Файловая система

Файловая система.

Файловая система — это то, на чем держится далеко неидеальный, но маломальский порядок на наших жестких дисках. Носители информации способны лишь хранить, записывать или считывать биты данных из определенных секторов, а за доступ к информации отвечает именно файловая система. Этому термину можно дать несколько определений, каждое из которых верно.

Файловая система — это система организации и хранения информации на жестком диске или других носителях, программные алгоритмы операционной системы для управления данной системой организации информации, и, наконец, на бытовом уровне это совокупность всех файлов и папок на диске.

Файловая система - это часть операционной системы, назначение которой состоит в том, чтобы обеспечить пользователю удобный интерфейс при работе с данными, хранящимися на диске, 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.

Если вы пользуетесь операционной системой Windows, то, скорее всего, вы имеете дело с файловой системой NTFS. Старые версии операционной системы использовали файловую систему FAT16, FAT32, которая до сих пор используется на флешках. Во многих дистрибутивах операционных систем, основанных на ядре Linux, в качестве файловой системы по умолчанию обычно используется ext (Extended File System – расширенная файловая система). Есть несколько версий этой файловой системы — ext2, ext3, ext4. В свежих версиях дистрибутивов, основанных на ядре Linux (в том числе и Google Android), файловой системой является ext4. Свои файловые системы есть и у оптических носителей — CD и DVD дисков. Универсальным считается стандарт ISO 9660, (файловая система CDFS) такие диски читают компьютеры с любой операционной системой — Windows, Mac OS Х, Unix. Есть также формат файловой системы UDF, который больше подходит для дисков большого объема (DVD, Blu-ray). Для ОС Unix разработана журналируемая файловая система - ReiserFS. HFS - журналируемая файловая система разработанная Apple Computer для Mac OS

Важное свойство файловых систем — поддержка журналирования.  Журналируемая файловая система - ведёт постоянный учёт всех операций записи на диск. Благодаря этому после сбоя электропитания файловая система всегда автоматически возвращается в рабочее состояние.

ФС позволяет оперировать не нулями и единицами, а более удобными и понятными объектами — файлами. Ради удобства пользователей (программе удобнее работать с числовыми индексами, но программы, как известно, пишутся людьми) в работе с файлами используются их символьные идентификаторы — имена. Содержимое же файлов (0 и 1) записано в кластеры — мельчайшие единицы данных, которыми оперирует файловая система, размер их кратен 512 байтам.

Кластер (англ. cluster) — в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных в таблице размещения файлов, объединяющая группу секторов. Кластер - это наименьшее место на диске, которое может быть выделено для хранения файла. Понятие кластер используется в файловых системах FAT, NTFS, FS Plus. Другие файловые системы оперируют схожими понятиями (зоны в Minix, блоки в Unix).

Для организации информации кроме имени файла используются также каталоги, как некая абстракция, позволяющая группировать файлы по определенному критерию. По сути, каталог — это файл, содержащий информацию о «вложенных» в него каталогах и файлах.

Вся информация о файлах хранится в особой области раздела — таблице файлов. Таблица файлов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы файлов и дополнительную информацию о них (дата изменения, права доступа, имя и т. д.) с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.

Раздел — это определенная область диска, созданная во время операции разметки диска. Каждый раздел содержит один (редко — несколько) отформатированный том. Том — область раздела со своей файловой системой, своей таблицей файлов и областью данных. Один или несколько разделов составляют диск.

В начале диска находится особая область — MBR (Master Boot Record), содержащая программную логику, необходимую BIOS для загрузки системы с жесткого диска. Таблица разделов (partition table) также расположена в начале диска, ее задача — хранить информацию о разделах: начало раздела, его длина, какой раздел является загрузочным. На загрузочном разделе расположен загрузочный сектор (boot sector), хранящий программу загрузки операционной системы

Имена файлов

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 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 новой файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.

Типы файлов

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, файлы-каталоги.

Обычные файлы в свою очередь подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т. п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы..

Каталог - 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 файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и устанавливается соответствие между файлами и их характеристиками (атрибутами).

Типы файлов OC Windows.

Расширение	Типы файлов	Пример использования
.exe	Программы, исполняемые файлы	freecell. exe
.com
.bat	AUTOEXEC. BAT
.sys	Системный файл Windows	CONFIG. SYS
.ini	Файл конфигурации Windows	driverforge. ini
.reg	Файл реестра	Fonts. reg
.doc	Документы  (Microsoft Word)	типы файлов. doc
.docx	типы файлов. docx
.xls	Таблицы (Microsoft Excel)	Таблицы. xls
.xlsx	Таблицы. xlsx
.txt	Текстовые  документы	Текстовый файл. txt
.ppt	Презентации  PowerPoint	Презентация. ppt
.pptm	Презентация. pptm
.pptx	Презентация. pptx
.htm	Интернет странички	Страница. htm
.html	Страница. html
.php	Страница. php
.hlp	Файл справки	помощь. hlp
.iso	Образ диска	Образ_диска. iso
.mdf	Образ_диска. mdf
.mds	Образ_диска. mds
.bmp	Картинки, фотки, рисунки	Рисунок. bmp
.jpg	Фото. jpg
.tif	Природа. tif
.gif	Рисунок. gif
.mp3	Музыка	Песня. mp3
.wav	Песня. wav
.flv	Видео	Фильм. flv
.mpeg	Фильм. mpeg
.avi	фильм. avi
.vob	DVD диск	VIDEO_TS. VOB
.ifo	VIDEO_TS. IFO
.BUP	VIDEO_TS. BUP
.zip	Архивы	архив. zip
.7z	архив.7z
.rar	архив. rar

Форматирование диска.

Формати́рование ди́ска — программный процесс разметки области хранения данных электронных носителей информации, расположенной на магнитной поверхности (жёсткие диски, дискеты), оптических носителях (CD/DVD/Blu-ray-диски), твердотельных накопителях (флеш-память, SSD) и др.

Само форматирование заключается в создании (формировании) структур доступа к данным, например, структур файловой системы. При этом возможность прямого доступа к находящейся на носителе информации теряется, часть ее безвозвратно уничтожается. Некоторые программные утилиты дают возможность восстановить некоторую часть (обычно — большую) информации с отформатированных носителей. В процессе форматирования также может проверяться и исправляться целостность носителя.
Форматирование жесткого диска включает в себя три этапа:

1.Форматирование диска на низком уровне (низкоуровневое форматирование). Это единственный "настоящий" метод форматирования диска. При этом процессе на жестком диске создаются физические структуры: треки, сектора, управляющая информация. Этот процесс выполняется заводом-изготовителем на пластинах, которые не содержат еще никакой информации.

2.Разбиение на разделы. Этот процесс разбивает объем винчестера на логические диски (C, D, и т. д.). Этим обычно занимается операционная система, и метод разбиения сильно зависит от операционной системы.

3.Высокоуровневое форматирование. Этот процесс также контролируется операционной системой и зависит как от типа операционной системы, так и от утилиты, используемой для форматирования. Процесс записывает логические структуры, ответственные за правильное хранение файлов, а также, в некоторых случаях, системные загрузочные файлы в начало диска. Это форматирование можно разделить на два вида: быстрое и полное. При быстром форматировании перезаписывается лишь таблица файловой системы, при полном же — сначала производится верификация (проверка) поверхности накопителя, а уже потом производится запись таблицы файловой системы.

Дефрагментация диска.

Если между концом одного блока информации и началом следующего блока имеется бессодержательный промежуток, зазор, то говорят, что имеет место фрагментация. Фрагментация - это разбросанность данных и это естественный нормальный процесс.

Когда в результате постоянного обновления файлов, их перемещения и удаления получается, что полезные данные из разных файлов оказываются разбросанными по всей поверхности диска, чередуясь свободными участками, говорят, что имеет место фрагментация диска. Большая фрагментация замедляет поиск файлов и работу с ними, небольшая практически незаметна.

Процесс, благодаря которому данные на поверхности диска упорядочиваются, чтобы лежать друг за другом без пропусков, называется дефрагментацией диска (оптимизацией диска). Есть два типа дефрагментации: полная, когда файлы размещены максимально плотно друг к другу и более быстрая, частичная дефрагментация, после которой между файлами могут оставаться зазоры. Если фрагментация не велика - оптимизировать диск не обязательно.

Дефрагментация диска производится программами-оптимизаторами диска операционной системы или сторонними утилитами. Сбои электропитания во время работы таких программ опасны тем, что часть файлов может быть безвозвратно утеряна.