Файловые системы (курсовая работа) (545378), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Оригинальная версия FAT, разработанная для DOS 1.00, использовала12-битную таблицу размещения файлов и поддерживала разделы объемом до 16 Мб (в DOSможно создать не более двух разделов FAT). Для поддержки жестких дисков размером более32 Мб разрядность FAT была увеличена до 16 бит, а размер кластера - до 64 секторов (32Кб). Так как каждому кластеру может быть присвоен уникальный 16-разрядный номер, тоFAT поддерживает максимально 216, или 65536 кластеров на одном томе.Размер разделаРазмер кластера< 16 Мб4 Кб16 Мб – 127 Мб2 Кб128 Мб – 255 Мб4 Кб256 Мб – 511 Мб8 Кб512 Мб – 1023 Мб16 Кб1 Гб – 2 Гб32 КбТип FATFAT12FAT16FAT16FAT16FAT16FAT16Табл.
2Поскольку загрузочная запись слишком мала для хранения алгоритма поиска системныхфайлов на диске, то системные файлы должны находиться в определенном месте, чтобызагрузочная запись могла их найти. Фиксированное положение системных файлов в начале5области данных накладывает жесткое ограничение на размеры корневого каталога и таблицыразмещения файлов.
Вследствие этого общее число файлов и подкаталогов в корневомкаталоге на диске FAT ограничено 512.Каждому файлу и подкаталогу в FAT соответствует 32-байтный элемент каталога (directoryentry), содержащий имя файла, его атрибуты (архивный, скрытый, системный и “только длячтения”), дату и время создания (или внесения в него последних изменений), а также прочуюинформацию (табл. 3).СодержаниеИмя файлаРасширениеБайт атрибутовЗарезервированоВремяДатаНомер начального кластера сданнымиРазмер файлаРазмер (байт)831102224Табл. 3. Элемент каталогаФайловая система FAT всегда заполняет свободное место на диске последовательно отначала к концу. При создании нового файла или увеличении уже существующего она ищетсамый первый свободный кластер в таблице размещения файлов.
Если в процессе работыодни файлы были удалены, а другие изменились в размере, то появляющиеся в результатепустые кластеры будут рассеяны по диску. Если кластеры, содержащие данные файла,расположены не подряд, то файл оказывается фрагментированным. Сильнофрагментированные файлы значительно снижают эффективность работы, так как головкичтения/записи при поиске очередной записи файла должны будут перемещаться от однойобласти диска к другой. В состав операционных систем, поддерживающих FAT, обычновходят специальные утилиты дефрагментации диска, предназначенные повыситьпроизводительность файловых операций.Еще один недостаток FAT заключается в том, что ее производительность сильно зависит отколичества файлов, хранящихся в одном каталоге. При большом количестве файлов (околотысячи), выполнение операции считывания списка файлов в каталоге может занятьнесколько минут.
Это обусловлено тем, что в FAT каталог имеет линейнуюнеупорядоченную структуру, и имена файлов в каталогах идут в порядке их создания. Врезультате, чем больше в каталоге записей, тем медленнее работают программы, так как припоиске файла требуется просмотреть последовательно все записи в каталоге.Поскольку FAT изначально проектировалась для однопользовательской операционнойсистемы DOS, то она не предусматривает хранения такой информации, как сведения овладельце или полномочия доступа к файлу/каталогу.FAT является наиболее распространенной файловой системой и ее в той или иной степениподдерживают большинство современных ОС. Благодаря своей универсальности FAT можетприменяться на томах, с которыми работают разные операционные системы.6Хотя нет никаких препятствий использовать при форматировании дискет любую другуюфайловую систему, большинство ОС для совместимости используют FAT.
Отчасти этоможно объяснить тем, что простая структура FAT требует меньше места для храненияслужебных данных, чем остальные системы. Преимущества других файловых системстановятся заметны только при использовании их на носителях объемом более 100 Мб.Надо отметить, что FAT - простая файловая система, не предотвращающая порчи файлов изза ненормального завершения работы компьютера. В состав операционных систем,поддерживающих FAT, входят специальные утилиты проверяющие структуру икорректирующие несоответствия в файловой системе.HPFSВысокопроизводительная файловая система HPFS (High Performance File System) былапредставлена фирмой IBM в 1989 году вместе с операционной системой OS/2 1.20.
Файловаясистема HPFS также поддерживалась ОС Windows NT до версии 3.51 включительно. Попроизводительности эта ФС существенно опережает FAT. HPFS позволяет использоватьжесткие диски объемом до 2 Терабайт (первоначально до 4 Гбайт). Кроме того, онаподдерживает разделы диска размером до 512 Гб и позволяет использовать имена файловдлиной до 255 символов (на каждый символ при этом отводится 2 байта).
В HPFS посравнению с FAT уменьшено время доступа к файлам в больших каталогах.HPFS распределяет пространство на диске не кластерами как в FAT, а физическимисекторами по 512 байт, что не позволяет ее использовать на жестких дисках, имеющихдругой размер сектора. Эти секторы принято называть блоками. Чтобы уменьшитьфрагментацию диска, при распределении пространства под файл HPFS стремится, повозможности, размещать файлы в последовательных смежных секторах.
Фрагмент файла,располагающийся в смежных секторах, называется экстентом.Для нумерации единиц распределения пространства диска HPFS использует 32 разряда, чтодает 232, или более 4 миллиардов номеров. Однако HPFS использует числа со знаком, чтосокращает число возможных номеров блоков до 2 миллиардов. Помимо стандартныхатрибутов файла, HPFS поддерживает расширенные атрибуты файла (Extended Attributes,EA), которые могут содержать до 64 Кб различных дополнительных сведений о файле.Диск HPFS имеет следующие три базовые структуры (рис.
3): загрузочный блок (BootBlock),дополнительный блок (SuperBlock) и резервный блок (SpareBlock).Битова БитоваБитова БитоваЗагрузочн Дополнительн Резервны Групп я карта я карта Групп Групп я карта я карта Группый блокый блокй блока 1 групп групп а 2а 3 групп групп а 4ы1ы2ы3ы4Рис. 3. Дисковый раздел HPFSЗагрузочный блок в HPFS аналогичен загрузочному блоку в FAT. Он располагается всекторах с 0 по 15 и занимает на диске 8 Кб.
Системные файлы, также как и в FAT,располагаются в корневом каталоге, но при этом физически могут находиться в любом местена диске.7В 16 секторе размещается дополнительный блок, содержащий указатель на список блоковбитовых карт (bitmap block list). В этом списке перечислены все блоки на диске, в которыхрасположены битовые карты, используемые для обнаружения свободных секторов.
Также вдополнительном блоке хранится указатель на список дефектных блоков (bad block list),указатель на группу каталогов (directory band), указатель на файловый узел корневогокаталога и дата последней проверки диска. Файловый узел (fnode) – это структура дискаHPFS, которая содержит информацию о расположении файла и о его расширенныхатрибутах.В следующем секторе находится резервный блок, содержащий карту аварийного замещения(hotfix map), указатель на список свободных запасных блоков (directory emergency free blocklist) и ряд системных флагов. Резервный блок обеспечивает высокую отказоустойчивостьHPFS и позволяет восстанавливать поврежденные данные на диске.Остальное пространство диска разделено на группы (band) хранения данных.
Каждая группазанимает 8 Мб и имеет свою собственную битовую карту свободного пространства, котораяпохожа на таблицу размещения файлов FAT. Каждому сектору группы соответствует одинбит к ее битовой карте, показывающий занят ли соответствующий сектор. Битовые картыдвух групп располагаются на диске рядом, также как располагаются и сами группы. Это даетвозможность непрерывно разместить на жестком диске файл размером до 16 Мб.Одна из групп данных размером 8 Мб, расположенная в середине жесткого диска иназываемая группой каталогов, хранит информацию о каталогах диска. В ней наряду состальными каталогами располагается и корневой каталог.
Расположение группы каталоговв центре диска значительно сокращает время позиционирования головок чтения/записи.В отличие от линейной структуры FAT, структура каталога в HPFS представляет собойсбалансированное дерево (так называемое B-дерево) с записями, расположенными валфавитном порядке. Сбалансированное дерево состоит из корневого (root block) иоконечных блоков (leaf block). Блоки занимают 4 последовательных сектора и в среднеммогут содержать 40 записей. Каждая запись корневого блока указывает на один изоконечных блоков (если только в каталоге не меньше 40 файлов); в свою очередь, каждаязапись в оконечном блоке указывает на файловый узел файла или на оконечный блокследующего уровня. Таким образом, двухуровневая структура может содержать 40оконечных блоков по 40 записей в каждом и описывать до 1600 файлов.
При поискефайловая система HPFS просматривает только необходимые ветви дерева.Файловый узел имеет размер 512 байт и всегда по возможности располагаетсянепосредственно перед первым блоком своего файла. Каждый файл и каталог диска HPFSимеет свой файловый узел. Информация, хранящаяся в файловом узле, включает в себярасширенные атрибуты файла, если они достаточно малы, чтобы поместится в один сектордиска, и сокращенное имя файла в формате 8.3. Если расширенные атрибуты не помещаютсяв файловый узел, то в него записывается указатель на них. Положение файла на дискеописывается в файловом узле двумя 32-битными числами. Первое из чисел представляетсобой указатель на первый блок файла, а второе - длину экстента.
Если же файлфрагментирован, то его размещение описывается дополнительными парами 32-битныхчисел. В файловом узле можно хранить информацию максимум о 8 экстентах файла. Еслифайл имеет больше число экстентов, то в его файловый узел записывается указатель на блокразмещения (allocation block), который может содержать до 40 указателей на экстенты или надругие блоки размещения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
