Файловые системы. Структура файловой системы

Файловая система – часть операционной системы, управляющая размещением и доступом к файлам и каталогам на диске.

Доступ – процедура установления связи с памятью и размещенными в ней файлами для записи и чтения данных.

Файл – логически связанная совокупность данных или программ, для размещения которой во внешней памяти выделяется именованная область.

Файл служит учетной единицей информации в ОС. Любые действия с информацией в ОС осуществляются над файлами: запись на диск, вывод на экран, ввод с клавиатуры, печать, считывание информации и др.

Для характеристики файла используются следующие параметры:

Полное имя;

Объем в байтах;

Дата создания;

Время создания;

Специальные атрибуты: R (Read only) – только для чтения, Н (Hidden) – скрытый файл, S (System) – системный файл, A (Archive) – архивированный файл.

Атрибуты – это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами. Назначение атрибутов показано в табл. 2.1.

Таблица 2.1

На диске файл не требует для своего размещения непрерывного пространства, может занимать свободные кластеры в разных частях диска. Кластер является минимальной единицей пространства диска, которое может быть отведено файлу. Файл может занимать как один кластер, так и несколько десятков
в зависимости от объема информации, содержащейся в файле. Размер кластера (4К, 8К, 16К, 32 Кбайт и т. д.) зависит от типа файловой системы (FAT, HPFS, NTFS) и емкости диска.

Файловая система FAT (File Allocation Table) – это таблица размещения файлов DOS и Windows 9х, изначально разрабатывавшаяся для гибких дисков. Преимуществом FAT являются широкая распространенность и поддержка большинством ОС. Различают FAT16 и FAT32, использующие для адресации 16 и 32 бита соответственно, в результате адресующие 2 16 и 2 32 кластеров. Файловая система FAT16 позволяет адресовать 2 16 = 65 536 кластеров. В результате для логического диска емкостью 500 Мбайт каждый кластер занимает 8 Кбайт, а для диска 1,0 Гбайт размер кластера становится уже 16 Кбайт. Поэтому при хранении файла небольшого размера (меньше 1 Кбайта) значительная часть кластера не будет использована. Чем больше размер раздела жесткого диска, тем больше объем минимальной выделяемой файлу неделимой области памяти и тем больше потери. Эти потери существенно сокращаются при использовании более эффективных файловых систем. Файловая система HPFS (High Performance File System) позволяет преодолеть и ряд других недостатков FAT.

Например, при использовании HPFS:

Увеличивается скорость поиска файла и работы с ним за счет того, что информация о файле располагается рядом с самим файлом;

Устраняется фрагментация файлов, приводящая к снижению быстродействия системы и износу дисков.

Аналогичный эффект дает применение файловой системы NTFS (Windows NT). Файловая система NTFS (NT File System) – разработка компании Microsoft, является развитием файловой системы HPFS. Она поддерживает диски объемом до 16 777 216 Терабайт и содержит две копии MFT (Master File Table) с системой транзакций (запросов на изменение данных) при записи файлов на диск, что увеличивает надежность. NTFS гарантирует сохранность данных в случае копирования, перемещения и удаления файлов или папок, даже если при этом произойдет программно-аппаратный сбой и отключение электропитания.

В файлах могут храниться разнообразные виды и формы представления информации: тексты, рисунки, чертежи, числа, программы, таблицы и т. д. Особенности конкретных файлов определяются их форматом. Под форматом понимается элемент языка, в символическом виде описывающий представление информации в файле.

Логические диски, на которые записываются файлы, именуются операционной системой А:, В:, С:, D: и т. д. На дисках организуются каталоги (папки) – справочники файлов с указанием их месторасположения на диске. В каталогах хранятся полные имена файлов, а также такие характеристики, как дата и время создания, объем в байтах, специальные атрибуты. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их создателем (по типу, принадлежности, назначению, времени создания и т. д.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными . Такая структура файловой системы называется иерархической . Верхний уровень иерархии – корневой каталог диска. Всегда имеется единственный корневой каталог (для ОС Windows корневым каталогом является Рабочий стол), в котором располагаются каталоги (папки) и файлы. Каждая папка,
в свою очередь, может содержать вложенные папки и файлы и т. д.

Различают два состояния папки – текущее (активное) , в котором работа пользователя производится в текущее машинное время, и пассивное , в котором в данный момент времени не имеется связи с папкой.

К функциям обслуживания файловой структуры относятся следующие операции, происходящие под управлением операционной системы:

Создание файлов и папок и присвоение им имен;

Переименование файлов и папок;

Копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между папками одного диска;

Удаление файлов и папок;

Навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, папке;

Управление атрибутами файлов.

По способам именования файлов различают «короткое» и «длинное» имя. «Короткое» имя файла состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени . На собственно имя файла отводится 8 символов, а на его расширение –
3 символа. Имя от расширения отделяется точкой. Как имя, так и расширение могут включать только алфавитно-цифровые символы латинского алфавита. «Короткое» имя формируется по правилам формирования имен файлов операционной системы MS DOS. Расширение обычно описывает формат файла, например:

Основной недостаток «коротких» имен – их низкая содержательность. Далеко не всегда удается выразить несколькими символами характеристику файла, поэтому с появлением операционной системы Windows 95 было введено понятие «длинного» имени. Такое имя может содержать до 255 символов. «Длинное» имя может содержать любые символы, кроме девяти специальных:

\ / : * ? " < > |

В имени разрешается использовать пробелы и несколько точек. Расширением имени считаются все символы, идущие после последней точки.

В иерархической структуре данных адрес файла задается маршрутом (путем доступа) , ведущим от вершины структуры к файлу. При записи пути доступа к файлу, проходящего через систему вложенных папок, все промежуточные папки разделяются между собой символом «\» (обратная косая черта). Полное имя файла содержит название диска, путь доступа и имя файла (пример представлен на рис. 2.1).

С:\Мои документы\Текущие\Рефераты\Операционные системы.doc

Рис. 2.1. Полное имя файла

Сегодня при инсталляции Windows 2000, или Windows XP перед тобой неизменно встает вопрос: "Какую файловую систему предпочесть - FAT 32 или NTFS?". И многие, решив, что "с FAT я уже знаком" останавливают свой выбор именно на FAT32. Да что далеко ходить - даже в X в одной из статей автор писал, что "при установке Win 2000 я оставил FAT32, потому что на ней система работает быстрее"… Что здесь неправильно? Да то, что быстрее она работать попросту не может… Так что тебе, чтобы не повторять подобных ошибок, было бы полезно хотя бы понимать "как все устроено". Надеюсь этот краткий обзор тебе поможет - мы рассмотрим FAT16, FAT32 и NTFS.(FAT16 полезно рассмотреть по той
причине, что от FAT32 ее отличает очень не многое и полезно эти отличия хотя бы знать).

Файловая система FAT работает с единицами дискового пространства, называемыми кластер. Каждый кластер может включать один или несколько секторов жесткого диска (твой хард обычно разбит на сектора по 512 байт). Из чего следует, что минимальный размер кластера - 512 байт. Для хранения одного файла можно использовать один или несколько кластеров. Каждому кластеру диска в таблице FAT соответствует отдельная запись, которая либо указывает на следующий кластер файла, либо содержит метку конца файла. В составе каждого каталога хранятся имена входящих в него файлов. Вместе с именем файла хранится указатель на первый кластер этого файла. Помимо этого в каталоге хранится дата создания файла, его размер и атрибуты. Атрибуты могут указывать на то, что файл является скрытым, зарезервированным для использования операционной системой, требует архивирования (резервного копирования) или предназначен только для чтения.

Это теория, а теперь недостатки: ты никогда не задумывался, что значит "16" в названии файловой системы? А значат они то, что таблица размещения файлов FAT (File Allocation Table) идентифицирует записи, соответствующие дисковым кластерам, при помощи 16-разрядных чисел. Таким образом, в таблице можно разместить не более 65 536 записей (2 в 16-ой степени). А если учитывать то, что максимальный размер кластера - 32 Кбайта, то выходит, что максимальный раздел дискового тома - 2 Гбайта. У тебя логические диски на винте наверное ГОРАЗДО большего размера? Это недостаток номер "раз"(хотя надо отметить, что FAT32 этот недостаток почти что преодолела). Недостаток номер два - это то, что для хранения ВСЕХ файловых атрибутов система FAT использует всего 1 байт. Как ты думаешь много ли можно засунуть в один байт? Правильно именно по этой причине нельзя хранить ни сведения о праве доступа к файлу, ни о его владельце… Недостаток номер "три" кроется в том, что при использовании FAT больший размер дискового тома означает больший размер кластера, а одна из главных "невкусностей FAT" - это то, что один файл = как минимум один кластер. Пример: имеем размер кластера 32 Кбайта и файл размером в 2 Кбайта - в результате файл занимает весь кластер, т.е. мы теряем 30 Кбайт…Примерно тоже самое получится, если файл будет размером 34 Кбайта - тогда он займет два кластера и во втором мы опять потеряем 30 Кбайт… Недостатки номер "четыре и пять" - сведения о физическом расположении файлов хранятся в одном месте - таблице размещения файлов FAT, что: а) увеличивает вероятность повреждения и потери всей информации; б) снижает скорость поиска, т.к. для поиска определенного файла нужно обработать всю таблицу.
Нужно признать, что FAT16 создавалась давно, во времена MS-DOS и требованиям того времени вполне удовлетворяла…

Эта файловая система пришла на смену FAT16. Если ты внимательно читал предыдущий параграф, то уже понял, что ее отличие в том, что таблица размещения файлов FAT (File Allocation Table) идентифицирует записи, соответствующие дисковым кластерам, при помощи 32-разрядных чисел. В соответствии с этим максимальное количество записей становится равным 4 294 967 296 (2 в 32-ой степени). В связи с чем максимальный размер дискового тома существенно увеличивается (до 2 Тбайт). Однако это позволяет преодолеть лишь недостаток номер "раз", однако все остальные - увы остаются… И что особенно обидно для владельцев небольших винтов - нерациональное расходование дискового пространства… а также частые повреждения разнообразной природы и т.д. Скандиск у любителей FAT не знает, что такое отдых….

Расшифровывается как New Technology File System - как ты наверное понял из названия - это круто и здорово… и причем это не только слова! По сравнению с FAT файловая система NTFS обладает куда более сложной структурой и куда более широкими
возможностями. В отличии от FAT, файловая система NTFS не хранит всю информацию о расположении файлов в одном месте. Вместо этого сведения о распределении дискового пространства между файлами сохраняются в составе специальных пакетов, которые могут располагаться в любом месте раздела
(помнишь недостаток "четыре" у системы FAT?). Структура каталогов NTFS также отличается от структуры каталогов FAT. Дисковые каталоги NTFS лучше приспособлены для осуществления поиска файлов, так как записи о файлах сохраняются с использованием бинарного дерева, а не простого линейного списка (как это было в FAT). Это означает, что для того, чтобы обнаружить файл, требуется проанализировать меньшее количество записей (теперь подумай прав ли автор, которого я упомянул вначале статьи). А если к этому еще прибавить возможность индексирования, то система будет просто летать!

Файловая система NTFS обладает встроенной поддержкой длинных имен и расширяемых файловых атрибутов. Благодаря этому разделы NTFS могут хранить информацию, связанную с защитой файлов (например, списки ACL), аудитом доступа к файлам, а также сведения, связанные с правами на владение файлами. (теперь, ты можешь поставишь запрет на доступ к каталогу с порнушкой для всех, кроме себя и тебя не
понадобиться для этого какие-либо дополнительные проги, которых так много расплодилось для Win9X c ее FAT32!)

Задание дисковой квоты - еще одна возможность NTFS, связанная с возможностью сохранения расширенного количества атрибутов файла. Заключается она в том, что определенному пользователю можно назначить определенный размер дискового пространства, который он может использовать для хранения своих файлов (ты наверно уже сталкивался с этим, если имел дело с каким
либо хостингом). Если же ты подобного опыта не имел, то объясняю: при попытке сохранения файла, система анализирует размер всех файлов, которые уже принадлежат тебе (ага, по тому самому атрибуту "владелец" о котором говорилось только что) и сравнивает с назначенной тебе дисковой квотой. Если остаток квоты достаточен для размещения этого файла, то будет выполнено сохранение, в противном случае тебя пошлет подальше сообщением "превышена дисковая квота". Какая польза от этого? Конечно ты не собираешься открывать на своем компе бесплатный хостинг… но вот не позволить младшему братишке забить весь винт своими
дурацкими игрушками - это запросто (выдели ему 500 Мегабайт - пусть попробует погамится;-)).

Если при использовании FAT самое лучшее на что ты мог рассчитывать - это то, что файл будет занимать на диске не более, чем собственный размер, то при использовании NTFS можешь об этом забыть! В NTFS минимальная единица равна сектору жесткого диска и один файл не означает один кластер! Помимо этого файловая система поддерживает атрибут, позволяющий осуществлять индивидуальную компрессию файлов и каталогов. Пример: У меня есть каталог размером 80 мегабайт. После компрессии он занимает на диске 30 мегабайт "c кепкой"…

Новые возможности NTFS5 и Windows 2000 позволяют
задействовать архитектуру открытых ключей
для шифрования файлов, каталогов или томов
с помощью EFS. Кроме того наверняка всех
порадует возможность монтирования. С
помощью данной фишки можно подсоединить
любой диск/хард в любое место файловой
системы - например папку C:\XXX\ назначить на
твой логический диск Р: (что значит порно:).

Ну и в довершение всего NTFS поддерживает ОЧЕНЬ большие диски - до 16 экзабайт. (экзабайт - это 1 073 741 824 Гигабайт). Простой пример: Если жесткий диск способен записать 1 мегабайт данных в секунду, то для того, чтобы записать один экзабайт (заметь один, а не шестнадцать), ему потребуется 1000 миллиардов секунд. В одном году 3 миллиона секунд. Следовательно, чтобы сохранить один экзабайт данных потребуется 300 000 лет… Я тут слышал, что собираются запустить корабль к ближайшей звезде - Альфа-Центавра. Предполагают, что он долетит туда за 200 лет…

Итак, если ты идешь в ногу со временем, то твой выбор - NTFS. Но не забывай, что за всеми ее "вкусностями" таится одна проблема - ее из под DOS не видно. Поэтому раньше те, кто боялся падения системы на NTFS не переходили. Но это было раньше! Теперь с приходом Windows 2000 появилась новая возможность - "консоль восстановления", которая позволить тебе получить доступ к разделу NTFS, даже если операционка повреждена. Установить сие чудо довольно просто: после установки ОСи, просто запусти программу установки заново с ключом "/cmdcons", после чего консоль восстановления добавится в меню выбора операционной системы.
Ну а если тебе по душе старое и простое - то FAT создан именно для тебя….

Файловые системы семейства Windows.

Файловая система определяет принципы хранения данных на физическом носителе. Например, файловая система определяет, как должны сохраняться данные файла, какая информация (например, имя, дата создания и т.п.) о файле должна храниться и каким образом. Формат хранения данных определяет основные характеристики файловой системы.

При рассмотрении характеристик файловых систем важным понятием является понятие кластера. Кластер - это минимальный блок данных, размещаемый на носителе. Файловая система использует кластеры для более эффективного управления дисковым пространством. Размер кластера всегда кратен размеру сектора диска. Потенциальный недостаток кластеров большого размера - это менее эффективное использование дискового пространства, поскольку данные одного файла и каталога всегда выделяется целое число кластеров. Например, если размер кластера составляет 32 Кб, то файл размером 100 байт все равно займет на диске 32 Кб.

В настоящее время существует большое количество файловых систем, отличающихся друг от друга целевым использованием (например, ориентацией только на конкретный вид носителей) и различными характеристиками. В Windows XP, также как и в Windows Server 2003, поддерживаются следующие файловые системы:

• FAT (File Allocation Table) - файловая система, разработанная для MS-DOS и являющаяся основной для Windows 3.x и 9x. Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают три разновидности FAT: FAT12, FAT16 и FAT32. Первые две обеспечивают совместимость со старыми ОС Microsoft. Кроме того, FAT12 используется как формат хранения данных на гибких дисках. FAT 32 - модифицированная версия FAT, используемая в Windows 95 OSR2, Windows 98 и Windows Millennium.
• NTFS (Windows NT file system) - файловая система, разработанная специально для Windows NT и унаследованная Windows 2000, Windows XP, Windows 2003.
  CDFS (Compact Disk File System) - файловая система компакт-дисков.
  UDF (Universal Disk Format) - универсальный формат дисков, используемый современными магнитооптическими накопителями и, прежде всего, технологией DVD.

У каждой системы есть свои полезные свойства, но возможности защиты и аудита систем различны. На выбор файловой системы оказывают влияние следующие факторы: цель, для которой предполагается использовать компьютер, аппаратная платформа, количество жестких дисков и их объем, требования к безопасности, используемые в системе приложения.

Файловые системы FAT12 и FAT16.

Файловая система FAT (File Allocation Table) получила свое имя в соответствии с названием метода организации данных - таблицы распределения файлов. FAT (или FAT16) первоначально была ориентирована на небольшие диски и простые структуры каталога. Затем ее усовершенствовали для обеспечения работы с большими дисками и мощными персональными компьютерами.

Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают файловую систему FAT по трем причинам:

• для возможности обновления операционной системы с прежних версий Windows;
• для совместимости с другими операционными системами при многовариантной загрузке;
• как формат гибких дисков.

В название каждой версии FAT входит число, которое указывает разрядность, применяемую для идентификации кластеров на диске. 12-разрядный идентификатор кластеров в FAT12 ограничивает размер дискового раздела 212 (4096) кластерами. В Windows используются кластеры размером от 512 байт до 8 Кб, так что размер тома FAT12 ограничен 32 Мб. Поэтому Windows использует FAT12 как формат 5,25- и 3,5-дюймовых дискет, способных хранить до 1,44 Мб данных.

FAT16 - за счет 16-разрядных идентификаторов кластеров - может адресовать до 216 (65 536) кластеров. В Windows размер кластера FAT16 варьируется от 512 байт до 64 Кб, поэтому размер тома FАТ16 ограничен 4 Гб. Размер кластеров, используемых Windows, зависит от размера тома.

Размеры кластеров в FAT16 по умолчанию (в Windows)

Файловая система FAT не обеспечивает функций защиты данных и автоматического восстановления. Поэтому она используется, только если альтернативной системой на компьютере является MS-DOS или Windows 95/98, а также для передачи данных на гибких дисках. В остальном использовать FAT не рекомендуется.

Файловая система FAT32.

Модифицированная версия FAT - FAT32 - позволяет создавать разделы большие, чем в FAT16, и применять кластеры меньшего размера, что приводит к более эффективному использованию дискового пространства. Впервые FAT32 появилась в Windows 95 OSR2. Она также поддерживается в Windows 98 и Windows Millennium.

FAT32 использует 32-разрядные идентификаторы кластеров, но при этом резервирует старшие 4 бита, так что эффективный размер идентификатора кластера составляет 28 бит. Поскольку максимальный размер кластеров FAT32 равен 32 Кб, теоретически FAT32 может работать с 8-терабайтными томами. Однако реализация FAT32 в Windows XP / Windows 2003 не позволяет создавать тома, превышающие 32 Гб, но ОС может задействовать существующие тома FAT32 любого размера.

Размер кластеров на томах FAT32 (по умолчанию)

Помимо большего предельного числа кластеров преимуществом FAT32 перед FAT12 и FAT16 является следующее:

• место хранения корневого каталога FAT32 не ограничено предопределенной областью тома, поэтому его размер не ограничен;
• для большей надежности FAT32 хранит вторую копию загрузочного сектора.

Файловая система NTFS.

Файловая система NTFS - наиболее надежная система, специально разработанная для Windows NT и усовершенствованная в более поздних версиях Windows.

NTFS использует 64-разрядные индексы кластеров. Это позволяет NTFS адресовать тома размером до 1б экзабайт (1б миллиардов Гб). Однако Windows XP ограничивает размеры томов NTFS до значений, при которых возможна адресация 32-разрядными кластерами, т. е. до 128 Тб (с использованием кластеров по 64 Кб).

Размер кластеров на томах NTFS:

Одно из важнейших свойств NTFS - восстанавливаемость . При неожиданном сбое системы информация о структуре папок и файлов на томе FAT может быть утеряна. NTFS протоколирует все вносимые изменения. Это позволяет избежать разрушения данных о структуре тома (Однако при этом данные файлов в некоторых случаях могут быть утеряны). Благодаря возможности шифровать файлы и папки, и устанавливать запрет на доступ к ним использование файловой системы NTFS повышает безопасность компьютера.

NTFS поддерживает ряд дополнительных, по сравнению с FAT возможностей. Основные из них перечислены ниже:

• защита файлов и каталогов
• сжатие файлов
• поддержка многопоточных файлов
• отслеживание связей
• дисковые квоты
• шифрование
• точки повторной обработки
• точки соединения
• теневые копии

Рано или поздно начинающий пользователь компьютера сталкивается с таким понятием, как файловая система (ФС). Как правило, впервые знакомство с данным термином происходит при форматировании носителя информации: логические диски и подключаемые носители (флешки, карты памяти, внешний жесткий диск).

Перед форматированием операционная система Windows предлагает выбрать вид файловой системы на носителе, размер кластера, способ форматирования (быстрое или полное). Давайте разберемся, что же такое файловая система и для чего она нужна?

Вся информация записывается на носитель в виде , которые должны располагаться в определенном порядке, иначе операционная система и программы не смогут оперировать с данными. Этот порядок и организует файловая система с помощью определенных алгоритмов и правил размещения файлов на носителе.

Когда программе требуется файл, записанный на диске, ей нет необходимости знать, как и где он хранится. Все, что от программы требуется – это знать имя файла, его размер и атрибуты, чтобы передать эти данные файловой системе, которая обеспечит доступ к нужному файлу. То же самое происходит и при записи данных на носитель: программа передает информацию о файле (имя, размер, атрибуты) файловой системе, которая сохраняет его по своим определенным правилам.

Для лучшего понимания представьте библиотекаря, который выдает клиенту книгу по ее названию. Или в обратном порядке: клиент сдает прочитанную книгу библиотекарю, который размещает ее обратно на хранение. Клиенту совсем нет необходимости знать, где и как хранится книга, это обязанность служащего заведения. Библиотекарь знает правила каталогизации библиотеки и согласно этим правилам разыскивает издание или размещает его обратно, т.е. выполняет свои служебные функции. В данном примере библиотека – это носитель информации, библиотекарь – файловая система, клиент – программа.

Основные функции файловой системы

Основными функциями файловой системы являются:

• размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
• определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
• создание, чтение и удаление файлов;
• назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
• определение структуры файла;
• организация каталогов для логической организации файлов;
• защита файлов при системном сбое;
• защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого.

Информация, записываемая на жесткий диск или любой другой носитель, размещается в нем на основе кластерной организации. Кластер представляют собой своего рода ячейку определенного размера, в которую помещается весь файл или его часть.

Если файл имеет размер кластера, то он занимает только один кластер. Если размер файла превышает размер ячейки, то он размещается в нескольких ячейках-кластерах. Причем свободные кластеры могут находиться не рядом с другом, а быть разбросанными по физической поверхности диска. Такая система позволяет наиболее рационально использовать место при хранении файлов. Задача файловой системы — разложить файл при записи по свободным кластерам оптимальным образом, а также собрать его при чтении и выдать программе или операционной системе.

Виды файловых систем

В процессе эволюции компьютеров, носителей информации и операционных систем возникало и пропадало большое количество файловых систем. В процессе такого эволюционного отбора, на сегодня для работы с жесткими дисками и внешними накопителями (флешки, карты памяти, внешние винчестеры, компакт диски) в основном используются следующие виды ФС:

1. FAT32
2. ISO9660

Последние две системы предназначены для работы с компакт дисками. Файловые системы Ext3 и Ext4 работают с операционными системами на основе Linux. NFS Plus – это ФС для операционных систем OS X, используемых в компьютерах фирмы Apple.

Самое большое распространение получили файловые системы NTFS и FAT32 и это не удивительно, т.к. они предназначены для операционных систем Windows, под управлением которых работает подавляющее большинство компьютеров в мире.

Сейчас FAT32 активно вытесняется более продвинутой системой NTFS по причине ее большей надежности к сохранности и защите данных. К тому же последние версии ОС Windows просто не дадут себя установить, если раздел жесткого диска будет отформатирован в FAT32. Программа установки потребует отформатировать раздел в NTFS.

Файловая система NTFS поддерживает работу с дисками объемом в сотни терабайт и размером одного файла до 16 терабайт.

Файловая система FAT32 поддерживает диски до 8 терабайт и размер одного файла до 4Гб. Чаще всего данную ФС используют на флешках и картах памяти. Именно в FAT32 форматируют внешние накопители на заводе.

Однако ограничение на размер файла в 4Гб на сегодня уже является большим минусом, т.к. в связи с распространением высококачественного видео, размер файла с фильмом будет превышать это ограничение и его будет невозможно записать на носитель.

Ядром операционной системы является модуль, который обеспечивает управление файлами - файловая система .

Основная задача файловой системы - обеспечение взаимодействия программ и физических устройств ввода/вывода (различных накопителей). Она также определяет структуру хранения файлов и каталогов на диске, правила задания имен файлов, допустимые атрибуты файлов, права доступа и др.

Обычно файловую систему воспринимают и как средство управления файлами, и как общее хранилище файлов.

Файл - это поименованная последовательность любых данных, стандартная структура которой обеспечивает ее размещение в памяти машины. Файл может содержать программу, числовые данные, текст, закодированное изображение или звук и др. Для каждого файла на диске выделяется поименованная область, причем файл не требует для своего размещения непрерывное пространство, так как может занимать свободные кластеры в разных частях диска.

Имя файла - это символьная строка, правила построения которой зависят от конкретной файловой системы. Максимальная длина имени файла в Windows составляет 255 символов. Имена могут содержать любые символы, включая пробелы, кроме следующих: прямой и обратный слэш (\ и /), двоеточие (:), звездочка (*), знак вопроса (?), двойная кавычка ("), знаков меньше и больше (< и >), знака «трубопровода» (|). Система сохраняет использованные в длинных именах строчные буквы.

Помимо имени, файл имеет расширение (тип) длиной до 3 символов, которое отделяется от имени точкой. К свойствам файла также относятся: реальный размер и объем занимаемого дискового пространства; время создания, последнего изменения и доступа; имя создателя файла; пароль для доступа, атрибуты и др.

Файл может иметь следующие атрибуты:

R (Read-Only) - «только для чтения». При попытке модифицировать или удалить файл с этим атрибутом будет выдано соответствующее сообщение.

H (Hidden) - «скрытый файл». При просмотре содержимого папки (без специальных установок или ключа) сведения о файлах с таким атрибутом не выдаются.

A (Archive) - «неархивированный файл». Этот атрибут устанавливается при создании каждого файла и снимается средствами архивации и резервирования файлов.

Для удобства работы с файлами и их систематизации на диске создаются папки (каталоги), структура которых определяет логическую организацию данных.

Папка (каталог) - это специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения об их размерах, времени последнего обновления и т.д. Имена папок образуются по тем же правилам, что и имена файлов.

Структура папок в Windows иерархическая (древовидная). Папка самого верхнего уровня - главная (корневая) - создается автоматически и не имеет имени. В ней находятся сведения не только файлов, но и о папках первого уровня (папки первого и последующих уровней создаются пользователем). Папка, с которой в данный момент работает пользователь, называется текущей .

С папками и файлами могут выполняться операции создания, удаления, копирования и перемещения, а также изменение их свойств и управление доступом.

Физическая организация данных на носителе зависит от файловой системы, которая предусматривает выделение в процессе форматирования диска специальных областей: системной области иобласти данных . Основными компонентами системной области являются: загрузочная запись, таблицы размещения файлов и корневой каталог (папка). Область данных содержит файлы и папки.

Вся область данных диска делится на кластеры ,которые представляют собой неделимые блоки данных одного размера на диске. Все кластеры пронумерованы. В самом начале диска размещается таблица размещения файлов, содержащая столько записей, сколько кластеров доступно на диске. В ней содержатся сведения о номерах кластеров, в которых размещается файл, отмечены неиспользуемые кластеры, а также поврежденные кластеры, которые помечаются определенным значением, после чего уже никогда не употребляются.

Каждый кластер файла содержит номер следующего в цепочке его кластеров. Таким образом, достаточно знать номер первого кластера в цепочке, который хранится в оглавлении диска, чтобы определить номера всех кластеров, содержащих данный файл. Занимаемый файлом объем кратен количеству кластеров. Наличие у каждого кластера индивидуального номера позволяет найти область расположения файла, причем необязательно, чтобы его кластеры располагались рядом. Если разные фрагменты файла располагаются в несмежных кластерах, то говорят о фрагментации файла.

Каждый диск на компьютере имеет уникальное имя. Диски именуются буквами латинского алфавита. Обычно накопителю на гибком магнитном диске (НГМД) присваивается имя А:, а винчестеру (НЖМД) - С:.

Жесткий диск представляет собой физическое устройство. Для организации эффективной работы с дисковым пространством жесткого магнитного диска с помощью специальной программы его разбивают на ряд разделов - логических дисков , каждый из которых рассматривается системой как отдельный диск и именуется последующими буквами латинского алфавита (D, E и т.д.).

Windows XP позволяет форматировать жесткий диск в файловой системе FAT или NTFS.

Система FAT (File Allocation Table) - представляет собой таблицу размещения файлов MS-DOS и Windows 9x и Me, поэтому понимается этими ОС. Но она имеет низкую отказоустойчивость, и при аварийном отключении питания велика вероятность потери данных.

Система NTFS (New Technology File System) - была разработана Microsoft специально для Windows NT. Она гарантирует сохранность данных в случае копирования даже при программно-аппаратном сбое или отключении электропитания, превосходит FAT по эффективности использования ресурсов (например, работает с файлами размером более 4 Гб), предоставляет возможность создавать «динамические» жесткие диски, объединяющие несколько папок, предоставляет средства для разграничения доступа и защиты информации и др.

Перевод логического диска из FAT в NTFS осуществляется штатной программой Windows или специальными программами без потери информации. Также существуют специальные программы, которые могут производить конвертацию из NTFS в FAT, однако в большинстве случаев такой перевод требует форматирования диска.

На диске может храниться огромное количество разнообразных файлов. Для удобства работы с файлами, их систематизации по назначению, содержанию, авторству или другим признакам на диске создаются каталоги, структура которых определяет логическую организацию данных. Каталог - это специальное место на диске, в котором хранятся имена файлов, сведения об их размерах, времени последнего обновления, свойствах и т.д. Каталог самого верхнего уровня - корневой (главный) каталог диска создается автоматически и не имеет имени. В нем находятся имена не только файлов, но и подкаталогов первого уровня (каталоги первого и последующих уровней создаются пользователем). Подкаталог первого уровня может содержать имена файлов и подкаталогов второго уровня и т.д. Каталог, с которым в данный момент работает пользователь, называется текущим.

Имена файлов и их атрибуты хранятся в каталоге. Если в каталоге хранится имя файла, то говорят, что этот файл находится в данном каталоге. Обращение к каталогу, если он не корневой, осуществляется по имени 3 .

На каждом диске может быть несколько каталогов. В каждом каталоге могут присутствовать файлы и другие каталоги. В зависимости от файловой системы структура каталогов может быть древовидной, когда каталог может входить только в один каталог более высокого уровня (рис. 3.2, а), и сетевой, когда каталог может входить в различные каталоги (рис. 3.2,6). Сетевая структура реализована в Unix, древовидная - в ОС семейства Windows.

Рис. 3.2. Структура каталога: а - древовидная; б - сетевая

В Windows каталог называется папкой. С папками (каталогами) и файлами могут выполняться операции создания, удаления, копирования и перемещения, а также изменение их свойств и управление доступом.