Перечислите основные функции файловой системы

 

Для большинства пользователей файловая система - наиболее видимая часть операционной системы - ОС. Она предоставляет механизм для хранения и доступа, как к данным, так и к программам для всех пользователей системы.

Файловая система - это часть ОС, назначение которой состоит в том, чтобы организовать эффективную работу с данными, хранящимися во внешней памяти, и обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с такими данными.

Непосредственное взаимодействие с диском - прерогатива компонента системы ввода-вывода ОС, называемого драйвером диска.

Файловая система для пользователя обеспечивает следующие возможности:

§ обращение к файлам по символьным именам (т.е. без имен физических устройств) - т.е. обеспечение независимости файлов от устройств;

§ создания, модификации и уничтожения файлов - т.е. предоставление средств манипуляции файлами;

§ задания и использования удобных структур файлов для прикладных программ и организация передачи информации между файлами;

§ сохранения и восстановления информации;

§ разделения файлов друг от друга при общей работе (при тщательном контроле ОС), при этом механизм для разделения должен предусматривать различные варианты контроля доступа (для чтения, для записи, для выполнения);

§ защиты информации от несанкционированного доступа (файловая система может предусматривать даже шифровку данных);

§ не задумываться об именах физических устройств, о форматах данных или физических средствах обмена данными с этими устройствами, т.е. файловая система должна иметь "дружественный интерфейс" для пользователя.

Т.о. файловая система решает как вопросы структуры, именования, защиты файлов; операции, которые разрешается производить над файлами, так и проблемы выделения дискового пространства, обеспечения производительной работы файловой системы и т.д.

 

Иногда говорят, что файл - это поименованный набор связанной информации, записанной во вторичную память. Правила именования файлов зависят от ОС. Многие ОС поддерживают имена из двух частей (имя + расширение). Тип расширения файла позволяет ОС организовать работу с ним различных программ в соответствии с заранее оговоренными соглашениями. Обычно ОС накладывают ограничения, как на используемые в имени символы, так и на длину имени файла.

Основные типы файлов: регулярные (обычные) файлы и директории (справочники, каталоги). Обычные файлы содержат пользовательскую информацию. Директории - системные файлы, поддерживающие структуру файловой системы. В каталоге содержится перечень входящих в него файлов и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

Все файлы имеют некоторую внутреннюю структуру. Способ организации информации в файле может оказать существенное влияние на стоимость хранения, доступа и использования файла. Под организацией файлов понимают способ расположения записей файла во внешней памяти или логическую структуру записей файла и взаимосвязи между ними. ОС поддерживают несколько вариантов структуризации файлов:

§ Последовательный файл

§ Файл прямого доступа

ОС не осуществляет никакой интерпретации содержимого файла. Эта схема обеспечивает максимальную гибкость и универсальность.

Кроме имени ОС связывают с каждым файлом характеристики файлов -  атрибутами. Список атрибутов в разных ОС может варьироваться, но обычно он содержит: основную информацию (имя, тип файла), адресную информацию (устройство, начальный адрес, размер), информацию об управлении доступом (владелец, допустимые операции) и информацию об использовании (даты создания, последнего чтения, модификации и др.). Список атрибутов обычно хранится в структуре директорий.

ОС предоставляет набор операций для работы с файлами. При работе с файлом обычно выполняется  не одна, а несколько операций: найти данные файла и его атрибуты по символьному имени, считать необходимые атрибуты файла в отведенную область оперативной памяти и проанализировать права пользователя на выполнение требуемой операции. Затем выполнить операцию, после чего освободить занимаемую данными файла область памяти.

Основные операции над файлами:

§ Создание файла

§ Удаление файла

§ Открытие файла. Открытие файла перед его использованием является процедурой создания дескриптора или управляющего блока файла.

§ Закрытие файла. Если работа с файлом завершена, то файл нужно закрыть, чтобы освободить место в таблицах файловой системы.

§ Чтение данных из файла.

§ Запись данных в файл

Есть и другие операции, например переименование файла, получение атрибутов файла и т. д.

ОС предоставляет также набор операций для работы с директориями, и хотя директории - это файлы, логика работы с ними имеет отличия:

§ Создание директории.

§ Удаление директории.

§ Открытие директории.

§ Закрытие директории.

§ Поиск в директории.

§ Получение списка файлов в каталоге.

§ Переименование.

§ Создание файла. При создании нового файла необходимо добавить в каталог соответствующий элемент.

§ Удаление файла. Удаление из каталога соответствующего элемента.

 

Задание пути к файлу в файловых системах некоторых ОС отличается тем, с чего начинается эта цепочка имен. В современных ОС принято разбивать диски на логические диски, называемые разделами. В некоторых системах требуется, чтобы каждый архив файлов целиком располагался на одном логическом диске и тогда полное имя файла начинается с буквы накопителя.

 

Итак, файловая система - это совокупность файлов и взаимосвязей между ними. Главная же функция файловой системы - распределение пространства внешней памяти, а следовательно и выделение и освобождение места в дисковой памяти, т.е она отвечает не только за способы организации файлов, а и за способы организации файловых структур.

Алгоритмы выделения дискового пространства и способы учета свободной и занятой дисковой памяти в разных файловых системах различны. Однако для каждого из методов запись в директории, соответствующая символьному имени файла, всегда содержит указатель, следуя которому можно найти все блоки данного файла.

В файловых системах используются две основные стратегии:

§ Связное распределение внешней памяти.

§ Несвязное (блочное) распределение внешней памяти.

Существует несколько распространенных способов реализации систем поблочного распределения:

§ цепочки блоков;

§ цепочки индексных блоков;

§ таблицы отображения блоков.

Каждый алгоритм выделения внешней памяти порождает необходимость в процедурах, учитывающих особенности алгоритма и обеспечивающих проверку и сохранение целостности файловой системы, а также повышение производительности.

Кроме этого, для обеспечения надежности информация д.б. защищена от несанкционированного доступа, поэтому в ОС при наличии в системе многих пользователей организуется контроль доступа к файлам - операции: чтения, записи и выполнения. Общий подход к защите файлов основан на организации  доступа,  зависящего от идентификатора пользователя. Для этого в системах создают классификации пользователей, например: Владелец, Группа (пользователи, нуждающихся в типовом способе доступа к файлу) и Остальные.

Итак, файловая система представляет собой набор файлов, директорий и операций над ними. Имена, структуры файлов, способы доступа к ним и их атрибуты - важные аспекты организации файловой системы. Главная задача файловой системы - связать символьное имя файла с данными на диске. Большинство современных ОС поддерживает иерархическую систему директорий с возможным вложением. Безопасность файловой системы, базируется на ведении списков прав доступа.

 

Тестовые задания