2011. Машбук (1114722), страница 52

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 52)

Еслисравнить ФС с другим виртуальным ресурсом — например, виртуальной памятью, торядовому пользователю ПК может быть совсем не понятным, зачем нужен механизмвиртуальной памяти. Появление ФС кардинально изменило взгляд на использованиевычислительных систем. Почти сразу с момента использования вычислительной техникивозникла проблема размещения данных во внешней памяти.

Необходимость поддержкиэтого размещения обуславливалось несколькими причинами. Во-первых, былатривиальная необходимость сохранения данных: время «одноразовых» решений задач(когда требовалось, грубо говоря, лишь вычислить значение некой формулы) прошлодостаточно быстро. Появились задачи, требующие больших объемов начальных данных,которые, в свою очередь, являлись результатом решения другой задачи. И эти данныенадо было где-то сохранять, причем, сохранять без наличия программ, которые ихиспользуют. Как следствие, возникла проблема эффективности доступа к этим данным.Вторая необходимая проблема — это само сохранение информации (и программ, иданных).

Имеется в виду, сам факт долгосрочного хранения информации.С точки зрения аппаратной поддержки можно выделить следующие этапыразвития. Одним из первых внешних запоминающих устройств (ВЗУ) была магнитнаялента. Магнитная лента — это устройство последовательного доступа, информация накотором хранится в виде записей (фиксированного или переменного размера). Записьструктурно состоит из последовательности содержательной информации, ограниченноймаркерами начала и конца записи. Для доступа к информации необходимо иметь номерсоответствующей записи на ленте. Соответственно, если пользователь хотел сохранятьданные на магнитной ленте, то ему было необходимо знать магнитную ленту как носитель(по номеру или по расположению в хранилище, и т.п.) и номер своей записи на этой ленте.Отметим, что относительно эффективная работа с лентой может быть достигнута лишьпри персональном использовании: в случае, когда одновременно с одной лентой работаютдва пользователя, возникают достаточно большие накладные расходы (в частности, частоеперематывание ленты на начало), что может привести даже к ее порче (разрыву).

Решениепроблемы корректности организации данных на магнитной ленте лежало на пользователе:если пользователь некорректно организовал запись своих данных, то он мог тем самымиспортить и свои данные, и чужие записи на ленте.На следующем этапе развития появились устройства прямого доступа (барабаны имагнитные диски), что естественно сказалось на адресации данных на носителе.Например, чтобы получить доступ к информации на диске, достаточно знать номер диска,номер поверхности, номер цилиндра и номер сектора.

Но каждое устройство прямогодоступа имело и свои особенности — в частности, размеры блока: у одних дисков блокиимели размер 256 байт, у других — 512 байт, и т.д. И эти особенности пользовательдолжен был учитывать при работе с данными устройствами. Чтобы разместить свой файлна диске, пользователь должен был разбить этот файл на блоки (в зависимости отконкретного устройства хранения), найти на диске свободные блоки, чтобы в нихразместить весь свой файл, сохранить файл и запомнить координаты и198последовательность блоков, в которых был сохранен файл. Заметим, что дискиориентированы на массовое использование, т.е.

предполагается работа с диском двух иболее пользователей, что накладывало дополнительные трудности на корректноеразмещение данных на диске — задачу, совершенно нетривиальную для рядовогопользователя.Подобный подход к хранению данных продлился примерно до середины 60-х —начала 70-х годов, когда в машинах второго поколения появился программный компонентоперационной системы, который получил название файловая система. Повторимся,файловая система — это компонент операционной системы, обеспечивающийкорректный именованный доступ к данным пользователя. Данные в файловой системепредставляются в виде файлов, каждый из которых имеет имя. Главнымихарактеристиками в определении файловой системы являются именованный доступ икорректная работа.

Последнее означает, что файловая система обеспечивает корректноеуправление свободным и занятым пространством на ВЗУ (заметим, что не обязательно нафизическом устройстве: в качестве ВЗУ может выступить и виртуальное устройство), атакже защиту информации от несанкционированного доступа. Большинство современныхфайловых систем обеспечивают корректную организацию распределенного доступа кодному и тому же файлу (когда с ним могут работать два и более пользователя). Это неозначает, что система будет отвечать за корректную семантику данных внутри файла:гарантируется, что система обеспечит корректный доступ пользователей к файлу с точкизрения системной организации.

Также многие современные файловые системыподдерживают возможность синхронизации доступа к информации.4.1.1 Структурная организация файловС точки зрения структурной организации файлов имеется целый спектр различныхподходов. Существует некоторая установившаяся систематизация методов структурнойорганизации файлов. Рассмотрим модели в соответствии с хронологией их появления.Первой моделью файла явилась модель файла как последовательности байтов. Вэтом случае содержимое файла представляется как неинтерпретируемая информация (илиинтерпретируемая примитивным образом).

Задача интерпретации данных ложится напользователя. Данная модель файла наиболее распространена на сегодняшний день:большинство широко используемых файловых систем поддерживают возможностьпредставлять содержимое файла как последовательности байтов, а это означает, чтопрограммные интерфейсы, обеспечивающие доступ к содержимому файла, позволяютсчитывать и записывать произвольные порции данных.Следующие модели представляют файл как последовательность записейпеременной и постоянной длины.

Первая из этих моделей является аналогом магнитнойленты. Соответственно, эта организация файла и рассчитана на работу с магнитнымилентами. В этом случае возникают проблемы, такие как коррекция данных в серединефайла, вследствие чего меняется размер файла, и появляется необходимость сдвигать«хвост» файла на ленте.Модель файла как последовательности записей постоянной длины является такжеаппаратно-ориентированной: она является аналогом перфокарты.

Перфокартапредставляет собою картонный листок прямоугольной формы, на котором изображеныдвенадцать строк по 80 позиций в каждой. Каждая позиция соответствует одному битуинформации. Соответственно, перфокарта может хранить лишь фиксированноеколичество данных, поэтому для отображения колоды перфокарт в файл подходит модельфайла как последовательности записей фиксированного размера (каждая запись являласьобразом одной перфокарты). Данная модель имеет следующие недостатки. Во-первых, изза того, что каждая запись имеет фиксированный размер, возникает внутренняяфрагментация: т.е. если хотя бы один байт занят в записи, то занят и весь объем записи.199Также остаются проблемы, возникающие при необходимости вставить или удалить записьиз середины файла.И, наконец, модель иерархической организации файла.

В данной моделиорганизация файла имеет сложную логическую структуру, позволяющую организовыватьдинамическую работу с данными. Одной из наиболее распространенных структурявляется дерево, в узлах которого расположены записи. Каждая запись состоит из двухполей: поле ключа и поле данных.

В качестве ключа может выступать номер записи.Данная модель является удобной для редактирования файла, но, с другой стороны,требует достаточной сложной реализации.Еще одной исторической характеристикой файлов были режимы доступа,отражавшие организацию внешних устройств. Были файлы прямого доступа и файлыпоследовательного доступа. Режим доступа задавался на этапе создания файла. Всовременных файловых системах эти режимы не используются. Зато актуальны режимыдоступа с точки зрения разрешения или запрета определенные операций: возможно иметьдоступ только по чтению, только по записи или по чтению-записи информации в файл.4.1.2 Атрибуты файловКаждый файл обладает фиксированным набором параметров, характеризующихсвойства и состояния файла, причем и долговременное (стратегическое), и оперативноесостояния.

Совокупность этих параметров называют атрибутами файла. В наборатрибутов может входить достаточно большое количество параметров, и состав атрибутовзависит от конкретной реализации системы. Среди атрибутов часто можно встретитьследующие параметры: имя файла, права доступа, персонификация (создатель/владелец),тип файла, размер записи (блока), размер файла, указатель чтения/записи, время создания,время последней модификации, время последнего обращения, предельный размер файла ит.п.Под именем файла понимается последовательность символов, используя которуюорганизуется именованный доступ к данным файла.

В одних файловых системах имяфайла воспринимается в качестве атрибута, другие ФС разделяют файл (его содержимое),имя и отдельно набор атрибутов.Следующим немаловажным атрибутом являются права доступа. Данный атрибутхарактеризует возможность доступа к содержимому файла различным категориямпользователей. Структура категорий пользователей, по которой организуется доступ,зависит от конкретной операционной системы.

В частности, существуют операционныесистемы, в которых прав доступа нет: файлы доступны любому пользователю системы.Следующий атрибут — персонификация — связан с предыдущим.Соответственно, данный атрибут содержит информацию о принадлежности файла. Вобщем случае здесь может находиться несколько параметров: например, информация осоздателе файла, а также информация о владельце файла. Зачастую эти параметрысовпадают, но возможны ситуации, когда они отличаются.Тип файла — информация о способе организации файла и интерпретации егосодержимого.

Говоря о способе организации, можно привести пример файловой системыОС Unix, которая поддерживает разные типы файлов. Среди прочих имеются т.н. файлыустройств, соответствующие тем устройствам, которые обслуживает данная ОС; и черезэти файлы устройств происходит фактически обращение к драйверам устройств. Совсеминаче организованы регулярные файлы, которые могут хранить различную информацию(текстовую, графическую и пр.). О различных способах организации речь пойдет ниже.Если речь идет об интерпретации, то она может быть явной и неявной, т.е.возможно указание, как интерпретировать содержимое файла.

Например, можно указать,является ли данный файл исполняемым или неисполняемым. Исполняемый файл можнозапустить как процесс, в отличие от неисполняемого. Таким образом, атрибут типа файламожет содержать многоуровневую комплексную информацию.200Размер записи (или размер блока). В системе имеется возможность указать, чтоданный файл организован в виде последовательности блоков данного размера, при этомразмер определяется пользователем (пользовательским процессом). Размер может бытьстационарным, когда при создании файла указывается фиксированный размер блоков, инестационарным, когда размер блока задается каждый раз при открытии файла.Размер файла. Данный атрибут имеет достаточно простой смысл; заметим, чтообычно размер файла задается в байтах.Указатель чтения/записи — это указатель, относительно которого происходитчтение или запись информации.

Характеристики

Список файлов лекций