае дисковых сбоев незавершенные операции отменяются.

Под управлением NTFS также выполняются операции, позволяющие определять дефектные кластеры и отводить новые кластеры для файловых операций. Этот механизм называется cluster remapping . NTFS , по сравнению с FAT , поддерживает ряд дополнительных возможностей, основные из них:

Защита файлов и каталогов;

Сжатие файлов;

Поддержка многопоточных файлов;

Отслеживание связей;

Дисковые квоты;

Шифрование;

Точки повторной обработки;

Точки соединения;

Теневые копии.

24. Каким образом реализуется защита файлов в NTFS ?

Защита файлов и папок . Структурой NTFS предусмотрено хранение для каждого файла и каждой папки специального блока безопасности, который содержит следующую информацию:

Идентификатор (имя) пользователя, создавшего файл;

Список контроля доступа, в котором перечислены разрешения доступа к файлу или папке для пользователей и групп;

Системный список контроля доступа, в котором перечислено, какие действия (например, чтение, запись и т.п.) для каких пользователей и групп необходимо фиксировать в журнале аудита.

Это позволяет операционной системе: обеспечивать разграничение доступа к файлам и папкам и фиксировать действия, выполняемые пользователями над объектами. Поскольку на томах FAT подобная информация не хранится, то защита файлов и папок на них не осуществляется.

25. Каким образом обеспечивается сжатие файлов и каталогов в NTFS ?

Сжатие файлов и каталогов . NTFS обеспечивает динамическое сжатие файлов и каталогов. Сжатие является атрибутом файла или каталога, который можно снять или установить. Сжатие возможно только на разделах, размер блока которых не превышает 4096 байтов. Если каталог имеет атрибут сжатый (compressed ), все файлы, копируемые в него, тоже получат этот атрибут. Производительность компьютера при использовании сжатых файлов возрастает до 50% в зависимости от типа хранимых данных. Такой результат достигается за счет повышения загрузки процессора в 3-5 раз. Однако на больших (более 4Гб) разделах и на отказоустойчивых томах производительность заметно снижается. Поэтому рекомендуется использовать функцию сжатия на небольших томах в компьютерах с быстрыми процессорами или в многопроцессорных системах.

26. Объясните значение понятия «многопоточные файлы» в NTFS .

Многопоточные файлы . Например, нужно иметь две версии текста контракта: одну на русском, другую на языке, приемлемом для фирмы. Можно создать несколько разных версий файлов и пересылать их вместе, но удобнее использовать специальную версию текстового процессора, в меню которого можно указать желаемый язык документа, и он будет извлечен из одного общего файла. Для реализации такой функциональности применяются именованные потоки NTFS . При создании нового файла (например, текстовым редактором), данные по умолчанию заносятся в неименованный поток файла.

Однако у того же файла могут быть и именованные потоки, которые записываются следующим образом: файл.txt: первый поток ; файл.txt: второй поток ; файл.txt: третий поток . В каждый из этих потоков заносится своя информация. Именованные потоки используются только на NTFS . При копировании многопоточного файла на диск, отформатированный под FAT , операционная система предупредит о потере данных; при копировании посредством командной строки скопирован будет только неименованный поток и система не предупредит о потере данных.

27. Объясните назначение службы отслеживания связей в NTFS .

Отслеживание связей . Ярлыки играют важную роль организации доступа пользователя к программам и файлам. Однако они имеют и недостатки, одним из которых является нарушение связи между ярлыком и соответствующим ему ресурсом, если ресурс переносится в другое место или переименовывается. В Windows XP / Windows 2003 работает служба отслеживания изменившихся связей (Distributed Link Tracking ), позволившая приложениям находить ресурс, соответствующий данному ярлыку, и связи OLE даже в случае, если этот ресурс был переименован или перенесен в другое место дерева папок. Каждая связь состоит из двух частей – клиента и источника . Например, если документ Word содержит связь OLE с электронной таблицей Excel , сам документ является клиентом связи, а электронная таблица – источником связи. Служба отслеживания восстанавливает разрушенную связь в случаях, если:

Источник связи был переименован;

Источник связи был перемещен с одного тома NTFS 5.0 на другой в пределах одного компьютера;

Источник связи был перемешен с тома NTFS 5.0 одного компьютера на том NTFS 5.0 другого компьютера;

Том NTFS 5.0 с источником связи был физически перемещен с одного компьютера на другой компьютер в пределах одного домена;

Компьютер, на котором находится том NTFS 5.0 с источником связи, был переименован, но остался в том же домене;

Изменилось имя общего ресурса, где находится файл-источник связи, и образовалась любая комбинация описанных выше случаев.

Отслеживаются только источники связей, находящиеся на томах NTFS 5.0 . Если источник перемещен в другую файловую систему, то попытки отследить изменившуюся связь будут предприняты, но вероятность успешного результата мала. Если источник опять будет перенесен в NTFS 5.0 , связь будет восстановлена. В текущей версии NTFS 5.0 во время работы службы отслеживания связей, тома NTFS 5.0 не могут быть блокированы. Поэтому для них нельзя выполнить такие операции, как форматирование или запуск утилиты chkdsk /f . Выполнять подобные операции можно только после остановки работы службы отслеживания связей.

28. Объясните значение понятия «квоты дискового пространства» в NTFS .

Квоты дискового пространства . В случае одновременной работы нескольких пользователей возникают ситуации учета дискового пространства, занятого их файлами. Ситуация разрешается с помощью введения квот на дисковое пространство, доступное для работы каждому пользователю. Администратор может квотировать дисковое пространство по каждому тому и для каждого пользователя. (Нельзя задать квоту для подкаталога или для группы.). Windows учитывает пространство, занимаемое файлами, владельцем которых является контролируемый пользователь: если пользователь владеет файлом, размер последнего добавляется к общей сумме занимаемого пользователем дискового пространства. Поскольку квотирование выполняется по каждому тому, то не имеет значение, находятся ли тома на одном физическом диске или на различных устройствах. После установки квот дискового пространства пользователь может хранить на томе ограниченный объем данных, в то время как на этом томе может оставаться свободное пространство. Если пользователь превышает выданную ему квоту, в журнал событий вносится соответствующая запись. Затем, в зависимости от конфигурации системы, пользователь либо сможет записать информацию на том (более мягкий режим), либо ему будет отказано в записи из-за отсутствия свободного пространства. Устанавливать и просматривать квоты на диске можно только в разделе с NTFS 5.0 и при наличии необходимых полномочий (задаваемых с помощью локальных или доменных групповых политик) у пользователя, устанавливающего квоты.

29. Объясните значение понятия «точки повторной обработки» в NTFS .

Точки повторной обработки (reparse points ). Точки позволяют выполнять при открытии папки или файла заранее созданный программный код. Точка повторной обработки – это контролируемый системой атрибут, который может быть ассоциирован с папкой или файлом. Значением атрибута являются задаваемые пользователем данные, максимальный размер которых может достигать 16 Кбайт. Они представляют собой 32-разрядный ярлык (определяемый Microsoft ), указывающий, какой фильтр файловой системы должен быть извещен о попытке получения доступа к данной папке или файлу. Фильтр выполняет заранее определенный код, предназначенный для управления процессом доступа. Поскольку размер данных атрибута точки повторной обработки может достигать 16 Кбайт, помимо ярлыка в атрибуте можно сохранить информацию, имеющую значение для соответствующего фильтра. Фильтр файловой системы может полностью изменить способ отображения данных файла. Поэтому фильтры устанавливаются только администраторами системы. Если по каким-либо причинам система не может найти фильтр, соответствующий определенному ярлыку повторной обработки, доступ к папке или файлу не будет предоставлен, однако они могут быть удалены. Точки повторной обработки используются при создании соединений папок NTFS , позволяющих перенаправлять запрос к папке или файлу в другое место файловой системы.

30. Каким образом реализуется шифрование файлов в NTFS ?

Шифрование данных . Шифрование обеспечивается дополнительным компонентом операционной системы «Шифрованной файловой системой » (Encrypted File System, EFS ), который представляет собой серьезный механизмом защиты данных, поскольку зашифрованные данные могут быть доступны только пользователю, имеющему специальный ключ для расшифровки. EFS обеспечивает следующие функции:

Прозрачное шифрование – шифрование/расшифровка происходят прозрачно при чтении или записи файла на диск и не требуют от владельца файла расшифровывать/зашифровывать файл при каждом к нему обращении;

Защита ключей шифрования – в EFS ключи, используемые для шифрования файла, зашифрованы наиболее эффективным открытым ключом сертификата пользователя (стандарт Х.509 v3 ), который хранится вместе со списком зашифрованных уникальных ключей, использованных для шифрования файла; для расшифровки этих ключей владелец файла использует свой закрытый ключ;

Восстановление данных – если закрытый ключ владельца не доступен, агент восстановления откроет файл своим закрытым ключом; в системе может быть несколько агентов восстановления, каждый со своим открытым ключом, но для восстановления файла, при его шифровании должен существовать и использоваться минимум один открытый ключ восстановления;

Безопасные временные и страничные файлы – в связи с тем, что многие приложения в процессе редактирования документов создают временные файлы.

31. Перечислите функции системы EFS в NTFS .

Система EFS шифрует временные копии зашифрованного файла; EFS располагается в ядре операционной системы Windows и хранит ключи шифрования в невыгружаемом пуле, что позволяет предотвратить их копирование в страничный файл.

32. Объясните значение понятия «теневые копии» в NTFS .

Служба теневого копирования реализуется только на томах NTFS -формата и позволяет создавать копии томов по расписанию, она создает мгновенные снимки состояния томов, обеспечивая архивацию файлов. Благодаря такой технологии пользователь быстро восстанавливать удаленные файлы или старые версии файлов.

33. Что произойдет, если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS в раздел или на том FAT ?

Windows XP содержит утилиту CONVERT.EXE , которая преобразует тома FAT или FAT32 в эквивалентные тома NTFS . Также преобразовать файловую систему в NTFS можно при установке Windows XP , положительно ответив на вопрос о преобразовании в процессе установки.

34. Определите назначение и ограничения файловой системы CDFS .

В Windows XP , Windows 2000 , Windows 2003 поддерживается файловая система компакт-дисков CDFS , выполненная по стандарту ISO 9660 . Файловая система CD-ROM (CDFS ) является относительно простым форматом, который был определен в 1988 году как стандарт форматирования только для чтения для носителей информации на CD-ROM . Поддержка CDFS была введена в Windows NT 4.0 . Реализация в Windows включает в себя поддержку длинного имени файла, определяемую Уровнем 2 стандарта Международной организации по стандартизации (ISO ) 9660. Файловая система CDFS (только для чтения), обслуживается драйвером \Windows \System32 \Drivers \Cdfs.sys , который поддерживает надмножества форматов ISO-9660 и Joliet . Если формат ISO-9660 сравнительно прост и имеет ряд ограничений, то формат Joliet более гибок и поддерживает Unicode -имена произвольной длины. Если на диске присутствуют структуры для обоих форматов (чтобы обеспечить максимальную совместимость), CDFS использует формат Joliet . Из-за своей простоты формат CDFS имеет ряд ограничений:

Длина имени каталога и файла должны быть меньше чем 32 символа;

Глубина дерева каталогов может быть не больше, чем восемь уровней;

Максимальная длина файлов не должна превышать 4 Гб;

Число каталогов не может превышать 65 535.

CDFS считается унаследованным форматом, поскольку индустрия уже приняла в качестве стандарта для носителей, предназначенных только для чтения, универсальный дисковый формат UDF (Universal Disk Format ).

35. Определите назначение и ограничения файловой системы UDF .

UDF – универсальный формат дисков представляет собой файловую систему, соответствующую стандарту Международной Организации по Стандартизации(ISO ) 13346 , предназначенную для доступа к DVD-ROM и CD-ROM . Универсальный дисковый формат (UDF ) определяется Ассоциацией по технологии оптического хранения данных (OSTA ). Он разработан, чтобы заменить CDFS и добавить поддержку устройств DVD-ROM . UDF включается в спецификации DVD и более гибок, чем формат CDFS . Поддержка формата UDF была введена в Windows 2000 и включала в себя поддержку только чтения дисков. Начиная с Windows XP , осуществляется поддержка чтения и записи данных на диск. В Windows XP /Windows 2003 включена собственная поддержка чтения-записи оптических дисков DVD-RAM и возможность чтения формата UDF 2.01 (Universal Disk Format ), включая DVD -диски и DVD -видео. Файловая система UDF имеет ниже перечисленные особенности:

Длина имени файла может быть до 254 символов в ASCII -кодировке или до 127 символов в Unicode -кодировке;

Имена файлов могут включать буквы как верхнего, так и нижнего регистра;

Файлы могут быть разреженными (sparse ); размеры файлов задаются 64-битными значениями;

Максимальная длина пути составляет 1023 символа.

Файловая система UDF в Windows является UDF -совместимой реализацией OSTA – подмножеством формата ISO-13346 с расширениями для поддержки CD-R , DVD-R/RW и т.д. Организации по Стандартизации определила UDF в 1995 году как формат магнитооптических носителей, главным образом DVD-ROM , предназначенный для замены формата ISO-9660 . Формат UDF включен в спецификацию DVD и более гибок, чем CDFS . Драйвер UDF (\Windows \System32 \Drivers \Udfs.sys ) поддерживает UDF версии 1.02 и 1.5 в Windows 2000 и версий 2.0 и 2. 01 в Windows XP и Windows Server 2003 .

36. Определите назначение и преимущества файловой системы DFS .

DFS (Distributed File System ) – распределенная файловая система, которая позволяет объединить серверы и предоставляемые в общее пользование ресурсы в более простое пространство имен. Файловые системы обеспечивают однородный поименованный доступ к набору секторов на дисках, а DFS – однородный поименованный доступ к набору серверов, совместно используемых ресурсов и файлов, организуя их в виде иерархической структуры. В свою очередь новый том DFS может быть иерархично подключен к другим совместно используемым ресурсам Windows . DFS позволяет объединить физические устройства хранения в логические элементы, что делает физическое расположение данных прозрачным как для пользователей, так и для приложений. Преимущества DFS :

Настраиваемый иерархический вид совместно используемых сетевых ресурсов. Связывая сетевые ресурсы, администраторы могут создавать единый иерархический том, представляемый в виде одного огромного жесткого диска. Пользователи могут создавать собственные тома DFS , которые в свою очередь могут быть включены в другие тома DFS . Такая технология называется DFS -связями.

Гибкое администрирование тома. Отдельные сетевые ресурсы, входящие в DFS , можно отключить, не воздействуя на оставшуюся часть, что позволяет администраторам управлять физическими компонентами ресурсов, не изменяя логического их представления для пользователей.

Графические средства администрирования. Каждым корнем DFS можно управлять простым графическим инструментом, позволяющим просматривать тома, изменять их конфигурацию, устанавливать DFS -связи и управлять удаленными корнями DFS .

Повышенная доступность данных. Несколько сетевых ресурсов, предоставленных в совместное использование только для чтения, можно объединить под одним логическим именем DFS . Если один из ресурсов становится недоступным, автоматически становится доступным альтернативный.

Балансировка нагрузки. Несколько сетевых ресурсов, предоставленных в совместное использование только для чтения, можно объединить под одним логическим именем DFS , предоставляя тем самым ограниченную балансировку нагрузки между дисками или серверами. При доступе к такому ресурсу пользователь автоматически перенаправляется на один из составляющих том DFS .

Прозрачность имен. Пользователи перемещаются по пространству имен, не задумываясь о физическом расположении данных. Данные физически могут быть перемещены на любой сервер, но последующее переконфигурирование DFS делает это перемещение незаметным для пользователя, так как он по-прежнему оперирует с существующим для него пространством имен DFS .

Интеграция с моделью безопасности Windows . Не требуется дополнительной работы по обеспечению безопасности. Любой пользователь, подключенный к тому DFS , имеет доступ к ресурсам, только если обладает необходимыми правами. При этом применяется модель безопасности Windows .

Интеграция клиента DFS с Windows XP Professional , Windows 2000 Professional и Windows 9х . Клиент DFS встроен в Windows NT Workstation , начиная с 4 версии. Эта дополнительная функциональность не влияет на требования клиента к памяти.

Интеллектуальное кэширование на клиентской части. В том DFS можно включить сотни тысяч совместно используемых ресурсов. На клиентской стороне не делается предположений о том, к какой части данных пользователю разрешен доступ. Поэтому при первом обращении к каталогу определенная информация кэшируется локально. При повторном обращении к той же информации задействуется часть, находящаяся в кэше, и повторного поиска ссылки не происходит, что позволяет заметно повысить производительность в больших иерархических сетях.

Взаимодействие с другими сетевыми файловыми системами. Любой том, к которому можно осуществить доступ через редиректор Windows , можно включить в пространство имен DFS . Такой доступ можно осуществлять либо через клиентские редиректоры , либо через шлюзы на сервере.

Файловая система – это совокупность средств и правил размещения и перемещения файлов на внешних носителях.

Поскольку файл – это набор данных, то файловая система – это система управления данными.

Расположение файлов на жестком диске

Жесткий диск разбивается на сектора. Емкость дорожки в пределах сектора обычно равна 512 байт.

Минимальной учетной единицей объема данных в файловой системе является кластер , состоящий из одного или нескольких смежных секторов. Файл на диске обязательно занимает целое число кластеров. Если в файле записан даже 1 байт данных, он все равно займет полный кластер.

Существуют файловые системы с фрагментированным и не фрагментированным расположением файла.

Не фрагментированное расположение файла

Файл располагается в смежных кластерах

Фрагментированное расположение файла

Файл может располагаться в несмежных кластерах.

В ФС с не фрагментированным расположением файла чтение/запись данных происходит быстрее, так как позиционирование магнитной головки диска производится лишь один раз – на первый кластер файла.

Система с фрагментированным расположение файла более рационально использует дисковое пространство, поскольку не всегда может найтись непрерывная область нужного размера, однако за это приходится расплачиваться скоростью чтения/записи данных, а также, что более неприятно, более быстрым износом механизма перемещения коромысла жесткого диска.

В служебных программах есть программа "Дефрагментация диска", перестраивающая фрагментированные файлы так, чтобы они занимали смежные кластеры.

Файловые системы ОС Windows являются системами с фрагментированным расположением файла.

Диски, папки, файлы. Логическая структура файловой системы

Системы учета файлов в современных файловых системах как правило строятся по иерархическому принципу: диск (устройство памяти) – папка – файл. Дискам (устройствам) в системе даются логические имена. Например, один физический жесткий диск обычно при форматировании разбивается на несколько логических с именами C, D, E..., устройство оптических дисков получает логическое имя F и т.д.

Папка может содержать папки и файлы. Данные хранятся только в файлах.

В папке не может находиться двух и более папок (файлов) с одинаковыми именами, однако папки (файлы) с одинаковыми именами могут находиться в разных папках.

Путь к файлу – это последовательность папок, в которых находится файл. Имена папок в пути к файлу разделяются символом "\" – "слэш".

Полное имя файла состоит из пути к файлу и собственно имени файла. Например:

D:\Факультет\Группа\Иванов\реферат.doc;

C:\WINDOWS\MEDIA\ringin.wav.

Так, в первом примере путь к файлу: D:\Факультет\Группа\Иванов, имя файла: реферат.doc.

23. Параметры файлов

К параметрам файлов относятся:

имя файла;

тип файла;

• дата создания;

  дата последнего изменения;

  атрибуты.

Имя файла служит для идентификации файла. В ОС Windows имя может содержать до 255 символов, в том числе символы русского алфавита, цифры, специальные символы (за исключением некоторых). Например:

Мой файл 25

Символы после последней точки образуют так называемое расширение имени и определяют тип файла. Расширение обычно присваивает та программа, с помощью которой создается файл. Например: .doc – присваивает MS Word;

Xls – присваивает Excel;

Bmp – присваивает графический редактор Paint.

Тип файла свидетельствует о характере хранимых данных. Например:

документ MS Word;

книга Excel;

растровый рисунок bmp;

звукозапись в формате mp3.

Операции над папками и файлами

Здесь мы имеем в виду только те операции, которые выполняются средствами файловой системы. А средства файловой системы работают с файлами как единым целым, не пытаясь воздействовать на их содержимое. Итак, это:

создание новой папки;

удаление папки (файла);

копирование папки (файла);

перемещение папки (файла);

переименование папки (файла).

Все операции, кроме операции создания, выполняются с помощью одних и тех же средств (средств файловой системы). Новые папки также создаются средствами файловой системы. Файлы же, как правило, создаются прикладными программами.

24.Компьютерным вирусом называется программа, предназначенная для выполнения разрушительных действий. Она может размножаться, внедряясь в другие прогр. во время запуска инфицированной программы на выполнение. Действия вирусов проявляются в следующем: сильно замедляется работа вычислительной системы, без видимой причины изменяются размеры, содерж. и кол-во файлов, уменьшается объем доступной оперативной

памяти, необычно функционирует клавиатура, форматируется диск без команды пользователя и др.

Саморазмножение – создание вирусом своих копий, внедрение их в др. программы или файлы.

Сп-бы защиты:

проверка носителей с помощью антивирусных программ

отказ от работы с носителями сомнительного происхождения

немедленное удаление сомнительных ненужных программ, полученных по Интернету.

Виды антивирусных программ: сканеры и ревизоры.

Сканер содержит базу данных с кодами вирусов и выявляет в исследуемых файлах наличие кодов из базы.Ревизор хранит информацию файлов на диске и реагирует на изменение инф-ции.

Меры защиты:

1) профилактика

2) диагностика

3) лечение.

Виды антивир. программ:

1) Детекторы – обеспечивают поиск и обнаружение вирусов в оперативной памяти и на внешних носителях. недостатки: находят только те вирусы, которые известны разработчикам таких программ.

2) Доктора или фаги, программы-вакцины – обнаруживают и обезвреживают вирусы, т.е. удаляют из файла тело программы вируса, возвращая файлы в исх. состояние. Требуется регулярное обновление.

3) Ревизор - запоминают исходное состояние программ, каталогов и системных областей диска тогда, когда компьютер заражен вирусом, а затем периодически или по желанию пользователя сравнивают текущее состояние с исх.

4) Фильтры или сторожа - контролируют опасные действия, характерные для вирусных программ, и запрашивают подтверждение на их выполнение.

5) Вакцины или иммунизаторы – предотвращают заражение рядом известных вирусов, путем их вакцинации.

Доброго времени суток уважаемый пользователь, в этой статье речь пойдет о такой теме, как файлы. А именно мы рассмотрим: Управление файлами , типы файлов , файловая структура , атрибуты файла .

Файловая система

Одной из основных задач ОС является предоставление удобств пользователю при работе с данными, хранящимися на дисках. Для этого ОС подменяет физическую структуру хранящихся данных некоторой удобной для пользователя логической моделью, которая реализуется в виде дерева каталогов, выводимого на экран такими утилитами, как Norton Commander, Far Manager или Windows Explorer. Базовым элементом этой модели является файл , который так же, как и файловая система в целом, может характеризоваться как логической, так и физической структурой.

Управление файлами

Файл – именованная область внешней памяти, предназначенная для считывания и записи данных.

Файлы хранятся в памяти, не зависящей от энергопитания. Исключением является электронный диск, когда в ОП создается структура, имитирующая файловую систему.

Файловая система (ФС) - это компонент ОС, обеспечивающий организацию создания, хранения и доступа к именованным наборам данных — файлам.

Файловая система включает:Файловая система включает:

• Совокупность всех фалов на диске.
• Наборы структур данных, используемых для управления файлами (каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске).
• Комплекс системных программных средств, реализующих различные операции над файлами: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск.

Задачи, решаемые ФС, зависят от способа организации вычислительного процесса в целом. Самый простой тип – это ФС в однопользовательских и однопрограммных ОС. Основные функции в такой ФС нацелены на решение следующих задач:

• Именование файлов.
• Программный интерфейс для приложений.
• Отображения логической модели ФС на физическую организацию хранилища данных.
• Устойчивость ФС к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств.

Задачи ФС усложняются в однопользовательских многозадачных ОС, которые предназначены для работы одного пользователя, но дают возможность запускать одновременно несколько процессов. К перечисленным выше задачам добавляется новая задача — совместный доступ к файлу из нескольких процессов.

Файл в этом случае является разделяемым ресурсом, а значит ФС должна решать весь комплекс проблем, связанных с такими ресурсами. В частности: должны быть предусмотрены средства блокировки файла и его частей, согласование копий, предотвращение гонок, исключение тупиков. В многопользовательских системах появляется еще одна задача: Защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя.

Еще более сложными становятся функции ФС, которая работает в составе сетевой ОС ей необходимо организовать защиту файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя.

Основное назначение файловой системы и соответствующей ей системы управления файлами – организация удобного управления файлами, организованными как файлы: вместо низкоуровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нужной нам записи, используется логический доступ с указанием имени файла и записи в нем.

Термины «файловая система» и «система управления файлами» необходимо различать: файловая система определяет, прежде всего, принципы доступа к данным, организованным как файлы. А термин «система управления файлами» следует употреблять по отношению к конкретной реализации файловой системы, т.е. это комплекс программных модулей, обеспечивающих работу с файлами в конкретной ОС.

Пример

Файловая система FAT (file allocation table) имеет множество реализаций как система управления файлами

• Система, разработанная для первых ПК называлась просто FAT (сейчас ее называют просто FAT-12) . Ее разрабатывали для работы с дискетами, и некоторое время она использовалась для работы с жесткими дисками.
• Потом ее усовершенствовали для работы с жесткими дисками большего объема, и эта новая реализация получила название FAT–16. это название используется и по отношению к СУФ самой MS-DOS.
• Реализация СУФ для OS/2 называется super-FAT (основное отличие – возможность поддерживать для каждого файла расширенные атрибуты).
• Есть версия СУФ и для Windows 9x/NT и т.д. (FAT-32).

Типы файлов

Обычные файлы : содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в результате работы системных и пользовательских программ. Содержание обычного файла определяется приложением, которое с ним работает.

Обычные файлы могут быть двух типов:

1. Программные (исполняемые) – представляют собой программы, написанные на командном языке ОС, и выполняют некоторые системные функции (имеют расширения.exe, .com, .bat).
2. Файлы данных – все прочие типы файлов: текстовые и графические документы, электронные таблицы, базы данных и др.

Каталоги – это, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет), а с другой стороны – это особый тип файлов, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователями по какому-либо неформальному признаку (тип файла, расположение его на диске, права доступа, дата создания и модификация).

Специальные файлы – это фиктивные файлы, ассоциированные с устройствами ввода/вывода, которые используются для унификации механизма доступа к файлам и внешним устройствам. Специальные файлы позволяют пользователю осуществлять операции ввода/вывода посредством обычных команд записи с файлов или чтения из файлов. Эти команды обрабатываются сначала программами ФС, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством (PRN, LPT1 – для порта принтера (символьные имена, для ОС – это файлы), CON – для клавиатуры).

Пример . Copy con text1 (работа с клавиатурой).

Файловая структура

Файловая структура – вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними (порядок хранения файлов на диске).

Виды файловых структур:

• простая , или одноуровневая : каталог представляет собой линейную последовательность файлов.
• иерархическая или многоуровневая : каталог сам может входить в состав другого каталога и содержать внутри себя множество файлов и подкаталогов. Иерархическая структура может быть двух видов: «Дерево» и «Сеть». Каталоги образуют «Дерево», если файлу разрешено входить только в один каталог (ОС MS-DOS, Windows) и «Сеть» – если файл может входить сразу в несколько каталогов (UNIX).
• Файловая структура может быть представлена в виде графа, описывающего иерархию каталогов и файлов:

Типы имен файлов

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена , при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. В ранних файловых системах эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов — собственно имя, 3 символа — расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов.

Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов.

Например, Windows NT в своей файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.

При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен.

Символьные имена могут быть трех типов: простые, составные и относительные:

1. Простое имя идентифицирует файл в пределах одного каталога, присваивается файлам с учетом номенклатуры символа и длины имени.
2. Полное имя представляет собой цепочку простых символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного файла, имени диска, имени файла. Таким образом, полное имя является составным , в котором простые имена отделены друг от друга принятым в ОС разделителем.
3. Файл может быть идентифицирован также относительным именем . Относительное имя файла определяется через понятие «текущий каталог». В каждый момент времени один из каталогов является текущим, причем этот каталог выбирается самим пользователем по команде ОС. Файловая система фиксирует имя текущего каталога, чтобы затем использовать его как дополнение к относительным именам для образования полного имени файла.

В древовидной файловой структуре между файлом и его полным именем имеется взаимно однозначное соответствие – «один файл — одно полное имя». В сетевой файловой структуре файл может входить в несколько каталогов, а значит может иметь несколько полных имен; здесь справедливо соответствие – «один файл — много полных имен».

Для файла 2.doc определить все три типа имени, при условии, что текущим каталогом является каталог 2008_год.

• Простое имя: 2.doc
• Полное имя: C:\2008_год\Документы\2.doc
• Относительное имя: Документы\2.doc

Атрибуты файлов

Важной характеристикой файла являются атрибуты. Атрибуты – это информация, описывающая свойства файлов. Примеры возможных атрибутов файлов:

• Признак «только для чтения» (Read-Only);
• Признак «скрытый файл» (Hidden);
• Признак «системный файл» (System);
• Признак «архивный файл» (Archive);
• Тип файла (обычный файл, каталог, специальный файл);
• Владелец файла;
• Создатель файла;
• Пароль для доступа к файлу;
• Информация о разрешенных операциях доступа к файлу;
• Время создания, последнего доступа и последнего изменения;
• Текущий размер файла;
• Максимальный размер файла;
• Признак «временный (удалить после завершения процесса)»;
• Признак блокировки.

В файловых системах разного типа для характеристики файлов могут использоваться разные наборы атрибутов (например, в однопользовательской ОС в наборе атрибутов будут отсутствовать характеристики, имеющие отношение к пользователю и защите (создатель файла, пароль для доступа к файлу и т.д.).

Пользователь может получать доступ к атрибутам, используя средства, предоставленные для этих целей файловой системой. Обычно разрешается читать значения любых атрибутов, а изменять – только некоторые, например можно изменить права доступа к файлу, но нельзя изменить дату создания или текущий размер файла.

Права доступа к файлу

Определить права доступа к файлу — значит определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу. В разных файловых системах может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Этот список может включать следующие операции:

• создание файла.
• уничтожение файла.
• запись в файл.
• открытие файла.
• закрытие файла.
• чтение из файла.
• дополнение файла.
• поиск в файле.
• получение атрибутов файла.
• установление новых значений атрибутов.
• переименование.
• выполнение файла.
• чтение каталога и др.

В самом общем случае права доступа могут быть описаны матрицей прав доступа, в которой столбцы соответствуют всем файлам системы, строки — всем пользователям, а на пересечении строк и столбцов указываются разрешенные операции:

В некоторых системах пользователи могут быть разделены на отдельные категории. Для всех пользователей одной категории определяются единые права доступа, например в системе UNIX все пользователи подразделяются на три категории: владельца файла, членов его группы и всех остальных.