ФАЙЛОВЫЕ СИСТЕМЫ

Информация на дисках или других магнитных носителях хранится в файлах. Файл (file) -- поименованная целостная совокуп- I юсть данных на внешнем носителе. Он может представлять собой ICKCT документа или программы, графическую информацию, наборы различных данных, модули, записанные в машинных кодах, и нр.

Файлы, предназначенные для чтения человеком, обычно назві вают текстовыми. Если в файле присутствуют только символы с кодами от 1 до 127 (файлы, не содержащие символов национальных шрифтов и псевдографических изображений), то они называются АУС/Т-файлами.

Каждый файл на диске имеет свое имя. Имя файла состоит из двух частей: собственной части имени файла и расширения.

По правилам DOS (до появления операционной системы Windows'95) общая длина имени файла не могла превышать 12 символов. Причем собственная часть имени файла содержала в себе от 1 до 8 символов, а расширение — не более трех символов. Собственная часть имени файла отделяется от расширения точкой. Файл может не иметь расширения, но в имени хотя бы один символ присутствовать должен.

C началом эксплуатации Windows'95 в правилах написания имен файлов произошли значительные перемены. У каждого файла появилось два варианта написания имени: короткий и длинный. Общее количество символов в длинном имени файла достигло 255, однако это имя параллельно записывается и в коротком варианте: если собственная часть имени файла превышает 8 символов, то для короткой записи оставляется 6 первых символов от длинного имени, а после них добавляется символ «~» и номер. Например, длинное имя documentation.doc записывается как docume~l.doc.

В имя собственной части и расширения могут входить буквы латинского алфавита (а в Windows'95 и русского), цифры и символы {[}]()@#$%^А&-_.

Собственная часть имени файла обычно несет смысловую нагрузку, и ее название полностью зависит от пользователя.

Расширение файла чаще всего является характеристикой, определяющей принадлежность файла к какому-либо программному продукту или описывающей характер информации, хранящейся в файле. Иными словами, расширение является характеристикой типа файла. Многие программы автоматически присваивают расширения созданным в них файлам. Это помогает пользователю ориентироваться при поиске нужного файла. Примеры некоторых расширений и объяснение назначения файла приведены в табл. 1.6.1.

Типы ФАЙЛОВ

Таблица 1.6.1

Ограничения при присвоении имени файлу:

1) собственная часть имени файла не может состоять или начинаться со следующих сочетаний:

PRN- наименование устройства (принтера);

LPT—указание на устройства, подключенные к параллельным портам;

AUX — наименование устройства, подключенного к асинхронному последовательному порту 1;

СОМ — наименования устройств, подключаемых к асинхронным последовательным портам;

USB — наименования устройств, подключаемых к универсальным портам;

CON — консоль, наименование устройства (клавиатура — при вводе информации, дисплей — при выводе);

NUL — «пустое» устройство, все операции ввода-вывода для которого игнорируются;

2) как в собственной части имени файла, так и в расширении не могут фигурировать следующие символы:

.

частью имени файла и расширением;

/ (прямой слеш) — служит для обозначения параметра в неко

торых программах и командах DOS;

\ (обратный слеш) — служит для обозначения корневого каталога и для разделения имен каталогов при указании адреса какого-либо файла;

: (двоеточие) — в паре с предшествующей ему буквой ла

тинского алфавита служит для обозначения имени диска;

* — символ шаблона, позволяющий подста

вить любое количество произвольных символов на свободные знакоместа;

? — символ шаблона, позволяющий подста

вить один произвольный символ на занимаемое им знакоместо;

> < — символы, переопределяющие стандартное

направление ввода-вывода информации.

Кроме того, нежелательны для использования символы скобок (круглых, прямоугольных, фигурных) и знаков «—» и «+» (минус и плюс), так как встречаются программы, воспринимающие эти символы как служебные.

Каталог (directory) — файл специального вида, в котором регистрируются файлы. При создании каталога ему присваивается имя. Правила задания имен каталогам такие же, что при задании имени файла. Единственное исключение составляет корневой каталог, имя которого состоит из одного символа — «\» (обратный слеш). Как правило, у каталогов не бывает расширений. Если внутри одного каталога создается другой, то первый по отношению ко второму является родительским, а второй по отношению к первому — дочерним, или подкаталогом. Количество каталогов и уровней их вложенности на диске определяется самим пользователем.

Корневой каталог создается на диске в момент его форматирования. Поэтому на диске может быть только один корневой каталог. Имя ему присваивается автоматически и впоследствии не может быть изменено никоим образом. Все другие каталоги создаются пользователем и являются по отношению к корневому подкаталогами.

В операционных системах, начиная с Windows’95 и более поздних, для обозначения подкаталогов применяется понятие «папка» (folder).

Имена устройств и накопителей на дисках.

Накопителям на дисках присваиваются имена, состоящие из двух символов: буквы латинского алфавита и символа «:» (двоеточие).

За дискетами, носителями на мягких (floppy) дисках, зарезервированы имена А : и В:.

Жесткому диску, винчестеру, присвоено имя C:. Если на ПКус- тановлено два винчестера, то второму присваивается имя D:.

Чаще всего, когда ПК снабжен одним жестким диском достаточно большой емкости, а на ПК работает несколько пользователей, винчестер «делят» на несколько частей^[28]. В этом случае физический диск как бы перестает существовать как единое целое, а представляет собой несколько логических областей (разделов) ~

томов, каждый из которых обладает всеми атрибутами самостоятельного диска: имеет имя, загрузочную область, таблицу расположения файлов, корневой каталог. В этом случае первому из логических дисков присваивается имя C:, а остальным последующие буквы латинского алфавита.

Если ПК снабжен устройством для работы с компакт-дисками (CD-ROM\ DVD-ROM), то его именем становится первая незанятая жесткими и логическими дисками буква.

В случае работы в сетевом режиме к ПК может быть подключен сетевой диск — физический или логический диск или каталог другого компьютера, которому в качестве имени присваивается очередная буква.

Некоторые пользователи пользуются «виртуальными» дисками — дисками, которых в действительности не существует. К таким дисками относятся каталоги, объявленные дисками по команде Subst.exe из пакета внешних команд, или организованная в виде диска часть оперативной памяти.

Подключенным к ПК устройствам типа Zip, съемный жесткий диск,/7я5/г-память и стример также присваиваются имена дисков.

Максимальное количество дисков, подключенных к ПК, — 26, но количеству букв латинского алфавита.

Дерево каталогов. Как уже говорилось, вся информация на дисках хранится в файлах, которые, в свою очередь, находятся в каталогах. Таким образом, для каждого диска может быть построена схема расположения файлов и каталогов. Такая схема получила название дерева каталогов (рис. 1.6.1).

Рис. 1.6.1. Дерево каталогов

Иногда применяется термин «уровень каталога». Под уровнем каталога понимается его положение относительно корневого ка-

талога. Так, в нашем примере (см. рис. 1.6.1) каталоги Windows, Personal, New__soft являются каталогами первого уровня, DrWeb, ClipArt, Help — второго, Libraty — третьего и т.д.

Дисковая операционная система без дополнительных инструкций в состоянии работать только с одним каталогом одного диска. Диск и каталог, в котором в данный момент времени происходит работа, называются текущими. Для каждого диска существует свой текущий каталог. Иногда текущий диск называют активным, а все оставшиеся доступные для работы диски —- пассивными. Имя текущего каталога активного диска выводится в приглашении дисковой операционной системы. Текущим каталогом пассивного диска, как правило, является корневой каталог этого диска или каталог, в котором происходила работа в бытность этого диска активным. В случае если в работе необходимо использовать файл, находящийся в другом каталоге (на другом диске), в команде указывается путь доступа к каталогу, хранящему этот файл,— полное имя файла.

Понятие полного имени и шаблона файла. Под полным именем файла понимается точный адрес его расположения на диске. Например, запись

с:\windows\command\country.sys говорит о том, что файл country.sys находится в каталоге command каталога windows корневого каталога диска C:.

Таким образом, общий вид полного имени файла можно представить как

[имя диска:][\путь\],

где в квадратные скобки помещены необязательные составляющие полного имени, а в угловые — обязательные. Под необязательными понимаются те части полного имени файла, которые при определенных обстоятельствах могут быть опущены.

Иногда используется понятие маршрута доступа к файлу. В этом случае указывается не полное имя файла, а только та его часть, которая не может быть подставлена автоматически. Часть полного имени файла, подставляемая автоматически, носит название адреса «по умолчанию». В качестве адреса по умолчанию обычно выступают имена текущего диска и текущего каталога.

Рассмотрим эти два понятия на примере: пусть текущим является каталог DOCUMENT из корневого каталога диска И:.

Предположим также, что текущим каталогом пассивного диска С: является каталог второго уровня \my_doc\ready.

Тогда в зависимости от маршрута доступа по умолчанию полное имя одного и того же файла будет определено согласно данным, приведенным в табл. 1.6.2.

Таблица 1.6.2

Пример маршрутизации доступа к файлу с применением адреса по умолчанию

Достаточно часто перед пользователем встает задача по выполнению каких-либо действий не над одним, а над группой файлов (просмотр списка файлов, копирование, переименование, перемещение, удаление), удовлетворяющих какому-то условию. H лом случае в качестве параметра к команде задается не имя конкретного файла, а шаблон имени. Шаблон — образец, по которому производится группировка файлов. Символами шаблона являются знаки «*» и «?».

Рассмотрим применение шаблона файла на ряде примеров.

Во многих прикладных программах шаблоны используются для задания фильтров: при выводе на экран файлов текущего каталога в список попадают только файлы с расширением, присущим файлам, созданным именно в этой прикладной программе.

Запись информации о файлах производится в специальные области диска. В зависимости от аппаратных средств компьютера и возможностей установленной операционной системы для организации работы применяются различные файловые системы.

1. Файловые системы семейства FAT — File Allocation Table (таблица размещения файлов) — FAT12, FAT16, FAT32, FAT64. FAT представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Ее название происходит от названия метода, применяемого для организации файлов. Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT. В случае повреждения первой копии FATдисковые утилиты (например, Scandisk) могут воспользоваться второй копией для восстановления тома. Таблица размещения файлов и корневой каталог должны располагаться по строго фиксированным адресам, чтобы файлы, необходимые для запуска системы, были размещены корректно.

По принципу построения FATпохожа на оглавление книги, так как операционная система использует ее для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком дис-

КС. И зиачально компания Microsoft разработала FAT для управлении файлами на дискетах и только затем приняла ее в качестве стандарта для управления дисками в MS DOS. Сначала для дискет И небольших жестких дисков (менее 16 Мбайт) использовалась 12-разрядная версия FAT (так называемая FAT12). В MS DOS версии 3.0 была введена 16-разрядная версия FATдля более крупных дисков. В Windows XP система FAT12 применяется только на гибких дисках и томах размером менее 16 Мбайт. Например, все 3,5-дюймовые дискеты емкостью 1,44 Мбайт форматируются для Λ 776, а все 5,25-дюймовые — для FAT12. Поддержка этой файловой системы включена в Windows XP₉ поскольку она совместима с большинством операционных систем других фирм — поставщиков программного обеспечения. Помимо этого применение FAT16 Обеспечивает возможность обновления более ранних версий операционных систем семейства Windows.

Тридцатидвухразрядная файловая система FAT32 появилась в Windows 95 OSR2 и поддерживается в Windows 98/ME и Windows 2000/ХР. Она обеспечивает оптимальный доступ к жестким дискам, повышая скорость и производительность всех операций ввода-вывода. FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT, предназначенную для использования на томах, объем ко ї'орьіх превышает 2 Гбайта.

Для обеспечения максимальной совместимости с существующими прикладными программами, сетями и драйверами устройств FAT32 была реализована с минимумом возможных изменений в архитектуре и внутренних структурах данных. Все утилиты Microsoft, предназначенные для работы с дисками (Format, Fdisk, Defrag и ScanDisk), были переработаны для обеспечения поддержки FAT32.

FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с прежними реализациями FAT:

• поддержка дисков размером до 8 Тбайт;

• более эффективное расходование дискового пространства. FAT32 использует более мелкие кластеры, что позволяет повысить эффективность использования дискового пространства на 10-15%;

• повышенная надежность и более быстрая загрузка программ. В отличие от FAT 12 и FATl6, FAT32 обладает возможностью перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT, если первая копия получила повреждения. Кроме того,

загрузочный сектор FAT32 был расширен по сравнению с FATl6 и содержит резервные копии жизненно важных структур данных.

2. NTFS —New Technology File System (файловая система — новая технология). Основными целями разработки NTFS являлись обеспечение скоростного выполнения стандартных операций над файлами (включая чтение, запись, поиск), предоставление дополнительных возможностей, включая сжатие и восстановление поврежденной файловой системы на больших дисках.

NTFS обладает характеристиками защищенности, поддерживая контроль доступа к данным и привилегии владельца, играющие исключительно важную роль в обеспечении целостности жизненно важных конфиденциальных данных. Папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они общими или нет. NTFS — единственная файловая система в Windows NT/2000/XP, которая позволяет назначать права доступа к отдельным файлам. Основную информацию о томе NTFS содержит загрузочный сектор раздела (Partition Boot Sector), который начинается с сектора 0 и может иметь длину до 16 секторов. Он состоит из двух структур:

• блок параметров BIOS — структура, содержащая информацию о строении тома и структурах файловой системы;

• форматирование тома для NTFS — приводит к созданию нескольких системных файлов и главной таблицы файлов (Master File Table — MFT). MFTсодержит информацию обо всех файлах и папках, имеющихся на томе NTFS.

NTFS — это объектно-ориентированная файловая система, которая обрабатывает все файлы как объекты с атрибутами. Практически все объекты, существующие на томе, представляют собой файлы, а все, что имеется в файле, представляет собой атрибуты, включая атрибуты данных, атрибуты системы безопасности, атрибуты имени файла. Каждый занятый сектор на томе NTFS принадлежит какому-нибудь файлу Частью файла являются даже метаданные файловой системы (информация, которая представляет собой описание самой файловой системы).

3. Файловые системы CDFS (Compact Disc File System) — файловая система компакт-дисков и UDF(Universal Disk Format) — универсальный формат диска — две файловые системы, предназначенные для работы на устройствах CD-ROM и DVD.