Файловые системы

ОГЛАВЛЕНИЕОГЛАВЛЕНИЕ ....................................................................................................................................... 1Введение. ................................................................................................................................................. 2I. Файловая система ОС Unix ................................................................................................................. 21.1. Основные понятия........................................................................................................................ 21.2.

ФС ОС UNIX - вводные замечания............................................................................................. 21.3. Системная организация файловой системы. .............................................................................. 41.3.1. Структура файловой системы на диске. .............................................................................. 41.3.2 Индексный дескриптор файла (ИД).....................................................................................

61.4. Основные типы файлов и их свойства. ....................................................................................... 81.4.1. Предварительное замечание. ................................................................................................ 81.4.2. Рабочие файлы. ..................................................................................................................... 81.4.3. Каталоги.

................................................................................................................................ 81.4.4. Специальные файлы (файлы устройств). .......................................................................... 101.4.5. Другие типы файлов. .......................................................................................................... 121.4.6 Многопользовательский режим.

Защита файлов, права доступа. .................................... 121.4.7.Особенности работы с системными файлами. ................................................................... 151.6. Организация обмена данными с файлами ................................................................................ 161.6.1. Низкоуровневый ввод/вывод. ............................................................................................. 161.6.2 Открытие/закрытие файла. ..................................................................................................

171.6.3 Чтение/запись данных. ........................................................................................................ 181.6.4. Данные ассоциированные с операционной системой. ...................................................... 181.6.5. Данные ассоциированные с процессом. ............................................................................ 191.6.6. Взаимодействие с устройствами. .......................................................................................

201.6.7. Стандартная библиотека ввода/вывода. ............................................................................ 211.7.Монтируемость файловой системы. ..........................................................................................

212. Файловая система Windows NT. ...................................................................................................... 222.1. Особенности ОС Windows NT, влияющие на организацию ввода-вывода ............................ 222.1.1. Объектная модель и контроль доступа в Windows NT. .................................................... 282.1.2. Организация ввода-вывода.

................................................................................................ 342.2. Файловая система NTFS. ........................................................................................................... 372.2.1. Основные особенности NTFS и модель функционирования ........................................... 372.2.2. Общие принципы организации на диске ...........................................................................

402.2.3. Восстанавливаемость .......................................................................................................... 432Введение.I. Файловая система ОС Unix1.1. Основные понятия.Файловая система (ФС) - часть операционной системы,представляющая собой совокупность организованных наборов данных,хранящихся на внешних запоминающих устройствах и программных средств,гарантирующих именованный доступ к этим данным и их защиту.

Данныеназываются файлами, их имена - именами файлов.Файловыесистемыможноклассифицироватьпостепениперсонификации доступа к содержимому файлов, соответственно могут быть: однопользовательские файловые системы; многопользовательские файловые системы.Признаком однопользовательской ФС может служить система, в которойне регламентируется доступ к содержимому файлов от имени любогопользователя. Примером организации таких файловых систем может служитьMS DOS.

В данной системе отсутствуют возможности какой-либоперсонификации работы пользователей в том числе и с файловой системой.Другим примером таких систем может служить операционная системаWINDOWS-95, в которой имеются зачаточные средства идентификации ирегистрации пользователей. Однако, эти средства не распространяются нафайловую систему, она остается однопользовательской, т.е.

информация излюбого файлов доступна всем.Многопользовательские файловые системы это атрибут развитыхоперационныхсистем,предусматривающихработутолькоидентифицированных системой пользователей. Для многопользовательскихфайловых систем основным свойством является наличие защиты данных,содержащихся в файлах от несанкционированного доступа. Примерамиоперационных систем, обладающих подобными файловыми системамиявляются UNIX, WINDOWS-NT и ряд других.1.2.

ФС ОС UNIX - вводные замечания.Файловая система операционной системы UNIX является примероммногопользовательской иерархической файловой системой с трехуровневойорганизацией прав доступа к содержимому файлов .Файловую систему можно представить в виде дерева (Рис.1), корнемкоторого является “начальный каталог”. Будем обозначать его символомнаклонная черта ‘/’. Узлами дерева, являются каталоги (следует отметить что, сточки зрения организации ОС UNIX, каталоги так же являются файламисистемы). Листом дерева может быть либо файл ( в традиционном понимании),либо пустой каталог.3Корень ФСD4D0D1Name3Name1Name2Name3Рис.1 Иерархическая организация файловой системыВвиду иерархической организации файловой системы, представленной ввиде дерева, принято многоуровневое именование файлов.

В любом отдельновзятом каталоге имена файлов уникальны. Имя файла может рассматриватьсяотносительно каталога, в котором он находится. Полное имя - это указаниевсего пути от корня к данному файлу. Если имя начинается с /, то считается, чтодалее идет полное имя. Далее указываются через / все каталоги, находящиесяна пути от корня до этого файла.

Пример: /D0/D1/Name3 или /D4/Name3 разные файлы. Главное ограничение заключается в том, чтобы не совпадалиимена файлов в одном каталоге.В операционной системе Unix могут быть следующие категориипользователей (Рис.2):ПользователиГруппа 1…………………Группа NконкретныепользователиРис.2 Иерархия пользователей системыИз рис.2 видно, что определены следующие уровни: всех пользователейсистемы; групп пользователей; конкретных пользователей. Для каждого файлаопределено понятие “владелец файла”.

Права доступа к каждому файлуорганизованы по схеме, соответствующей общей организации пользователей:права доступа к содержимому файлов для владельца файла; права доступа ксодержимому файлов для группы, к которой принадлежит владелец файла;права доступа для всех остальных пользователей операционной системы.41.3.

Системная организация файловой системы.1.3.1. Структура файловой системы на диске.Для любой операционной системы определено понятие системноевнешнее запоминающее устройство. Это устройство к которому обращаетсяаппаратный загрузчик для загрузки операционной системы.

Для операционнойсистемы Unix файловая система также располагается на ее системномустройстве. Рассмотрим организацию данных, размещенных на системномВЗУ, которые образуют файловую систему.В системе принято разбиение пространства внешних запоминающихустройств, на которых может размещаться файловая система или ее части наблоки - части равного для данной системы размера. Размер блока можетварьироваться от версии к версии системы Unix или быть параметромнастройки системы (блок может содержать 256, 512, 1024 байта).

Для простотыизложения будем считать размер блока равным 512 байт. Итак, рассмотримструктуру файловой системы на системном устройстве (Рис.3).0N0Блок начальнойзагрузки1Суперблок2Индексныедескрипторы3Блоки данныхN+M4ОбластьвыгрузкиРис.3 Распределение файловой системы на системном ВЗУ.Будем считать, что системное ВЗУ размещается с нулевого блокареального устройства (на самом деле возможно смещение).В нулевом блоке (в блоке с номером ноль) системного устройства всегданаходится программный загрузчик - программа, к которой обращаетсяаппаратный загрузчик вычислительной машины и которая обеспечиваетзагрузку операционной системы, размещенной на данном системномустройстве.

Это верно, практически для всех вычислительных систем. Внотации операционной системы Unix нулевой блок называется блокомначальной загрузки. Последовательность действий при старте вычислительнойсистемы следующая.1. Запускается аппаратный загрузчик - программа, размещенная впостоянном запоминающем устройстве (ПЗУ) вычислительноймашины.Аппаратныйзагрузчикобеспечиваетсчитываниесодержимого блока начальной загрузки в память машины и передаетуправление на фиксированный адрес считанных данных - адрес входав программный загрузчик. Обычно, этот адрес фиксирован длявычислительных машин данного типа и служит адресом входа дляпрограммныхзагрузчиковвсехоперационныхсистемэксплуатируемых совместно с данной ЭВМ.52.

Программный загрузчик является компонентой конкретнойоперационной системы, он “знает” структуру системного устройства иобеспечивает полный запуск операционной системы.Следующий блок системного устройства операционной системы Unix это суперблок файловой системы. В суперблоке размещается глобальнаяинформация о параметрах настройки файловой системы и о ее текущемсостоянии, а именно: количество Индексных Дескрипторов (ИД), (основных элементов,описывающих атрибуты файла). Это количество формируется во времясоздания файловой системы.

Понятие ИД будет подробно рассмотренониже. максимальный номер блока N, который может быть использован дляхранения данных. Также формируется во время создания ФС. число свободных блоков S_NFREE, номера которых находятся вспециальном массиве S_FREE[50]. число свободных ИД - S_NINODE, номера которых содержатся вспециальном массиве S_INODE[100]. некоторая другая служебная информация (например, время последнеймодификации суперблока и т.д.) .Так как суперблок хранит важную информацию в системе хранитсянесколько его копий.Следующая область системного устройства предназначен для храненияиндексных дескрипторов - область индексных дескрипторов, длина которогоопределяется их количеством.Далее следует пространство для хранения данных на диске.Все свободное пространство диска представляет из себя связанныйсписок(pис.4).