Файловая система - внутренний механизм операционной системы

Файловая система – внутренний механизм операционной системы

Тематика секции конференции: Технические науки

студент 3 курса КОГПОАУ «Савальский политехникум»

Научный руководитель:

В настоящее время на одном жестком диске персонального компьютера в среднем записывается несколько десятков тысяч файлов. Как разобраться во всем этом многообразии с тем, чтобы точно адресоваться к файлу? Назначение файловой системы – эффективное решение указанной задачи.

Гипотеза: 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.

Цель работы: исследовать функции файловой системы, как внутренний механизм операционной системы.

Задача исследования: доказать, что любая файловая система последовательно и систематически обеспечивает хранение и обработку информации, бесперебойную работу операционной системы.

При инсталляции операционной системы на жесткий диск на нем автоматически создается файловая система. Далее корректируется операционной системой в процессе создания, удаления, модификации размеров файлов пользователя, содержащих программы и данные.

Файловая система является базовым элементом операционной системы – наследует: разрядность (32 или 64) и интерфейс (графический для WINDOWS или командный LINUX).

Файловая системма (англ. file system) – порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имен файлов и каталогов, максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и интерфейс прикладного программирования для доступа к файлам – с другой. 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, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, 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).

Основные функции файловой системы:

идентификация файлов. Связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти; распределение внешней памяти между файлами; обеспечение надежности и отказоустойчивости; обеспечение защиты от несанкционированного доступа; обеспечение совместного доступа к файлам, так чтобы пользователю не приходилось прилагать специальных усилий по обеспечению синхронизации доступа; обеспечение высокой производительности.

К основным операциям с файловой системой относятся:

навигация по файловой системе; запуск программ, открытие документа; создание папок; копирование файлов и папок; перемещение файлов и папок; удаление файлов и папок; переименование файлов и папок; создание ярлыков.

Но почему ни слова о создании файла? Эта операция не относится к операциям с файловой системой точно также как же, как организация хранения книг в библиотеке не имеет отношения к печати этих книг в типографии. Файлы содержат данные, и их создают с помощью программ. Сохранение файла на жестком диске или другом носителе выполняет та же программа, в которой создавался файл. И когда файл уже готов, он поступает в файловую систему на хранение. Его можно записать в уже имеющуюся папку или создать для него новую. Эти задачи относятся к операциям с файловой системой.

Файловая система представляет своим именам 2 сервиса:

1. Сервис хранения. Клиентам не обязательно знать о физических характеристиках дисков, или о том в каком месте расположены файлы. Файловая система должна принимать меры, чтобы не потерять доверенного ей файла даже в случае а или программного сбоя.

2. Сервис каталога. Клиент может задавать для файлов удобный текстовые имена, группируя их по каталогам с учётом отношений между ними. Кроме того возможности управлять доступом других пользователей к своим файлам, указывая, кто имеет разрешение на доступ к каждому файлу и какие именно.

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 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.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Операционная система Android основана на ядре GNU/Linux (далее Linux), поэтому у всех имеется одинаковая файловая система (ФС), значительно отличающаяся от ФС ОС Windows, и в целом, у Linux и Android есть много общего. Так в чём же состоит отличие?

Во-первых, типом файловой системы. В Windows мы сталкивались в основном с двумя типами ФС FAT32 и NTFS. В Linux чаще всего используются следующие типы файловых систем EXT2, EXT 3, EXT 4. В Android помимо выше названных типов ФС часто встречаются типы F2FS и YAFFS2. От типа файловой системы зависит минимальный и максимальный размер файла, который может хранится в этой файловой системе атрибуты файлов и прочее. Некоторые атрибуты ФС Linux связаны с тем, что Linux является многопользовательской системой.

Во-вторых, отличается строение (ветвление, адреса) файловой системы. Если в Windows мы привыкли видеть каждый физический, логический диск, или подключаемый usb-накопитель, или карту памяти как отдельный физический накопитель, к примеру C:/, то в Linux мы такого не увидим. В Linux нет разницы, где находится раздел с файловой системой, съёмный ли это накопитель или это раздел встроенного накопителя или жёсткого диска, где установлен Windows, монтироваться всё это может одинаково по одному адресу. Поэтому по адресу папки нельзя определить физические свойства: отдельный ли это жёсткий диск, или карта памяти или папка. В Linux есть одна «корневая» файловая система в виде дерева, в которую подключаются другие ФС. В Linux нет локальных дисков, DVD-rom-ов, съёмных накопителей как в Windows, всё находится в едином адресном пространстве, которое начинается со знака /. Если мы подключаем usb-накопитель, мы можем найти его по адресу /mnt/usbdisk, но не обязательно. Чтобы можно было считывать и записывать данные на USB-накопителе, его необходимо монтировать, то есть подключить к корневой файловой системе.

В Linux подключаемые накопители далеко не всегда монтируются автоматически. Android же ближе к пользователю, поэтому подключаемые карты памяти или USB накопители, чаще всего монтирует автоматически, но вот адрес монтирования может отличаться.

Файловая система создается и унаследует все характеристики при форматировании внешних носителей памяти: лазерных дисков, флеш – памяти, переносных жестких дисках и т. д.

Рассмотрим характеристики современных файловых систем NTFS и ReFS, EXT 2, F2FS (таблица 1).

Таблица 1 - Сравнение ограничений файловых систем

Ограничения файловых систем	NTFS	ReFs	EXT 2	F2FS
Максимальный размер файла	16 Tбайт минус 1 Кбайт	18,3 Эбайт минус 1 байт	16 Гбайт – 2 Тбайта	3,94 Тебибайт
Максимальные размер тома	18,4 Эбайт минус 1 кластер	402 Эбайт	32 Тбайта	16 Тебибайт
Максимальное количество файлов на томе/в директории	4,3 109 (млрд)	18 1012 (трлн)	1018 (квинтн)	Зависит от размера тома
Максимальная длина имени файла Юникода	255 символов	32 767 символов	255 символов	255 символов

Базовым понятием файловой системы является индексный дескриптор. Это специальная структура, которая содержит информацию об атрибутах и физическом расположении файла. Индексные дескрипторы объединены в таблицу, которая содержится в начале каждой группы блоков.

Каталоги могут содержать внутри себя другие каталоги или файлы. Физически каталог представляет из себя специальный файл, содержащий записи произвольной длины. Каждая запись хранит в себе следующие данные:

номер индексного дескриптора файла; размер записи; длина имени файла; имя файла.

Подобная организация каталога позволяет хранить в нём длинные имена файлов без потери места на диске.

Когда операционная система пытается найти расположение файла (или каталога) на диске, она по очереди загружает в память содержимое каждого каталога, указанного в пути к файлу (или каталогу), чтобы по имени найти индексный дескриптор следующего каталога, указанного в пути. Обход каталогов продолжается, пока необходимый файл или каталог не будет найден.

Таким образом я доказал, что файловая система – это внутренний механизм операционной системы, который обеспечивает работу с файлами и папками. От выбора файловой системы зависит, какими именно возможностями будет обладать операционная система, и какие операции можно будет проводить с объектами файловой системы, включая файлы и папки (каталоги). Во всём должна быть система. Даже если ты принципиально не придерживаешься никаких систем, то должен делать это последовательно и систематически. По-моему это относится не только к работе электронных устройств «как часы», но и к работе пользователя. И я сам для себя определил – необходимо устанавливать доброжелательные отношения с родными, друзьями, быть в мире с самим собой. Из всего строится система взаимопонимания, как у файловой системы с операционной системой.

Список используемой литературы

1. Партыка, Т. Л., Операционные системы и среды и оболочки [Текст]: учебное пособие/ , //Профессиональное образование - М.:ФОРУМ – ИНФРА – М, 2-е изд. испр. и доп., 2010. – 528 с.

2. Синицин, системы [Текст]: учебник для студ. высш. учеб. заведений / , А, В. Батаев, . / М.: Издательский центр «Академия», 2011. — 304 с.

Интернет-ресурсы:

https://ru. wikipedia. org/wiki/ Файловая система https://ru. wikipedia. org/wiki/F2FS