Основной задачей, которую решает файловая система, является обеспечение взаимодействия
программ и физических устройств ввода/вывода, таких как накопители на жестких
дисках, магнитных лентах и т. д.
Основные функции, выполняемые файловой системой, можно условно разделить на
две группы:
функции для работы с файлами, то есть их создание, удаление, изменение атрибутов,
определение структуры файлов;
функции для работы с данными, хранящимися в файлах, то есть чтение и запись,
поиск и т. д.
Таким образом, в логическом плане файловую систему можно разделить на следующие
составные части:
файлы, хранящиеся на устройстве ввода/вывода; структура файлов;
функции работы с файлами и их структурой.
4.2.2. Файлы и каталоги
В разных источниках по информатике и вычислительной технике определения термина
"файл" так же, как и термина "операционная система", могут
варьироваться. Наиболее распространенными являются формулировки, что "файл
- это наименьший именованный массив информации" или "файл - основная
единица организации информации на носителе". В различных файловых системах
файлы описываться различными, вообще говоря, наборами параметров и характеристик.
Основным атрибутом файла является его имя. Имя файла - это символьная строка,
длинa которой зависит от конкретной файловой системы. Так, в файловой системе
FAT (File Allocation Table), используемой в MS DOS, длина имени файла не может
превышать 11 символов, 3 из которых предназначены для расширения. В ОС UNIX
System V под имя файла отводится 14 символов, а в файловой системе NTFS (New
Technology File System) для Windows - 255 символов. От файловой системы также
зависит, какие символы могут использоваться в имени файла. Поскольку существуют
различные файловые системы, перед их разработчиками встает проблема обеспечения
совместимости между ними. Например, система, позволяющая присваивать файлам
длинные имена, должна уметь корректно преобразовывать их в короткие. Но, к сожалению,
пока не удалось решить проблему пользования единственного имени файла в различных
файловых системах. Это связано, в первую очередь, с различием наборов разрешенных
символов в различных системах.
В некоторых системах, например UNIX, одному файлу может быть сопоставлено несколько
имен. Это особенно удобно для многопользовательских систем. В таком случае необходимо
адресовать файл идентификатором, который будет связывать файл и его имена. В
системе UNIX таким идентификатором служит номер индексного дескриптора.
Другие атрибуты файла, которые могут использоваться файловой системой, перечислены
ниже:
- текущий размер файла;
- максимальный размер файла;
- длина записи;
- времена создания, последнего доступа и последнего изменения;
- владелец файла;
- создатель файла;
- информация о доступе к файлу;
- пароль для доступа к файлу;
- признак "только для чтения";
- признак "скрытый файл";
- признак "системный файл";
- признак "архивный файл";
- признак "двоичный/символьный";
- признак "временный";
- признак блокировки.
Для логической организации файлов используются каталоги. Каталог содержит файлы,
объединенные по какому-либо признаку - их создатель, их тип, тема и т. д. Каталог
- это файл, который содержит информацию о входящих в него файлах. Каталогов
на носителе может быть много, и они могут иметь различные степени вложенности.
Все каталоги, находящиеся на носителе, образуют иерархическую структуру.
Структура каталогов в зависимости от файловой системы может быть древовидной,
когда один файл может входить только в один каталог, и сетевой, когда один файл
может входить в различные каталоги. Пример системы с древовидной структурой
каталогов - система FAT. Сетевая структура, более подходящая для многопользовательских
систем, реализована в UNIX.
В так называемых DOS-совместимых (впрочем, и в некоторых других) системах к
файлу обращаются с помощью полного имени, которое состоит:
- из пути (англ. Path) - последовательности имен каталогов, в которых содержится
файл, разделенных символом \ (в UNIX для этого используется символ /);
- собственно имени файла (англ. Name);
- расширения (англ. Extension), которое является необязательным элементом и,
как правило, информирует о типе данных, хранимых в файле. Расширение отделяется
от имени точкой (.)
В качестве примера может быть приведено следующее имя файла:
C:\DIR1\DIR2\DIR3\NAME.EXT
В различных файловых системах существуют ограничения на то, какие символы могут
присутствовать в именах файлов. 4.2.3. Физическая организация данных на носителе
Физическая организация данных описывает правила расположения файлов на носителе.
Расположение файла описывается расположением принадлежащих ему блоков. Блоком
называется наименьшая единица данных, которой устройство ввода/вывода может
обмениваться с памятью.
Простейший способ расположения файла - непрерывная последовательность блоков.
Такой способ наряду со своим основным достоинством - простотой, которая позволяет
адресовать файл всего лишь адресом его первого блока, имеет ряд существенных
недостатков:
во-первых, во время создания файла системе может быть не известен его размер,
то есть система не знает, сколько места на носителе надо зарезервировать;
во-вторых, неизбежна сильная фрагментация носителя.
Для устранения этих недостатков могут использоваться связанные блоки. В таком
случае блок помимо данных содержит ссылку на следующий блок и т. д. Основным
недостатком такого способа является то, что программа не может непосредственно
обратиться к произвольному участку файла, и чтобы прочитать, пример, последний
блок, необходимо последовательно обратиться ко всем блокам файла. Недостатком
такого способа организации данных является также то, что информация, хранящаяся
в блоке данных, теряет однородность, так как содержит не только данные файла,
но и служебную информацию.
Решить эти проблемы может использование связанного списка индексов, что делается,
например, в MS DOS. При такой организации данных нет необходимости сматривать
все данные для чтения последнего блока файла, достаточно просмотреть таблицу
индексов. При этом сохраняется однородность данных, хранящихся в блоке, так
как служебная информация хранится в отдельной области, полагающейся, в случае
жесткого диска, на внутренних дорожках, что обеспечивает быстрый доступ к ней.
Перечисленные способы физической организации файлов на носителе схематично изображены
на рис. 4.1.
Рис. 4.1 .Способы физической организации файлов
4.2.4. Права доступа к файлу
В многопользовательских системах доступ к файлу разных пользователей должен
разграничен, то есть операции с определенными файлами или каталогами должны
быть разрешены для одних пользователей и запрещены для других. Это касается
операций как с данными, так и с их структурой.
В общем случае система разграничения доступа использует матрицу доступа, столбцы
в которой соответствуют файлам системы, а строки - пользователям. На пересечении
описываются операции, которые данный пользователь может производить с данным
файлом или каталогом.
Для облегчения администрирования некоторые системы позволяют описывать правила
доступа для групп пользователей, тогда правила, установленные для группы, действуют
для всех входящих в нее пользователей. Системой может быть предоставлена возможность
включения одного пользователя в разные группы, а также описания правил как для
групп, так и для отдельных пользователей, что позволяет гибко разграничивать
доступ к файлам.
4.2.5. Другие функции файловых систем
Помимо функций, обеспечивающих основные операции с файлами, файловая система
может предоставлять некоторые оптимизирующие функции. Основные из этих функций
- кэширование диска и отображение файла в память.
Кэширование диска служит для ускорения доступа к наиболее часто используемым
данным. При запросе данных система сначала ищет их в буфере, располагающемся
на носителе с более высокой скоростью доступа. Если требуемые данные не найдены
в буфере, они читаются с диска и заносятся в буфер. По мере наполнения буфера
из него удаляются наиболее редко используемые данные.
Отображение файла в память заключается в создании образа файла, организованного
как память, то есть представляющего собой непрерывную последовательность байтов.
Это упрощает доступ к произвольному участку файла и в целом повышает скорость
выполнения основных операций с данными.
Знаете ли Вы, что, как и всякая идолопоклонническая религия, релятивизм ложен в своей основе. Он противоречит фактам. Среди них такие:
1. Электромагнитная волна (в религиозной терминологии релятивизма - "свет") имеет строго постоянную скорость 300 тыс.км/с, абсурдно не отсчитываемую ни от чего. Реально ЭМ-волны имеют разную скорость в веществе (например, ~200 тыс км/с в стекле и ~3 млн. км/с в поверхностных слоях металлов, разную скорость в эфире (см. статью "Температура эфира и красные смещения"), разную скорость для разных частот (см. статью "О скорости ЭМ-волн")
2. В релятивизме "свет" есть мифическое явление само по себе, а не физическая волна, являющаяся волнением определенной физической среды. Релятивистский "свет" - это волнение ничего в ничем. У него нет среды-носителя колебаний.
3. В релятивизме возможны манипуляции со временем (замедление), поэтому там нарушаются основополагающие для любой науки принцип причинности и принцип строгой логичности. В релятивизме при скорости света время останавливается (поэтому в нем абсурдно говорить о частоте фотона). В релятивизме возможны такие насилия над разумом, как утверждение о взаимном превышении возраста близнецов, движущихся с субсветовой скоростью, и прочие издевательства над логикой, присущие любой религии.
4. В гравитационном релятивизме (ОТО) вопреки наблюдаемым фактам утверждается об угловом отклонении ЭМ-волн в пустом пространстве под действием гравитации. Однако астрономам известно, что свет от затменных двойных звезд не подвержен такому отклонению, а те "подтверждающие теорию Эйнштейна факты", которые якобы наблюдались А. Эддингтоном в 1919 году в отношении Солнца, являются фальсификацией. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.
