Файловые системыФайловая система - это структура, с помощью которой ядро операционной системы, предоставляет пользователям и процессам ресурсы долговременной памяти системы, то есть памяти на долговременных носителях информации - жестких и гибких дисках, CD-ROM, магнитных лентах и т.д.
Файловая система представляет информацию на диске в виде совокупности файлов и папок. С точки зрения пользователя, файл - это единица хранения логически Связанной информации; текстовой, графической, звуковой, видео. С точки зрения организации хранения данных на диске, файл - это цепочка связанных между собой кластеров. Такая организация характерна для файловых систем, поддерживаемых разными версиями Windows. Кластер - это минимальная единица хранения информации.
Каждый кластер содержит фиксированное количество секторов; 1, 2, 4, 8, 16, 32, то есть кратное степени двойки. Размер каждого сектора на любом диске строго фиксирован, обычно 512 байт. Каждый кластер имеет свой номер, причем нумерация начинается с 2.
Из выше сказанного понятно, что операционная система отводит место для файлов на диске участками, которые называются кластерами. Каждый файл, в зависимости от размера, получает для хранения своих данных один или несколько кластеров, которые могут располагаться подряд, один за другим или же в разброс по всему диску. Свободные кластеры выделяются для файла по мере необходимости, это когда фактически выполняется запись на диск. Что избавляет пользователя от необходимости заранее резервировать место для каждого файла и знать, где именно на диске хранится тот или иной файл. Все операции выделения файлам свободных кластеров и записи в них данных выполняются системой автоматически, без участия пользователя. Каждому файлу присваивается уникальное имя, по которому пользователь, а точнее программы с которыми работает пользователь, могут обращаться к файлу. Для удобства хранения файлы группируются в папках.
Операционная система обеспечивает возможность работы пользователя с данными, поддерживая на разделах диска ту или иную файловую систему. Каждая операционная система может работать с одной или несколькими файловыми системами. Все файловые системы включают таблицу расположения файлов, папки и файлы и выполняют следующие основные функции: Отслеживание занятого и свободного пространства на диске, а также дефектных секторов; Поддержка папок и имен файлов; Отслеживание физического расположения файлов на диске.
В настоящее время наиболее распространенными на персональных компьютерах являются три файловые системы: FAT16 - в DOS, Windows 95⁄98⁄Me, Windows NT⁄2000⁄XP; FAT32 - в Windows 95OSR2⁄98⁄Me, Windows NT⁄2000⁄XP; NTFS - в Windows NT⁄2000⁄XP.
Файловая система FAT 16, являющаяся основной для операционных систем DOS, Windows 95⁄98⁄Me, Windows NT⁄2000⁄XP, а также поддерживается большинством других систем. FAT 16 представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Название происходит от названия метода организации файлов - Таблица размещения файлов (File Allocation Table). Эта таблица размещается в начале диска. Число 16 означает, что данная файловая система 16-разрядная - для адресации кластеров используется 16 разрядов. Операционная система использует Таблицу размещения файлов для поиска файла и определения кластеров, которые этот файл занимает на жестком диске. Кроме того, в Таблице фиксируются сведения о свободных и дефектных кластерах. Чтобы легче было осмыслить файловую систему FAT16 представьте себе оглавление книги и как вы работаете с этим оглавлением, вот именно также операционная система работает с FAT 16.
Чтобы прочитать файл, операционная система должна найти по имени файла запись в папке и прочитать номер первого кластера файла. Первый кластер представляет собой начало файла. Затем необходимо прочитать соответствующий первому кластеру файла элемент FAT. Если элемент содержит метку- последний в цепочке, то дальше ни чего искать не нужно: весь файл умещается в одном кластере. Если кластер не последний, то элемент таблицы содержит номер следующего кластера. Содержимое следующего кластера должно быть прочитано вслед за первым. Когда будет найден последний кластер в цепочке, то, если файл не занимает весь кластер целиком, необходимо отсечь лишние байты кластера. Лишние байты отсекаются по длине файла, хранящейся в записи папки.
Чтобы записать файл, операционная система должна выполнить следующую последовательность действий. В свободном элементе папки создается описание файла, затем ищется свободный элемент FAT, и ссылка на него размещается в записи папки. Занимается первый кластер, описываемый найденным элементом FAT. В этот элемент FAT помещается номер следующего кластера или признак последнего кластера в цепочке.
Операционная система действует таким таким образом, чтобы собирать цепочки из соседних кластеров по нарастанию номера. Понятно, что обращение к последовательно расположенным кластерам будет происходить значительно быстрее, чем к кластерам, случайным образом разбросанным по диску. При этом игнорируются уже занятые и помеченные в FAT как дефектные кластеры.
В файловой системе FAT16 под номер кластера отведено 16 разрядов. Поэтому максимальное количество кластеров составляет 65525, а максимальный размер кластера 128 секторов. В таком случае максимальный размер разделов или дисков в FAT16 составляет 4,2 гигабайта. При логическом форматировании диска или раздела операционная система старается использовать минимальный размер кластера, при котором получающееся количество кластеров не превышает 65525. Очевидно, что чем больше размер раздела, тем больше должен быть размер кластера. Многие операционные системы неправильно работают с кластером размером в 128 секторов. В результате максимальный размер раздела FAT16 уменьшается до 2 гигабайт. Обычно чем больше размер кластера, тем больше становятся потери дискового пространства. Это связано с тем, что последний кластер, занимаемый файлом, заполнен лишь частично. Например, если файл размером 17 Кбайт записывается в раздел с размером кластера 16 Кбайт, то этот файл займет два кластера, причем первый кластер будет заполнен полностью, а во втором кластере будет записан только 1 Кбайт данных, а остальные 15 Кбайт пространства второго кластера останутся не заполненными и будут недоступными для записи других файлов. Если на больших дисках записывается большое количество маленьких файлов, то потери дискового пространства будут значительны. В следующей таблице приводятся сведения о возможных потерях дискового пространства при разных размерах раздела. Размер раздела Размер кластера Потери дискового пространства 127 Мб 2 Кб 2% 128-255 Мб 4 Кб 4% 256-511 МБ 8 Кб 10% 512-1023 МБ 16 Кб 25% 1024-2047 МБ 32 Кб 40% 2048-4096 Мб 64 Кб 50%
Возможны два способа уменьшения потерь дискового пространства. Первый - разбиение дискового пространства на мелкие разделы с малым размером кластера. Второй - использование файловой системы FAT32, в которой для нумерации кластеров используется 28 разрядов, что позволяет значительно уменьшить размер кластера.
Из всего выше сказанного следует, что основными недостатками файловой системы FAT16 являются: Невозможность поддержки разделов диска размером больше 2 Гб; Невозможность работы с файлами размером более 2 Гб; Невозможность работы с жесткими дисками емкостью более 8 Гб; Ограниченный размер корневой папки, которая может содержать не более 512 элементов. Файловая система FAT32 представляет собой усовершенствованную версию FAT16, предназначенную для использования на разделах емкостью до 2 Терабайт. FAT32 появилась в Windows 95 OSR2, является основной файловой системой в Windows 98⁄ME и может использоваться в Windows 2000⁄XP. Разработка FAT32,была обусловлена необходимостью поддержки больших (более 8 гигабайт) жестких дисков и невозможностью встраивания какой-либо более сложной файловой системы в MS DOS, которая лежит в основе Windows 95⁄98⁄ME. Для обеспечения максимальной совместимости с существующими прикладными программами, сетями и драйверами устройств FAT32 была реализована с минимум возможных изменений в архитектуре и внутренних структурах данных. Главными отличиями FAT32 от FAT16 являются 28-разрядные номера кластеров, меньший, по сравнению с FAT 16, размер кластера и более гибкая организация корневого каталога, который не ограничен в размере. Однако при небольших размерах кластера, но больших размерах раздела увеличивается размер таблицы расположения файлов, что может замедлить загрузку операционной системы и файловые операции.
В следующей таблице приведены сравнительные характеристики файловых систем FAT16, FAT32 и NTFS. FAT16 FAT32 NTFS Операционные системы Практически все Windows 95OSR2⁄98⁄ME, 2000⁄XP,Linux Windows NT⁄2000⁄XP,Linux Максимальный размер раздела 4 Гб (2Гб для Windows 95OSR2⁄98⁄ME) 2 Тбайт 16 Эбайт Максимальный размер файла Ограничен размером раздела 4 Гбайт Ограничен размером раздела Максимальная длина имени файла 255 255 32767 Восстановление (журналирование) Нет Нет Да Максимальное число файлов в корневом каталоге Задается при форматировании Нет ограничений Нет ограничений Максимальное число кластеров ∼216 ∼228 ∼248 Размер кластера 512 байт- 64 Кбайт 512 байт- 64 Кбайт 512 байт- 64 Кбайт Таблица файловых записей Нет Нет Динамическая
Из этой таблицы видно, что файловая система NTFS является наилучшим выбором для использования на дисках большого объема. Если же к системе предъявляются повышенные требования, которые можно реализовать только в NTFS, например по обеспечению безопасности данных или эффективному использованию дискового пространства, то данную файловую систему в полной мере можно использовать и на небольших дисках. Файловая система NTFS является основной файловой системой Windows NT⁄2000⁄XP. это - 64 разрядная файловая система, использующая Unicode для хранения имен файлов. NTFS является журналируемой, то есть защищенной от сбоев, а также поддерживает сжатие и шифрование. Основным элементом NTFS является главная таблица файлов (Master File Table, MFT). Для уменьшения вероятности повреждений и потерь данных сохраняется копия критической части MFT. Все остальные элементы структуры данных NTFS являются специальными файлами. Основной целью разработки файловой системы NTFS являлось обеспечение скоростного выполнения стандартных операций над файлами, включая чтение, запись, поиск и предоставление пользователям дополнительных возможностей, таких, например, как восстановление поврежденной файловой системы на больших дисках.
Файловая система NTFS обеспечивает поддержку больших дисков, контроль доступа к данным и привилегии владельца, играющие исключительно важную роль в обеспечении целостности важных конфиденциальных данных. Папки и файлы NTFS могут иметь назначенные права доступа вне зависимости от того, являются ли они разделяемыми, то есть доступными для других пользователей сети или нет. NTFS, как FAT16 и FAT32, использует кластеры для записи файлов на диск. Размер кластера в NTFS по умолчанию зависит от размера диска. Так, на дисках объемом 1-2 Гбайта кластер содержит 4 сектора, или 2 Кбайта. Для сравнения, кластер FAT32 на таких дисках имеет размер 4 Кбайта, а FAT16 - 32 Кбайта. Таким образом, файловая система NTFS использует дисковое пространство наиболее эффективно по сравнению с FAT16 и FAT32. Размер кластера в NTFS, отличающийся от установленного по умолчанию, можно изменить в процессе форматирования. Но в общем случае делать этого не рекомендуется.
Из всего сказанного становится понятно, что файловая система NTFS является наиболее предпочтительной для использования в Windows 2000⁄XP по сравнению с FAT32 и тем более с FAT16.
|
