Файловая система ОС семейства UNIX

Файл в операционной системе UNIX представляет собой множество символов с произвольным доступом. В файле могут содержаться любые данные, и файл не имеет никакой иной структуры, кроме той какую создаст в нем пользователь. В семействе UNIX трактуют понятие файла более широко – там файлом называется любой объект, имеющий имя в файловой системе. Однако файлы, не являющиеся совокупностями данных (каталоги, внешние устройства, псевдоустройства, именованные программные каналы, семафоры Xenix), часто называют не простыми файлами, а "специальными".

Информация на диске размещается блоками. Минимальный размер блока 512 байт. В современных файловых системах, разработанных для конкретной версии UNIX размер блока несколько больше. Это позволяет повысить быстродействие файловых операций. Раздел на диске разделяется на следующие области (рис.3): загрузочный блок; управляющий блок (суперблок) в котором хранится размер логического диска и границы других областей; i-список, состоящий из описаний файлов; область для хранения содержимого файлов.

Рис. 3 Организация файловой системы в UNIX

Каждый i-узел содержит: идентификатор владельца, идентификатор группы владельца, биты защиты, физические адреса на диске, время создания файла, время его последнего изменения, время последнего изменения атрибутов файла, число связей-ссылок указывающих на файл, идентификатор типа файла – каталог, обычный или специальный файл. За i-списком расположены блоки для хранения содержимого файлов. Пространство, не заполненное файлами, образует связанный список свободных блоков.

Таким образом, файловая система UNIX содержит управляющий суперблок с описанием файловой системы в целом, массив i-узлов, в котором определены все файлы, сами файлы и совокупность свободных блоков.

Каталоги также как и в других системах имеют древовидную структуру. Файл, не являющийся каталогом, может встречаться в различных каталогах, под разными именами. Это называется связыванием. В UNIX-системах файлы не принадлежат каталогам, а существуют как бы независимо от каталогов. Связи в каталогах указывают на реальные физические файлы. Файл «исчезает», когда удаляется последняя связь, указывающая на него. От файловой системы не требуется, чтобы она полностью размещалась на диске содержащий корневой каталог. Имеется возможность подключения файловой подсистемы к системе таким образом, что её содержимое заменяет собой содержимое заданного каталога. Поэтому для монтирования существующего тома необходимо использовать пустой каталог.

Размонтирование – обратная операция, отсоединяющая файловую систему, после чего диск можно физически извлечь из системы. Монтирование файловых систем позволяет получить единое логическое файловое пространство, в то время как реальные файлы могут находиться в разных разделах или на разных жестких дисках. Также важно, что сами файловые системы для монтируемых разделов могут быть различными.

При повреждении файловой системы могут возникнуть следующие нарушения в ее структуре:

· некоторый блок может оказаться вне системы, то есть не являться частью файла и не быть в списке свободных блоков;

· могут появиться дубли i-узлов – записи, описывающие один и тот же файл дважды;

· какой-либо блок может быть частью файла и быть в списке свободных блоков;

· некоторый файл может существовать, не будучи включенным ни в один каталог.

Но файловая система имеет некоторую избыточность, позволяющую исправить эти ошибки:

· блок данных, являющийся каталогом, содержит имена файлов и номера i-узлов. То есть существует i-узел, соответствующий этому каталогу, и этот i-узел должен быть каталогом, а не обычным файлом;

· блок, включенный в список свободных блоков, не может быть частью файла. Для проверки этого достаточно сравнить список занятых и свободных блоков.

· блок, принадлежащий файлу должен принадлежать только одному файлу.

При проверке файловой системы производятся: проверка целостности i-узлов; проверка каталогов указывающих на i-узлы, содержащие ошибки; проверка каталогов на которые нет ссылок; проверка счетчиков связи в каталогах и файлах; проверка неверных и дублированных блоков в списках – свободных и неиспользуемых блоков, которые не включены в список свободных блоков; проверка общего числа свободных блоков.

Заключение

Сегодня в Windows применяются файловые системы: FAT, FAT32, HPFS и NTFS.
   Преимущества FAT – низкие накладные расходы на хранение данных и тотальная совместимость с огромным количеством операционных систем и аппаратных платформ. Этой файловой системой по-прежнему пользуются для форматирования дискет, где большой объем раздела, поддерживаемый другими файловыми системами, не играет роли, а низкие накладные расходы позволяют экономно использовать малый объем дискеты (NTFS требует для хранения данных больше места, что совершенно не приемлемо для дискет).     

 Область применения FAT32 на самом деле гораздо уже – эту файловую систему стоит применять, если собираетесь получать доступ к разделам и с помощью Windows 9x и с помощью Windows 2000/XP. Но так как актуальность Windows 9x сегодня практически сошла на нет, то и использование этой файловой системы не представляет особого интереса.

По сравнению с FAT HPFS обладает более высокой производительностью, надежностью, и эффективнее использует дисковое пространство. Еще одна особенность заключается в том, что пространство, освобожденное стертым файлом, обычно используется не сразу и файл можно восстановить.

Некоторые из возможностей, обеспечиваемых на сегодняшний день только файловой системой NTFS, перечислены ниже:

· NTFS обеспечивает широкий диапазон разрешений, в отличие от FAT, что дает возможность индивидуальной установки разрешений для конкретных файлов и каталогов. Это позволяет указать, какие пользователи и группы имеют доступ к файлу или папке и указать тип доступа.

· Встроенные средства восстановления данных; поэтому ситуации, когда пользователь должен запускать на томе NTFS программу восстановления диска, достаточно редки. Даже в случае краха системы NTFS имеет возможность автоматически восстановить непротиворечивость файловой системы, используя журнал транзакций и информацию контрольных точек.

· Реализованная в виде бинарного дерева структура папок файловой системы NTFS позволяет существенно ускорить доступ к файлам в папках большого объема по сравнению со скоростью доступа к папкам такого же объема на томах FAT.

· NTFS позволяет осуществлять сжатие отдельных папок и файлов, можно читать сжатые файлы и писать в них без необходимости вызова программы, производящей декомпрессию.

Таким образом, в данной работе рассмотрены вышеперечисленные файловые системы, их организация, структура, особенности, а также преимущества и недостатки одних систем перед другими.

Список литературы

1. Бойс Д., «От установки до оптимизации работы Windows XP», Москва, НТ Пресс, 2007 г.

2. Гордеев А.В., «Операционные системы», Санкт-Петербург, Питер, 2006 г.

3. Гук М. «Аппаратные средства IBM PC: Бестселлер» 2-е издание, Санкт-Петербург, Питер, 2005 г.

4. Попов И.И., «Операционные системы, среды и оболочки», Москва, Инфра-М, 2003 г.

5. Столлингс В., «Операционные системы», Москва, Вильямс, 2002 г.

6. www.osys.ru

7. www.support.microsoft.com