Файловая система – это совокупность средств и правил размещения и перемещения файлов на внешних носителях.
Поскольку файл – это набор данных, то файловая система – это система управления данными.
Расположение файлов на жестком диске
Жесткий диск разбивается на сектора. Емкость дорожки в пределах сектора обычно равна 512 байт.
Минимальной учетной единицей объема данных в файловой системе является кластер , состоящий из одного или нескольких смежных секторов. Файл на диске обязательно занимает целое число кластеров. Если в файле записан даже 1 байт данных, он все равно займет полный кластер.
Существуют файловые системы с фрагментированным и не фрагментированным расположением файла.
Не фрагментированное расположение файла
Файл располагается в смежных кластерах
Фрагментированное расположение файла
Файл может располагаться в несмежных кластерах.
В ФС с не фрагментированным расположением файла чтение/запись данных происходит быстрее, так как позиционирование магнитной головки диска производится лишь один раз – на первый кластер файла.
Система с фрагментированным расположение файла более рационально использует дисковое пространство, поскольку не всегда может найтись непрерывная область нужного размера, однако за это приходится расплачиваться скоростью чтения/записи данных, а также, что более неприятно, более быстрым износом механизма перемещения коромысла жесткого диска.
В служебных программах есть программа "Дефрагментация диска", перестраивающая фрагментированные файлы так, чтобы они занимали смежные кластеры.
Файловые системы ОС Windows являются системами с фрагментированным расположением файла.
Диски, папки, файлы. Логическая структура файловой системы
Системы учета файлов в современных файловых системах как правило строятся по иерархическому принципу: диск (устройство памяти) – папка – файл. Дискам (устройствам) в системе даются логические имена. Например, один физический жесткий диск обычно при форматировании разбивается на несколько логических с именами C, D, E..., устройство оптических дисков получает логическое имя F и т.д.
Папка может содержать папки и файлы. Данные хранятся только в файлах.
В папке не может находиться двух и более папок (файлов) с одинаковыми именами, однако папки (файлы) с одинаковыми именами могут находиться в разных папках.
Путь к файлу – это последовательность папок, в которых находится файл. Имена папок в пути к файлу разделяются символом "\" – "слэш".
Полное имя файла состоит из пути к файлу и собственно имени файла. Например:
D:\Факультет\Группа\Иванов\реферат.doc;
C:\WINDOWS\MEDIA\ringin.wav.
Так, в первом примере путь к файлу: D:\Факультет\Группа\Иванов, имя файла: реферат.doc.
23. Параметры файлов
К параметрам файлов относятся:
дата создания;
дата последнего изменения;
атрибуты.
имя файла;
тип файла;
Имя файла служит для идентификации файла. В ОС Windows имя может содержать до 255 символов, в том числе символы русского алфавита, цифры, специальные символы (за исключением некоторых). Например:
Мой файл 25
Символы после последней точки образуют так называемое расширение имени и определяют тип файла. Расширение обычно присваивает та программа, с помощью которой создается файл. Например: .doc – присваивает MS Word;
Xls – присваивает Excel;
Bmp – присваивает графический редактор Paint.
Тип файла свидетельствует о характере хранимых данных. Например:
документ MS Word;
книга Excel;
растровый рисунок bmp;
звукозапись в формате mp3.
Операции над папками и файлами
Здесь мы имеем в виду только те операции, которые выполняются средствами файловой системы. А средства файловой системы работают с файлами как единым целым, не пытаясь воздействовать на их содержимое. Итак, это:
создание новой папки;
удаление папки (файла);
копирование папки (файла);
перемещение папки (файла);
переименование папки (файла).
Все операции, кроме операции создания, выполняются с помощью одних и тех же средств (средств файловой системы). Новые папки также создаются средствами файловой системы. Файлы же, как правило, создаются прикладными программами.
24.Компьютерным вирусом называется программа, предназначенная для выполнения разрушительных действий. Она может размножаться, внедряясь в другие прогр. во время запуска инфицированной программы на выполнение. Действия вирусов проявляются в следующем: сильно замедляется работа вычислительной системы, без видимой причины изменяются размеры, содерж. и кол-во файлов, уменьшается объем доступной оперативной
памяти, необычно функционирует клавиатура, форматируется диск без команды пользователя и др.
Саморазмножение – создание вирусом своих копий, внедрение их в др. программы или файлы.
Сп-бы защиты:
проверка носителей с помощью антивирусных программ
отказ от работы с носителями сомнительного происхождения
немедленное удаление сомнительных ненужных программ, полученных по Интернету.
Виды антивирусных программ: сканеры и ревизоры.
Сканер содержит базу данных с кодами вирусов и выявляет в исследуемых файлах наличие кодов из базы.Ревизор хранит информацию файлов на диске и реагирует на изменение инф-ции.
Меры защиты:
1) профилактика
2) диагностика
3) лечение.
Виды антивир. программ:
1) Детекторы – обеспечивают поиск и обнаружение вирусов в оперативной памяти и на внешних носителях. недостатки: находят только те вирусы, которые известны разработчикам таких программ.
2) Доктора или фаги, программы-вакцины – обнаруживают и обезвреживают вирусы, т.е. удаляют из файла тело программы вируса, возвращая файлы в исх. состояние. Требуется регулярное обновление.
3) Ревизор - запоминают исходное состояние программ, каталогов и системных областей диска тогда, когда компьютер заражен вирусом, а затем периодически или по желанию пользователя сравнивают текущее состояние с исх.
4) Фильтры или сторожа - контролируют опасные действия, характерные для вирусных программ, и запрашивают подтверждение на их выполнение.
5) Вакцины или иммунизаторы – предотвращают заражение рядом известных вирусов, путем их вакцинации.
Файловая система позволяет систематизировать программы и данные и организовать упорядоченное управление этими объектами.
На операционные системы персональных компьютеров наложила глубокий отпечаток концепция файловой системы, лежащей в основе ОС Unix. В ОС Unix подсистема ввода-вывода унифицирует способ доступа как к файлам, так и к периферийным устройствам. Под файлом при этом понимают набор данных на диске, терминале или каком-либо другом устройстве.
Файловая система — это функциональная часть операционной системы, обеспечивающая выполнение операций над файлами. Файловая система позволяет работать с файлами и директориями (каталогами) независимо от их содержимого, размера, типа и т. д.
Файловая система – это система управления данными.
Система управления данными – система, пользователи которой освобождаются от большинства операций по физическому манипулированию файлами и могут сосредоточить внимание главным образом на логических свойствах данных.
Файловые системы ОС создают для пользователей некоторое виртуальное представление внешних запоминающих устройств, позволяя работать с ними не на низком уровне команд управления физическими устройствами, а на высоком уровне наборов и структур данных.
Файловая система (назначение):
- скрывает картину реального расположения информации во внешней памяти;
- обеспечивает независимость программ от особенностей конкретной конфигурации компьютера (логический уровень работы с файлами);
- обеспечивает стандартные реакции на ошибки, возникающие при обмене данными.
Файловая структура
Вся совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними называется файловой структурой. Развитые операционные системы имеют иерархическую — многоуровневую файловую структуру, организованную в виде дерева.
Используется древовидная структура каталогов – дерево каталогов . Заимствована у Unix. Иерархическая структура – структура системы, части (компоненты) которой связаны отношениями включения или подчинения.
Иерархическая структура изображается ориентированным деревом, в котором вершины соответствуют компонентам, а дуги – связям.
дерево каталогов диска G
Ориентированное дерево – это граф с выделенной вершиной (корнем), в котором между корнем и любой вершиной существует единственный путь. При этом возможны два варианта ориентации: либо все пути ориентированы от корня к листьям, либо все пути ориентированы от листьев к корню.
Деревья используются при описании и проектировании иерархических структур.
Корень – начальная позиция, листья – заключительная позиция.
Разделы
Любой жесткий или магнитооптический диск в процессе форматирования можно разделить на несколько частей и работать с ними как с отдельными (самостоятельными) дисками. Эти части называются разделами или логическими дисками . Разбиение диска на несколько логических дисков может быть необходимо из-за того, что ОС не могут работать с дисками, размер которых превышает определенную величину. Очень удобно хранить данные и пользовательские программы отдельно от системных программ (ОС), ведь ОС может «слететь с компьютера».
Раздел – область диска. Под логическим диском(разделом) в компьютере понимается любой носитель информации, с которым операционная система работает как с единым целым объектом.
Имя диска – обозначение логического диска; запись в корневом каталоге.
Логические диски (разделы) обозначаются латинскими буквами A, B, C, D, E, … (32 буквы от A до Z).
Буквы A, B зарезервированы для обозначения дискет.
С – жесткий диск, обычно с которого производится загрузка ОС.
Остальные буквы – логические диски, компакт-диски и т.д. Максимальное количество логических дисков для ОС Windows – бесконечное.
В таблице разделов указывается расположение начала и конца этого раздела и число секторов в этом разделе (место и размер).
Файловая структура логического диска
Чтобы обратиться к информации на диске, находящейся в файле, надо знать физический адрес первого сектора (№ поверхности + № дорожки + № сектора), общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера
Элементы файловой структуры:
стартовый сектор (начальной загрузки, Boot-сектор);
таблица размещения файлов (FAT – File Allocation Table);
корневой каталог (Root Directory);
область данных (оставшееся свободным дисковое пространство).
Boot -сектор
Boot -сектор – первый (начальный) сектор диска. Находится на 0- стороне, 0-дорожке.
Boot-сектор содержит служебную информацию:
размер кластера диска (кластер – блок, объединяющий в группу несколько секторов для сокращения размера FAT-таблицы);
местоположение FAT-таблицы (в вoot-секторе находится указатель на то, где расположена FAT-таблица);
размер FAT-таблицы;
количество FAT-таблиц (всегда есть как минимум 2 копии таблицы для обеспечения надежности и безопасности, т.к. разрушение FAT ведет к потере информации и трудно восстанавливается);
адрес начала корневой директории и ее максимальный размер.
В вoot-секторе находится блок начальной загрузки (загрузчик) – загрузочная запись Boot Record.
Загрузчик – обслуживающая программа, которая помещает выполняемую программу в оперативную память и приводит ее в состояние готовности к исполнению.
FAT (таблица размещения файлов)
FAT (File Allocation Table) – таблица размещения файлов. В ней определено, какие участки диска относятся к каждому файлу.Область данных диска представлена в ОС как последовательность пронумерованных кластеров.
FAT – это массив элементов, адресующих кластеры области данных диска. Каждому кластеру области данных соответствует один элемент FAT. Элементы FAT служат в качестве цепочки ссылок на кластеры файла в области данных.
Структура таблицы размещения файлов:
FAT состоит из элементов длиной 16 /32/64 бита. Всего в таблице может быть до 65520 таких элементов, каждый из них (кроме первых двух) соответствует кластеру диска. Кластер является той единицей, в которой распределяется пространство в области данных на диске для файлов и каталогов. Первые два элемента таблицы (с номерами 0 и 1) зарезервированы, а каждый из остальных элементов таблицы описывает состояние кластера диска с тем же номером. Элемент может указывать, что кластер свободен, что кластер дефектный, что кластер принадлежит файлу и является последним кластером в файле. Если кластер принадлежит файлу и не является его последним кластером, то элемент таблицы содержит номер следующего кластера в этом файле.
FAT – крайне важный элемент файловой структуры. Нарушения в FAT могут привести к полной или частичной потери информации на всем логическом диске. Именно поэтому, на диске хранится две копии FAT. Существуют специальные программы, которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.
Для разных ОС необходимы разные версии FAT
Windows 95 FAT 16, FAT 32
Windows NT (XP) NTFS
Novell Netware TurboFAT
UNIX NFS,ReiserFS
Логическая структура носителя информации
Любые данные, представленные в виде совокупности нулей и единиц, хранятся в памяти компьютера в виде файлов.
Файл (переводится как досье, картотека - file) - поименованная целостная совокупность данных на внешнем носителе.
Для управления файлами и упорядочивания порядка их хранения на носителе используется файловая система, которая является важным элементом компьютера, поскольку от способа организации файлов зависит как скорость доступа к нужному файлу, так и безопасность хранения данных.
Одна и та же операционная система может поддерживать одновременно несколько файловых систем (табл. 4.1).
Таблица 4.1
Примеры файловых систем
Основное назначение файловой системы - хранение информации о номерах кластеров, в которых записаны данные конкретного файла.
Кластер - логическое объединение нескольких секторов диска, используемое для ускорения процесса считывания и записи данных. Данные одного файла записываются в целое число кластеров. Таблица распределения файлов как раз и содержит информацию о «закреплении» кластеров за файлами. Все свободные кластеры в FAT-таблицах отмечены нулями. Операционная система хранит две копии таблицы распределения файлов. Каждая запись в таблице размещения файлов содержит следующую информацию:
имя файла;
расширение имени;
код времени создания файла;
код даты создания файла;
размер файла;
номер первого кластера, занимаемого файлом;
атрибуты файла (его свойства) - архивный, системный, скрытый, только для чтения.
Файловая система FAT не отвечала требованиям по надежности и защищенности, предъявляемым к сетевым и многопользовательским ОС. Поэтому для ОС основанных на ядре Windows NT стандартом стала новая файловая система NTFS, которая помимо стабильности и защищенности обладает рядом других достоинств. Однако NTFS отличается гораздо большим временем доступа к данным и резко возрастает нагрузка на жесткий диск. Кроме того, если преобразование файловой системы из FAT в NTFS выполняется с помощью стандартных программ ОС и без ущерба для данных, то обратное преобразование практически невозможно, т.к. ни одна существующая на сегодняшний день программа не гарантирует полное сохранение информации.
Поддержание файловой системы включает следующие действия:
создание файлов и присвоение им имен;
создание каталогов и присвоение имен;
переименование файлов и каталогов;
копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между каталогами одного диска;
удаление файлов и каталогов.
Имя каждого файла состоит из 2-х частей: основного имени и расширения. Расширение отделяется от основного имени точкой:
основное_имя. расширение,
например, «informatics.doc».
Правила описания основного имени определяются принятой файловой системой. До появления ОС Windows 95 файлы именовались «короткими» именами, в которых основное имя файла не превышало 8 символов (файловая система FAT), а его расширение - 3 символа. Имя и расширение включали только буквы латинского алфавита и цифры. В частности, такой принцип именования файлов используется в операционной системе MS-DOS. Недостаток коротких имен заключается в низкой информативности имени файла относительно содержимого файла. В Windows 95 было введено понятие «длинного» имени (файловая система VFAT). Такое имя может содержать до 256 символов. Длинное имя может включать любые символы за исключением специальных; «\», «/», «;», «*», «?», «"», «<», «>». Кроме этого, в именах файлов допускаются пробелы и несколько точек (файловые системы FAT32, NTFS и др.).
Расширение имени файла используется для идентификации его содержимого операционной системой. Операционная система содержит информацию о зарегистрированных расширениях (типах) файлов (рис. 4.4). По расширению имени файла операционная система определяет тип данных и программу для редактирования файлов с таким расширением. Поэтому выбор расширения файла во многих случаях не является произвольным. Вместе с тем операционная система Windows позволяет регистрировать новые расширения имен файлов (нестандартные) и указывать программы, с помощью которых они открываются. Однако при переносе такого файла на другой компьютер он не будет распознан операционной системой, поскольку в ней данное расширение (нестандартное) не зарегистрировано.
Рис. 4.4. Фрагмент списка зарегистрированных расширений файлов
Для более удобной работы с данными файлы объединяют по определенным признакам в группы, например, по принадлежности разным пользователям или по общей тематике содержимого и т.д. Группа файлов, для которой вводится общее имя, называется каталогом («директорией» от англ. directory). В операционной системе Windows каталоги называются папками . Имя каталога (папки), в отличие от имени файла, не включает расширение.
В каталог, кроме файлов, могут также входить другие каталоги (подкаталоги первого уровня), которые, в свою очередь, могут включать в себя как файлы, так и каталоги (подкаталоги 2-го уровня) и т.д. По такому принципу формируется иерархическая структура - дерево каталогов (рис. 4.5), включающее на самом верхнем уровне единственный главный каталог (корневой каталог, root directory), к которому сходятся многочисленные ветви подкаталогов
Рис. 4.5. Дерево каталогов.
Физический диск - это реальный физический носитель данных, имеющий имя. В качестве имен физических дисков принято использовать буквы латинского алфавита;
А и В - гибкие магнитные диски;
С- жесткий магнитный диск;
D - оптический диск (если есть) и т.д.
Логический диск - это виртуальный диск на физическом диске или часть физического диска. Например, жесткий магнитный диск можно разбить на несколько логических дисков, имена которых будут соответственно С, D, E, F и т.д. В этом случае лазерный диск будет именоваться следующей буквой - G. Если жесткий диск не разбит на два и более логических диска, то он содержит один логический диск С.
Пользователь работает с каждым логическим диском как с отдельным устройством, хотя на самом деле логический диск может являться частью физического диска. Логический диск также является каталогом самого высокого уровня- корневым каталогом.
В файловых системах, поддерживающих длинные имена, используется понятие полного имени (рис. 4.6), включающего, помимо имени файла (основное имя и расширение), путь доступа к файлу (включает имя диска, последовательность вложенных каталогов, разделенных символом \ и имя файла).
Рис. 4.6. Полное имя файла
Поддержание файловой системы, помимо ранее перечисленных функций над файлами и каталогами (создание, удаление и т.д.), включает следующие действия:
исправление ошибок в хранимых данных;
разграничение прав доступа пользователей к файлам и папкам;
навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу;
управление атрибутами файлов и каталогов.
Первые два действия относятся к файловой системе NTFS (Windows NT, Windows 2000, Windows XP). Файловая система NTFS включает средства, отслеживающие целостность хранимых данных, а также средства автоматического исправления ошибок в файловой системе и замены дефектных секторов при обнаружении ошибок.
Разграничение прав доступа пользователей реализуется путем установки дополнительных атрибутов (свойств) файлам и папкам и отслеживания соответствия между свойствами объекта и правами пользователя.
Навигацию (перемещение от одного файла к другому) по файловой структуре можно выполнять путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. Такой подход является неприемлемым для большинства пользователей, поскольку требует знания специальных команд и формата их записи. В связи с этим широкое применение нашли специальные программы, называемые файловыми оболочками. В операционных системах семейства Windows навигация по файловой структуре осуществляется с помощью программы Проводник (Explorer).
Кроме имени и расширения файла, операционная система посредством файловой системы хранит для каждого файла и каталога дату его создания и набор атрибутов.
Атрибуты - это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов и каталогов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять. Состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами. В большинстве файловых систем стандартными атрибутами файлов и каталогов являются следующие атрибуты:
«только для чтения»;
«скрытый»;
«системный»;
«архивный».
Атрибут «Только для чтения» ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений. Файл можно просматривать и изменять, однако пользователю будет отказано в сохранении изменений. Файл, открытый только для чтения, может быть сохранен под другим именем. При этом действие атрибута «только чтение» не распространяется на новый файл.
Атрибут «Скрытый» указывает, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного повреждения файла. Этот атрибут можно присвоить любому файлу или каталогу.
Атрибут «Системный» используется для файлов, связанных с функционированием операционной системы. Управляет данным атрибутом операционная система.
Атрибут «Архивный» используется для установления факта изменения содержимого файла или каталога, подлежащего резервному копированию. При любых изменениях файла данный атрибут автоматически устанавливается. Сброс атрибута выполняется автоматически после выполнения операции резервного копирования. Однако, поскольку современные программы резервного копирования используют другие признаки для установления факта изменения файла, то данный атрибут не принимается ими во внимание.
Файловая система определяет способ организации данных на диске и принципы хранения данных на физическом носителе. Например, как должны сохраняться данные файла, какая информация (например, имя, дата создания и т.п.) о файле должна храниться и каким образом. Формат хранения данных определяет основные характеристики файловой системы.
Объясните, каким образом размещается и передается информация на магнитных дисках.
Информация на магнитных дисках размещается и передается блоками. Каждый сектор состоит из поля данных и поля служебной информации, ограничивающей и идентифицирующей его. Размер сектора (объем поля данных) устанавливается контроллером или драйвером.
Дайте определение термину «сектор» и поясните из каких элементов он состоит.
Каждый блок называется сектором и располагается на концентрических дорожках поверхности диска.
Дайте определение термину «цилиндр».
Группа дорожек одного радиуса, расположенных на поверхностях магнитных дисков, образуют цилиндры .
Как определяется физический адрес сектора?
Физический адрес сектора на диске определяется с помощью трех «координат»:
Номер цилиндра;
Номер рабочей поверхности диска;
Номер сектора на дорожке.
Как осуществляется обмен между ОЗУ и дисками?
Обмен информацией между оперативно запоминающим устройством и дисками физически осуществляется только секторами.
Определите типы разделов и их использование.
Диск может быть разбит на несколько разделов, которые могут использоваться как одной операционной системой, так и несколькими. На каждом разделе может быть организована своя файловая система. Для организации хотя бы одной файловой системы должен быть определен, по крайней мере, один раздел. Разделы могут быть двух типов:
Первичный раздел;
Расширенный раздел.
Максимальное число первичных разделов – четыре, но обязательно должен быть хотя бы один. Если первичных разделов больше одного, то один должен быть активным, в нем находится загрузчик операционной системы. На одном диске может быть только один расширенный раздел, который в свою очередь может содержать большое количество подразделов – логических дисков.
9. С какими файловыми системами поддерживает работу операционная система Windows XP ?
Операционная система Windows XP поддерживает работу со следующими файловыми системами:
- FAT (File Allocation Table ) – файловая система, разработанная для MS-DOS и являющаяся основной для Windows 3.x и 9x . Windows XP и Windows Server 2003 поддерживают три разновидности FAT : FAT12 , FAT16 и FAT32 . Первые две обеспечивают совместимость со старыми операционными системами Microsoft . Кроме того, FAT12 используется как формат хранения данных на гибких дисках. FAT 32 – модифицированная версия FAT , используемая в Windows 95 OSR2 , Windows 98 и Windows Millennium .
- NTFS (Windows NT file system ) – файловая система, разработанная специально для Windows NT и унаследованная Windows 2000 , Windows XP , Windows 2003 .
- CDFS (Compact Disk File System ) – файловая система компакт-дисков.
- UDF (Universal Disk Format ) – универсальный формат дисков, используемый современными магнитооптическими накопителями и технологией DVD .
DFS (Distributed File System ) – распределенная файловая система.
10. В каком элементе архитектуры операционной системы Windows XP реализуется возможность поддержки различных файловых систем?
Возможность поддержки различных файловых систем в линейке современных операционных систем семейства Windows заложена в архитектуре системы ввода-вывода, которая отвечает за обработку запросов ввода-вывода и выполняет следующие задачи:
Обеспечение работы сверхпроизводительных операций ввода-вывода;
Возможность использования асинхронного ввода-вывода;
Поддержка нескольких файловых систем;
Модульная архитектура, с возможностью добавления новых файловых систем и устройств;
Предоставление расширенных возможностей, например кэширования;
Защита совместно используемых ресурсов.
11. Что собой представляет FAT ?
Аббревиатура FAT (File Allocation Table ) означает «таблица размещения файлов». Этот термин относится к линейной табличной структуре со сведениями о файлах – именами файлов, их атрибутами и другими данными, определяющими местоположение файлов или их фрагментов в среде FAТ . Элемент FAТ определяет фактическую область диска, в котором хранится начало физического файла.
12. Что определяет элемент FAT (перечислите области логического дискового пространства и дайте им определение)?
В файловой системе FAT логическое дисковое пространство любого логического диска состоит из двух областей:
- системная область – создается при форматировании диска и обновляется при манипулировании файловой структурой;
- область данных – содержит файлы и каталоги, подчиненные корневому каталогу, доступна через пользовательский интерфейс.
Из каких элементов создается системная область диска и как она создается?
Системная область состоит из следующих компонентов:
Загрузочной записи;
Зарезервированных секторов;
Таблицы размещения файлов (FAT );
Корневого каталога.
создается при форматировании диска.
Дайте определение термину «кластер».
Кластер – минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу или некорневому каталогу. Например, в FAT16 размер кластера составляет 32 кбайт. Файл или каталог занимает целое число кластеров. Последний кластер при этом может быть задействован не полностью, что приведет к заметной потере дискового пространства при большом размере кластера.
Чем отличается корневой каталог от обычного каталога?
Корневой каталог отличается от обычного каталога тем, что он размещается в фиксированном месте логического диска и имеет фиксированное число элементов. Структура системы файлов является иерархической. Файлам присваиваются первые доступные адреса кластеров в томе. Номер начального кластера файла представляет собой адрес первого кластера, занятого файлом, в таблице размещения файлов. Каждый кластер содержит указатель на следующий кластер, использованный файлом, или индикатор (OxFFFF ), указывающий, что данный кластер является последним кластером файла.
Перечислить атрибуты файла.
Файлы на дисках имеют 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем: Archive (архивный), System (системный), Hidden (скрытый) и Read-only (только чтение).
17. Перечислите отличие FAT 12 от FAT 16.
В название каждой версии FAT входит число, которое указывает разрядность, применяемую для идентификации кластеров на диске. Двенадцатиразрядный идентификатор кластеров в FAT12 ограничивает размер дискового раздела 212 (4096) кластерами. В Windows используются кластеры размером от 512 байт до 8 Кб, так что размер тома FAT12 ограничен 32 Мб. Поэтому Windows использует FAT12 как формат 5,25 и 3,5-дюймовых дискет, способных хранить до 1,44 Мб данных. FAT16 за счет 16-разрядных идентификаторов кластеров может адресовать до 216 (65536) кластеров. В Windows размер кластера FAT16 варьируется от 512 байт до 64 Кб, поэтому размер тома FАТ16 ограничен 4 Гб. Размер кластеров, используемых Windows , зависит от размера тома.
18. Перечислите отличие FAT 16 от FAT 32.
Файловая система FAT32 обеспечивает оптимальный доступ к жестким дискам, CD-ROM и сетевым ресурсам, повышая скорость и производительность всех операций ввода/вывода. FAТ32 представляет собой усовершенствованную версию FAT , предназначенную для использования на томах, объем которых превышает 2 Гбайта. Размер кластера в FAТ32 равен 4 кбайт. FAТ32 является полностью независимой 32-разрядной файловой системой и содержит многочисленные усовершенствования и дополнения по сравнению с FAT16 . Принципиальное отличие FAТ32 заключается в более эффективном использовании дискового пространства за счет использования кластеров меньшего размера, что приводит к экономии дискового пространства. FAТ32 может перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT вместо стандартной. Расширенная загрузочная запись FAТ32 позволяет создавать копии критических структур данных, что повышает устойчивость дисков к нарушениям структуры FAT по сравнению с предыдущими версиями. Корневой каталог представляет собой обычную цепочку кластеров, поэтому может находиться в произвольном месте диска, что снимает ограничение на размер корневого каталога.
19. В каких случаях используется файловая система FAT 32?
FAT32 использует 32 -разрядные идентификаторы кластеров, но при этом резервирует старшие 4 бита, так что эффективный размер идентификатора кластера составляет 28 бит. Поскольку максимальный размер кластеров FAT32 равен 32 Кб, теоретически FAT32 может работать с 8 -терабайтными томами. Однако реализация FAT32 в Windows XP / Windows 2003 не позволяет создавать тома, превышающие 32 Гб, хотя операционная система может задействовать существующие тома FAT32 любого размера. Файловая система FAT не обеспечивает функций защиты данных и автоматического восстановления. Поэтому она используется, только если альтернативной системой на компьютере является MS-DOS или Windows 95/98 , а также для передачи данных на гибких дисках.
20. Перечислите отличие NTFS от FAT 32.
Она обладает характеристиками защищенности, поддерживая контроль доступа к данным и привилегии владельца, играющие важную роль в обеспечении целостности конфиденциальных данных. Папки и файлы NTFS могут иметь назначенные им права доступа вне зависимости от того, являются они общими или нет. Если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS в раздел или на том FAT , все права доступа и другие уникальные атрибуты, присущие NTFS , будут утрачены.
21. Определите термин «NTFS ».
Аббревиатура NTFS (New Technology File System ) означает новая технология файловой системы. NTFS является наиболее надежной системой специально разработанной для Windows NT и усовершенствованной в более поздних версиях Windows .
22. Определите важнейшее свойство файловой системы NTFS . Как это свойство реализуется.
Одно из важнейших свойств NTFS – самовосстановление. При неожиданном сбое системы информация о структуре папок и файлов на томе FAT может быть утеряна. NTFS протоколирует все вносимые изменения, что позволяет избежать разрушения данных о структуре тома (в некоторых случаях данные файлов могут быть утеряны).
23. Перечислите дополнительные возможности NTFS по сравнению с FAT 32.
Способность самовосстановления и поддержка целостности реализуется за счет использования протокола выполняемых действий и ряда других механизмов. NTFS рассматривает каждую операцию, модифицирующую системные файлы на NTFS -томах, как транзакцию и сохраняет информацию о такой транзакции в протоколе. Начатая транзакция может быть либо полностью завершена (commit ), либо откатывается (rollback ). В последнем случае NTFS -том возвращается в состояние, предшествующее началу транзакции. Для того чтобы управлять транзакциями, NTFS записывает все операции, входящие в транзакцию, в файл протокола, перед тем как осуществить запись на диск. После того как транзакция завершена, все операции выполняются. Таким образом, под управлением NTFS не может быть незавершенных операций. В случае дисковых сбоев незавершенные операции отменяются.
Под управлением NTFS также выполняются операции, позволяющие определять дефектные кластеры и отводить новые кластеры для файловых операций. Этот механизм называется cluster remapping . NTFS , по сравнению с FAT , поддерживает ряд дополнительных возможностей, основные из них:
Защита файлов и каталогов;
Сжатие файлов;
Поддержка многопоточных файлов;
Отслеживание связей;
Дисковые квоты;
Шифрование;
Точки повторной обработки;
Точки соединения;
Теневые копии.
24. Каким образом реализуется защита файлов в NTFS ?
Защита файлов и папок . Структурой NTFS предусмотрено хранение для каждого файла и каждой папки специального блока безопасности, который содержит следующую информацию:
Идентификатор (имя) пользователя, создавшего файл;
Список контроля доступа, в котором перечислены разрешения доступа к файлу или папке для пользователей и групп;
Системный список контроля доступа, в котором перечислено, какие действия (например, чтение, запись и т.п.) для каких пользователей и групп необходимо фиксировать в журнале аудита.
Это позволяет операционной системе: обеспечивать разграничение доступа к файлам и папкам и фиксировать действия, выполняемые пользователями над объектами. Поскольку на томах FAT подобная информация не хранится, то защита файлов и папок на них не осуществляется.
25. Каким образом обеспечивается сжатие файлов и каталогов в NTFS ?
Сжатие файлов и каталогов . NTFS обеспечивает динамическое сжатие файлов и каталогов. Сжатие является атрибутом файла или каталога, который можно снять или установить. Сжатие возможно только на разделах, размер блока которых не превышает 4096 байтов. Если каталог имеет атрибут сжатый (compressed ), все файлы, копируемые в него, тоже получат этот атрибут. Производительность компьютера при использовании сжатых файлов возрастает до 50% в зависимости от типа хранимых данных. Такой результат достигается за счет повышения загрузки процессора в 3-5 раз. Однако на больших (более 4Гб) разделах и на отказоустойчивых томах производительность заметно снижается. Поэтому рекомендуется использовать функцию сжатия на небольших томах в компьютерах с быстрыми процессорами или в многопроцессорных системах.
26. Объясните значение понятия «многопоточные файлы» в NTFS .
Многопоточные файлы . Например, нужно иметь две версии текста контракта: одну на русском, другую на языке, приемлемом для фирмы. Можно создать несколько разных версий файлов и пересылать их вместе, но удобнее использовать специальную версию текстового процессора, в меню которого можно указать желаемый язык документа, и он будет извлечен из одного общего файла. Для реализации такой функциональности применяются именованные потоки NTFS . При создании нового файла (например, текстовым редактором), данные по умолчанию заносятся в неименованный поток файла.
Однако у того же файла могут быть и именованные потоки, которые записываются следующим образом: файл.txt: первый поток ; файл.txt: второй поток ; файл.txt: третий поток . В каждый из этих потоков заносится своя информация. Именованные потоки используются только на NTFS . При копировании многопоточного файла на диск, отформатированный под FAT , операционная система предупредит о потере данных; при копировании посредством командной строки скопирован будет только неименованный поток и система не предупредит о потере данных.
27. Объясните назначение службы отслеживания связей в NTFS .
Отслеживание связей . Ярлыки играют важную роль организации доступа пользователя к программам и файлам. Однако они имеют и недостатки, одним из которых является нарушение связи между ярлыком и соответствующим ему ресурсом, если ресурс переносится в другое место или переименовывается. В Windows XP / Windows 2003 работает служба отслеживания изменившихся связей (Distributed Link Tracking ), позволившая приложениям находить ресурс, соответствующий данному ярлыку, и связи OLE даже в случае, если этот ресурс был переименован или перенесен в другое место дерева папок. Каждая связь состоит из двух частей – клиента и источника . Например, если документ Word содержит связь OLE с электронной таблицей Excel , сам документ является клиентом связи, а электронная таблица – источником связи. Служба отслеживания восстанавливает разрушенную связь в случаях, если:
Источник связи был переименован;
Источник связи был перемещен с одного тома NTFS 5.0 на другой в пределах одного компьютера;
Источник связи был перемешен с тома NTFS 5.0 одного компьютера на том NTFS 5.0 другого компьютера;
Том NTFS 5.0 с источником связи был физически перемещен с одного компьютера на другой компьютер в пределах одного домена;
Компьютер, на котором находится том NTFS 5.0 с источником связи, был переименован, но остался в том же домене;
Изменилось имя общего ресурса, где находится файл-источник связи, и образовалась любая комбинация описанных выше случаев.
Отслеживаются только источники связей, находящиеся на томах NTFS 5.0 . Если источник перемещен в другую файловую систему, то попытки отследить изменившуюся связь будут предприняты, но вероятность успешного результата мала. Если источник опять будет перенесен в NTFS 5.0 , связь будет восстановлена. В текущей версии NTFS 5.0 во время работы службы отслеживания связей, тома NTFS 5.0 не могут быть блокированы. Поэтому для них нельзя выполнить такие операции, как форматирование или запуск утилиты chkdsk /f . Выполнять подобные операции можно только после остановки работы службы отслеживания связей.
28. Объясните значение понятия «квоты дискового пространства» в NTFS .
Квоты дискового пространства . В случае одновременной работы нескольких пользователей возникают ситуации учета дискового пространства, занятого их файлами. Ситуация разрешается с помощью введения квот на дисковое пространство, доступное для работы каждому пользователю. Администратор может квотировать дисковое пространство по каждому тому и для каждого пользователя. (Нельзя задать квоту для подкаталога или для группы.). Windows учитывает пространство, занимаемое файлами, владельцем которых является контролируемый пользователь: если пользователь владеет файлом, размер последнего добавляется к общей сумме занимаемого пользователем дискового пространства. Поскольку квотирование выполняется по каждому тому, то не имеет значение, находятся ли тома на одном физическом диске или на различных устройствах. После установки квот дискового пространства пользователь может хранить на томе ограниченный объем данных, в то время как на этом томе может оставаться свободное пространство. Если пользователь превышает выданную ему квоту, в журнал событий вносится соответствующая запись. Затем, в зависимости от конфигурации системы, пользователь либо сможет записать информацию на том (более мягкий режим), либо ему будет отказано в записи из-за отсутствия свободного пространства. Устанавливать и просматривать квоты на диске можно только в разделе с NTFS 5.0 и при наличии необходимых полномочий (задаваемых с помощью локальных или доменных групповых политик) у пользователя, устанавливающего квоты.
29. Объясните значение понятия «точки повторной обработки» в NTFS .
Точки повторной обработки (reparse points ). Точки позволяют выполнять при открытии папки или файла заранее созданный программный код. Точка повторной обработки – это контролируемый системой атрибут, который может быть ассоциирован с папкой или файлом. Значением атрибута являются задаваемые пользователем данные, максимальный размер которых может достигать 16 Кбайт. Они представляют собой 32-разрядный ярлык (определяемый Microsoft ), указывающий, какой фильтр файловой системы должен быть извещен о попытке получения доступа к данной папке или файлу. Фильтр выполняет заранее определенный код, предназначенный для управления процессом доступа. Поскольку размер данных атрибута точки повторной обработки может достигать 16 Кбайт, помимо ярлыка в атрибуте можно сохранить информацию, имеющую значение для соответствующего фильтра. Фильтр файловой системы может полностью изменить способ отображения данных файла. Поэтому фильтры устанавливаются только администраторами системы. Если по каким-либо причинам система не может найти фильтр, соответствующий определенному ярлыку повторной обработки, доступ к папке или файлу не будет предоставлен, однако они могут быть удалены. Точки повторной обработки используются при создании соединений папок NTFS , позволяющих перенаправлять запрос к папке или файлу в другое место файловой системы.
30. Каким образом реализуется шифрование файлов в NTFS ?
Шифрование данных . Шифрование обеспечивается дополнительным компонентом операционной системы «Шифрованной файловой системой » (Encrypted File System, EFS ), который представляет собой серьезный механизмом защиты данных, поскольку зашифрованные данные могут быть доступны только пользователю, имеющему специальный ключ для расшифровки. EFS обеспечивает следующие функции:
Прозрачное шифрование – шифрование/расшифровка происходят прозрачно при чтении или записи файла на диск и не требуют от владельца файла расшифровывать/зашифровывать файл при каждом к нему обращении;
Защита ключей шифрования – в EFS ключи, используемые для шифрования файла, зашифрованы наиболее эффективным открытым ключом сертификата пользователя (стандарт Х.509 v3 ), который хранится вместе со списком зашифрованных уникальных ключей, использованных для шифрования файла; для расшифровки этих ключей владелец файла использует свой закрытый ключ;
Восстановление данных – если закрытый ключ владельца не доступен, агент восстановления откроет файл своим закрытым ключом; в системе может быть несколько агентов восстановления, каждый со своим открытым ключом, но для восстановления файла, при его шифровании должен существовать и использоваться минимум один открытый ключ восстановления;
Безопасные временные и страничные файлы – в связи с тем, что многие приложения в процессе редактирования документов создают временные файлы.
31. Перечислите функции системы EFS в NTFS .
Система EFS шифрует временные копии зашифрованного файла; EFS располагается в ядре операционной системы Windows и хранит ключи шифрования в невыгружаемом пуле, что позволяет предотвратить их копирование в страничный файл.
32. Объясните значение понятия «теневые копии» в NTFS .
Служба теневого копирования реализуется только на томах NTFS -формата и позволяет создавать копии томов по расписанию, она создает мгновенные снимки состояния томов, обеспечивая архивацию файлов. Благодаря такой технологии пользователь быстро восстанавливать удаленные файлы или старые версии файлов.
33. Что произойдет, если файл будет скопирован из раздела или тома NTFS в раздел или на том FAT ?
Windows XP содержит утилиту CONVERT.EXE , которая преобразует тома FAT или FAT32 в эквивалентные тома NTFS . Также преобразовать файловую систему в NTFS можно при установке Windows XP , положительно ответив на вопрос о преобразовании в процессе установки.
34. Определите назначение и ограничения файловой системы CDFS .
В Windows XP , Windows 2000 , Windows 2003 поддерживается файловая система компакт-дисков CDFS , выполненная по стандарту ISO 9660 . Файловая система CD-ROM (CDFS ) является относительно простым форматом, который был определен в 1988 году как стандарт форматирования только для чтения для носителей информации на CD-ROM . Поддержка CDFS была введена в Windows NT 4.0 . Реализация в Windows включает в себя поддержку длинного имени файла, определяемую Уровнем 2 стандарта Международной организации по стандартизации (ISO ) 9660. Файловая система CDFS (только для чтения), обслуживается драйвером \Windows \System32 \Drivers \Cdfs.sys , который поддерживает надмножества форматов ISO-9660 и Joliet . Если формат ISO-9660 сравнительно прост и имеет ряд ограничений, то формат Joliet более гибок и поддерживает Unicode -имена произвольной длины. Если на диске присутствуют структуры для обоих форматов (чтобы обеспечить максимальную совместимость), CDFS использует формат Joliet . Из-за своей простоты формат CDFS имеет ряд ограничений:
Длина имени каталога и файла должны быть меньше чем 32 символа;
Глубина дерева каталогов может быть не больше, чем восемь уровней;
Максимальная длина файлов не должна превышать 4 Гб;
Число каталогов не может превышать 65 535.
CDFS считается унаследованным форматом, поскольку индустрия уже приняла в качестве стандарта для носителей, предназначенных только для чтения, универсальный дисковый формат UDF (Universal Disk Format ).
35. Определите назначение и ограничения файловой системы UDF .
UDF – универсальный формат дисков представляет собой файловую систему, соответствующую стандарту Международной Организации по Стандартизации(ISO ) 13346 , предназначенную для доступа к DVD-ROM и CD-ROM . Универсальный дисковый формат (UDF ) определяется Ассоциацией по технологии оптического хранения данных (OSTA ). Он разработан, чтобы заменить CDFS и добавить поддержку устройств DVD-ROM . UDF включается в спецификации DVD и более гибок, чем формат CDFS . Поддержка формата UDF была введена в Windows 2000 и включала в себя поддержку только чтения дисков. Начиная с Windows XP , осуществляется поддержка чтения и записи данных на диск. В Windows XP /Windows 2003 включена собственная поддержка чтения-записи оптических дисков DVD-RAM и возможность чтения формата UDF 2.01 (Universal Disk Format ), включая DVD -диски и DVD -видео. Файловая система UDF имеет ниже перечисленные особенности:
Длина имени файла может быть до 254 символов в ASCII -кодировке или до 127 символов в Unicode -кодировке;
Имена файлов могут включать буквы как верхнего, так и нижнего регистра;
Файлы могут быть разреженными (sparse ); размеры файлов задаются 64-битными значениями;
Максимальная длина пути составляет 1023 символа.
Файловая система UDF в Windows является UDF -совместимой реализацией OSTA – подмножеством формата ISO-13346 с расширениями для поддержки CD-R , DVD-R/RW и т.д. Организации по Стандартизации определила UDF в 1995 году как формат магнитооптических носителей, главным образом DVD-ROM , предназначенный для замены формата ISO-9660 . Формат UDF включен в спецификацию DVD и более гибок, чем CDFS . Драйвер UDF (\Windows \System32 \Drivers \Udfs.sys ) поддерживает UDF версии 1.02 и 1.5 в Windows 2000 и версий 2.0 и 2. 01 в Windows XP и Windows Server 2003 .
36. Определите назначение и преимущества файловой системы DFS .
DFS (Distributed File System ) – распределенная файловая система, которая позволяет объединить серверы и предоставляемые в общее пользование ресурсы в более простое пространство имен. Файловые системы обеспечивают однородный поименованный доступ к набору секторов на дисках, а DFS – однородный поименованный доступ к набору серверов, совместно используемых ресурсов и файлов, организуя их в виде иерархической структуры. В свою очередь новый том DFS может быть иерархично подключен к другим совместно используемым ресурсам Windows . DFS позволяет объединить физические устройства хранения в логические элементы, что делает физическое расположение данных прозрачным как для пользователей, так и для приложений. Преимущества DFS :
Настраиваемый иерархический вид совместно используемых сетевых ресурсов. Связывая сетевые ресурсы, администраторы могут создавать единый иерархический том, представляемый в виде одного огромного жесткого диска. Пользователи могут создавать собственные тома DFS , которые в свою очередь могут быть включены в другие тома DFS . Такая технология называется DFS -связями.
Гибкое администрирование тома. Отдельные сетевые ресурсы, входящие в DFS , можно отключить, не воздействуя на оставшуюся часть, что позволяет администраторам управлять физическими компонентами ресурсов, не изменяя логического их представления для пользователей.
Графические средства администрирования. Каждым корнем DFS можно управлять простым графическим инструментом, позволяющим просматривать тома, изменять их конфигурацию, устанавливать DFS -связи и управлять удаленными корнями DFS .
Повышенная доступность данных. Несколько сетевых ресурсов, предоставленных в совместное использование только для чтения, можно объединить под одним логическим именем DFS . Если один из ресурсов становится недоступным, автоматически становится доступным альтернативный.
Балансировка нагрузки. Несколько сетевых ресурсов, предоставленных в совместное использование только для чтения, можно объединить под одним логическим именем DFS , предоставляя тем самым ограниченную балансировку нагрузки между дисками или серверами. При доступе к такому ресурсу пользователь автоматически перенаправляется на один из составляющих том DFS .
Прозрачность имен. Пользователи перемещаются по пространству имен, не задумываясь о физическом расположении данных. Данные физически могут быть перемещены на любой сервер, но последующее переконфигурирование DFS делает это перемещение незаметным для пользователя, так как он по-прежнему оперирует с существующим для него пространством имен DFS .
Интеграция с моделью безопасности Windows . Не требуется дополнительной работы по обеспечению безопасности. Любой пользователь, подключенный к тому DFS , имеет доступ к ресурсам, только если обладает необходимыми правами. При этом применяется модель безопасности Windows .
Интеграция клиента DFS с Windows XP Professional , Windows 2000 Professional и Windows 9х . Клиент DFS встроен в Windows NT Workstation , начиная с 4 версии. Эта дополнительная функциональность не влияет на требования клиента к памяти.
Интеллектуальное кэширование на клиентской части. В том DFS можно включить сотни тысяч совместно используемых ресурсов. На клиентской стороне не делается предположений о том, к какой части данных пользователю разрешен доступ. Поэтому при первом обращении к каталогу определенная информация кэшируется локально. При повторном обращении к той же информации задействуется часть, находящаяся в кэше, и повторного поиска ссылки не происходит, что позволяет заметно повысить производительность в больших иерархических сетях.
Взаимодействие с другими сетевыми файловыми системами. Любой том, к которому можно осуществить доступ через редиректор Windows , можно включить в пространство имен DFS . Такой доступ можно осуществлять либо через клиентские редиректоры , либо через шлюзы на сервере.
Файлы на компьютере создаются и размещаются на базе системных принципов. Благодаря их реализации, пользователь получает возможность комфортно обращаться к нужной информации, не задумываясь о сложных алгоритмах доступа к ней. Каким образом организована работа файловых систем? Какие из них самые популярные сегодня? Каковы различия между файловыми системами, адаптированными для ПК? И теми, что используются в мобильных устройствах - смартфонах или планшетах?
Файловые системы: определение
Согласно распространенному определению, файловая система - это совокупность алгоритмов и стандартов, задействуемых с целью организации эффективного доступа пользователя ПК к данным, размещенным на компьютере. Некоторые специалисты считают ее частью Другие IT-эксперты, признавая тот факт, что она непосредственно связана с ОС, полагают, что файловая система - независимый компонент управления компьютерными данными.
Каким образом использовались компьютеры до того, как была изобретена файловая система? Информатика - как научная дисциплина - зафиксировала тот факт, что долгое время управление данными осуществлялось посредством структурирования в рамках алгоритмов, заложенных в конкретных программах. Таким образом, один из критериев файловой системы - это наличие стандартов, одинаковых для большинства программ, использующих доступ к данным.
Принципы работы файловых систем
Файловая система - это, прежде всего, механизм, предполагающий задействование аппаратных ресурсов компьютера. Как правило, речь здесь идет о магнитных или лазерных носителях - жестких дисках, CD, DVD, флешках, еще не успевших устареть дискетах. Для того чтобы понять, как соответствующая система работает, определимся с тем, что же такое собственно сам файл.
Согласно общепринятому в среде IT-экспертов определению, это область данных фиксированной величины, выражаемая в базовых единицах измерения информации - байтах. Располагается файл на дисковом носителе, как правило, в виде нескольких связанных между собой блоков, имеющих конкретный "адрес" доступа. Файловая система определяет эти самые координаты и "сообщает" их, в свою очередь, ОС. Которая понятным образом транслирует соответствующие данные пользователю. Происходит обращение к данным с целью считывания их, модифицирования, создания новых. Конкретный алгоритм работы с "координатами" файлов может быть разным. Он зависит от типа компьютера, ОС, специфики хранящихся данных и прочих условий. Потому, есть различные виды файловых систем. Каждая из них оптимизирована для использования в конкретной ОС или для работы с определенными типами данных.
Адаптирование дискового носителя к использованию посредством алгоритмов конкретной файловой системы называется форматированием. Соответствующие аппаратные элементы диска - кластеры - подготавливаются к последующей записи на них файлов, а также чтения их в соответствии со стандартами, заложенными в той или иной системе управления данными. Как поменять файловую систему? В большинстве случаев это можно сделать, только переформатировав носитель данных. Как правило, файлы при этом стираются. Однако есть вариант, при котором, задействуя специальные программы, все же можно, хотя это, как правило, требует большого количества времени, поменять систему управления данными, оставив последние нетронутыми.
Файловые системы работают не без ошибок. Возможны некоторые сбои в организации работы с блоками данных. Но они в большинстве случаев не критичны. Как правило, нет проблем с тем, как исправить файловую систему, устранить ошибки. В ОС Windows для этого, в частности, предусмотрены встроенные программные решения, доступные для любого пользователя. Такие как, например, программа "Проверка диска".
Разновидности
Какие виды файловых систем можно назвать самыми распространенными? Вероятно, в первую очередь те, что используются самой популярной ОС для ПК в мире - Windows. Основные файловые системы Windows - это FAT, FAT32, NTFS и их различные модификации. Наряду с компьютерами популярность обрели смартфоны и планшеты. Большинство из них, если говорить о глобальном рынке и не рассматривать различия в технологических платформах, управляется ОС Android и iOS. Эти ОС задействуют свои алгоритмы работы с данными, отличные от тех, которыми характеризуются файловые системы Windows.
Стандарты, открытые для всех
Отметим, что в последнее время на мировом рынке электроники наблюдается некоторая унификация стандартов в аспекте работы ОС с различными типами данных. Это прослеживается в двух аспектах. Во-первых, на разных устройствах под управлением двух несхожих типов ОС часто используется одна и та же файловая система, в одинаковой степени совместимая с каждой ОС. Во-вторых, современные версии ОС, как правило, способны распознавать не только типичные для себя файловые системы, но и те, что традиционно используются в других ОС - как посредством встроенных алгоритмов, так и с помощью стороннего программного обеспечения. Например, современные версии Linux, как правило, без проблем распознают отмеченные файловые системы для Windows.
Структура файловой системы
Несмотря на то что виды файловых систем представлены в достаточно большом количестве, работают они в целом по очень схожим принципам (общую схему мы изложили выше) и в рамках сходных структурных элементов или объектов. Рассмотрим их. Каковы основные объекты файловой системы?
Один из ключевых - Он являет собой изолированную область данных, в которой могут размещаться файлы. Структура каталогов - иерархическая. Что это значит? Один или несколько каталогов могут размещаться в другом. Который, в свою очередь, входит в состав "вышестоящего". Самым "главным" считается корневой каталог. Если говорить о принципах, на базе которых работает файловая система Windows - 7, 8, XP или же другой версии, - корневым каталогом считается логический диск, обозначаемый буквой - как правило, C, D, E (но можно настроить любую, что есть в английском алфавите). Что касается, к примеру, ОС Linux, то там корневым каталогом выступает магнитный носитель в целом. В этой и других ОС, основанных на ее принципах - к таковым относится Android - логические диски не используются. Можно ли хранить файлы без каталогов? Да. Но это не очень удобно. Собственно, комфорт в пользовании ПК - одна из причин внедрения в файловых системах принципа распределения данных по каталогам. Называться, кстати, они могут по-разному. В Windows каталоги именуются папками, в Linux - в основном так же. Но традиционное, используемое в течение многих лет название каталогов в этой ОС - "директории". Как и в предшествующих Windows и Linux ОС - DOS, Unix.
В среде IT-специалистов нет однозначного мнения касательно того, считать ли файл структурным элементом соответствующей системы. Те, кто полагает, что это не совсем корректно, аргументируют свою точку зрения тем, что система вполне может существовать и без файлов. Пусть это с практической точки зрения и бесполезное явление. Даже если на диске никаких файлов не записано, соответствующая система все равно может присутствовать. Как правило, магнитные носители, продаваемые в магазинах, не содержат каких-либо файлов. Но на них уже присутствует соответствующая система. Согласно другой точке зрения, файлы нужно считать неотъемлемой составляющей систем, которыми они управляются. Почему? А потому, что, как считают эксперты, алгоритмы их задействования адаптированы прежде всего под работу именно с файлами в рамках тех или иных стандартов. Ни для чего другого рассматриваемые системы не предназначены.
Еще один элемент, присутствующий в большинстве файловых систем - Он представляет собой область данных, содержащих сведения о размещении конкретного файла в определенном месте. То есть разместить ярлык можно в одном месте диска, однако при этом возможно обеспечение доступа к нужной области данных, которая располагается в другой части носителя. Считать, что ярлыки - это полноценные объекты файловой системы, можно, если условиться, что таковыми являются также и файлы.
Так или иначе не будет ошибкой сказать, что все три типа данных - файлы, ярлыки и каталоги - являются элементами соответствующих систем. По крайней мере, этот тезис будет соответствовать одной из распространенных точек зрения. Важнейший аспект, характеризующий то, как работает файловая система - это принципы именования файлов и каталогов.
Имена файлов и каталогов в разных системах
Если условиться, что файлы - это все же составные элементы соответствующих им систем, то стоит рассмотреть их базовую структуру. Что можно отметить в первую очередь? Для удобства организации доступа к ним в большинстве современных систем управления данными предусмотрена двухуровневая структура именования файлов. Первый уровень - это название. Второй - расширение. Возьмем для примера музыкальный файл Dance.mp3. Dance - это название. Mp3 - расширение. Первое призвано раскрывать для пользователя суть содержания файла (а для программы быть ориентиром для быстрого доступа). Второе обозначает тип файла. Если он Mp3, то нетрудно догадаться, что речь идет о музыке. Файлы с расширением Doc - это, как правило, документы, Jpg - картинки, Html - веб-страницы.
Каталоги, в свою очередь, имеют одноуровневую структуру. У них есть только название, расширения нет. Если говорить о различиях между разными видами систем управления данными, то первое, на что следует обратить внимание - это как раз-таки реализуемые в них принципы именования файлов и каталогов. Касательно ОС Windows специфика следующая. В самой популярной в мире операционной системе файлы могут иметь название на любом языке. Максимальная длина, правда, при этом ограничена. Конкретный ее интервал зависит от используемой системы управления данными. Обычно это значения в пределах 200-260 символов.
Общее правило для всех ОС и соответствующих им систем управления данными - в одном каталоге не могут находиться файлы с одинаковыми наименованиями. В Linux при этом присутствует некая "либерализация" этого правила. В одном каталоге могут быть файлы с одинаковыми буквами, но в разном регистре. Например, Dance.mp3 и DANCE.mp3. В ОС Windows это невозможно. Эти же правила установлены также и в аспекте размещения каталогов внутри других.
Адресация файлов и каталогов
Адресация файлов и каталогов - важнейший элемент соответствующей системы. В ОС Windows ее пользовательский формат может выглядеть так: C:/Documents/Music/ - это доступ к каталогу Music. Если нас интересует какой-то конкретный файл, то адрес может выглядеть так: C:/Documents/Music/Dance.mp3. Почему "пользовательский"? Дело в том, что на уровне программно-аппаратного взаимодействия компонентов компьютера структура доступа к файлам гораздо более сложная. Файловая система определяет местоположение файловых блоков и взаимодействует с ОС по большей части в рамках скрытых от пользователя операций. Однако у пользователя ПК крайне редко возникает необходимость пользоваться иными форматами "адресов". Практически всегда доступ к файлам осуществляется в указанном стандарте.
Сравнение файловых систем для Windows
Мы изучили общие принципы функционирования файловых систем. Рассмотрим теперь особенности самых распространенных их видов. В Windows чаще всего используются такие файловые системы, как FAT, FAT32, NTFS, а также exFAT. Первая в этом ряду считается устаревшей. Она, вместе с тем, долгое время была неким флагманом индустрии, но по мере роста технологичности ПК ее возможности перестали удовлетворять запросам пользователей и потребностям в ресурсах со стороны программного обеспечения.
Призванная заменить FAT файловая система - это FAT32. Как считают многие IT-эксперты, сейчас она самая популярная, если говорить о рынке ПК под управлением Windows. Она чаще всего используется при хранении файлов на жестких дисках и флешках. Также можно отметить, что эта система управления данными достаточно регулярно используется в модулях памяти различных цифровых устройств - телефонах, фотоаппаратах. Основное преимущество FAT32, которое выделяют IT-эксперты, таким образом, Несмотря на то что создана была данная файловая система компанией Microsoft, работать с данными в рамках заложенных в ней алгоритмов могут большинство современных ОС, включая те, что инсталлированы на указанные типы цифровой техники.
Есть у системы FAT32 и ряд недостатков. Прежде всего можно отметить ограничение на размер одного взятого файла - он не может быть больше 4 Гб. Также в системе FAT32 нельзя встроенными средствами Windows задать логический диск, размер которого был бы больше 32 Гб. Но это можно сделать, установив дополнительное специализированное ПО.
Другая популярная система управления файлами, что разработана Microsoft - это NTFS. Как считают некоторые IT-эксперты, по большинству параметров она превосходит FAT32. Но этот тезис справедлив, если речь идет о работе компьютера под управлением Windows. Система NTFS не настолько универсальна, как FAT32. Особенности ее функционирования делают использование данной файловой системы не всегда комфортным, в частности, в мобильных устройствах. Одно из ключевых преимуществ NFTS - надежность. Например, в тех случаях, когда у жесткого диска внезапно отключается питание, вероятность того, что файлы повредятся, сводится к минимуму, благодаря предусмотренным в NTFS алгоритмам дублирования доступа к данным.
Одна из новейших файловых систем от Microsoft - exFAT. Наилучшим образом она адаптирована для флешек. Базовые принципы работы в ней те же, что и в FAT32, но присутствует также и значимая модернизация в некоторых аспектах: например, нет никаких ограничений по размеру единичного файла. Вместе с тем система exFAT, как отмечают многие IT-эксперты, в числе тех, что обладают низкой универсальностью. На компьютерах под управлением ОС, отличных от Windows, работа с файлами при использовании exFAT может быть затруднена. Более того, даже в некоторых версиях самой Windows, таких как XP, данные на дисках, отформатированных по алгоритмам exFAT, могут не читаться. Потребуется установка дополнительного драйвера.
Отметим, что по причине задействования достаточно широкого спектра файловых систем в ОС Windows у пользователя могут возникать периодические сложности в аспекте совместимости различных устройств с компьютером. В ряде случаев, например, требуется установить драйвер файловой системы WPD (Windows Portable Devices - технологии, используемой при работе с переносными устройствами). Иногда его может не оказаться под рукой у пользователя, вследствие чего внешний носитель ОС может не распознать. Файловая система WPD может потребовать дополнительных программных средств адаптации к операционной среде на конкретном компьютере. В ряде случаев пользователь будет вынужден обращаться к IT-специалистам для решения проблемы.
Как определить, какая именно файловая система - exFAT или NTFS, а может быть, FAT32 - оптимальна для использования в конкретных случаях? Рекомендации IT-специалистов в целом следующие. Можно задействовать два основных подхода. Согласно первому следует разграничивать типичные файловые системы жестких дисков, а также те, что лучше адаптированы к флеш-накопителям. FAT и FAT32, как считают многие специалисты, лучше подходят для "флешек", NTFS - для винчестеров (в силу технологических особенностей работы с данными).
В рамках второго подхода значение имеет величина носителя. Если речь идет об использовании сравнительно небольшого объема диска или флешки, отформатировать их можно в системе FAT32. Если диск большего размера, то можно попробовать exFAT. Но только в том случае, если не предполагается использование носителей на других компьютерах, особенно тех, где стоят не самые свежие версии Windows. Если речь идет о больших жестких дисках, в том числе и внешних, то их целесообразно форматировать в NTFS. Примерно таковы критерии, по которым может быть выбрана оптимальная файловая система - exFAT или NTFS, FAT32. То есть использовать какую-либо из них следует, учитывая размер носителя, его тип, а также версию ОС, на котором накопитель преимущественно используется.
Файловые системы для Mac
Другая популярная программно-аппаратная платформа на мировом рынке компьютерной техники - Macintosh от Apple. ПК данной линейки работают под управлением операционной системы Mac OS. Каковы особенности организации работы с файлами в компьютерах Mac? В самых современных ПК от Apple используется файловая система Mac OS Extended. Ранее в компьютерах Mac работа с данными управлялась в соответствии со стандартами HFS.
Главное, что можно отметить в аспекте ее характеристик: на диске, которым управляет файловая система Mac OS Extended, могут размещаться файлы очень большого объема - речь может идти о нескольких миллионах терабайт.
Файловая система в Android-устройствах
Самая популярная ОС для мобильных устройств - виде электронной техники, не уступающей по популярности ПК, - это Android. Каким образом осуществляется управление файлами на девайсах соответствующего типа? Отметим прежде всего, что данная операционная система - фактически "мобильная" адаптация ОС Linux, которая, благодаря открытому программному коду, может быть модифицирована с перспективой использования на самом широком спектре устройств. Поэтому управление файлами в мобильных девайсах под управлением Android осуществляется в целом по тем же принципам, что и в Linux. Некоторые из них мы отметили выше. В частности, управление файлами в Linux осуществляется без деления носителя на логические диски, как это происходит в Windows. Что еще интересного заключает в себе файловая система Android?
Корневым каталогом в Android, как правило, выступает область данных, именуемая /mnt. Соответственно, адрес нужного файла может выглядеть примерно так: /mnt/sd/photo.jpg. Кроме того, есть еще одна особенность системы управления данными, что реализована в данной мобильной ОС. Дело в том, что флеш-память девайса, как правило, классифицирована на несколько разделов, таких как, например, System или Data. При этом, изначально заданный размер каждого из них изменить нельзя. Приблизительную аналогию касательно данного технологического аспекта можно обнаружить, вспомнив, что нельзя (если не использовать специального ПО) менять размер логических дисков в Windows. Он должен быть фиксированным.
Еще одна интересная особенность организации работы с файлами в Android - соответствующая операционная система, как правило, записывает новые данные в конкретную область диска - Data. Работа, к примеру, с разделом System при этом не осуществляется. Поэтому, когда пользователь задействует функцию сброса программных настроек смартфона или планшета до уровня "заводских", то на практике это означает, что те файлы, что записаны в область Data, попросту стираются. Раздел System же, как правило, остается неизменным. Более того, какие-либо корректировки содержимого в System пользователь, не обладая специализированным ПО, осуществлять не может. Процедура, связанная с обновлением системной области носителя в Android-устройстве, называется перепрошивкой. Это не форматирование, хотя обе операции часто осуществляются одновременно. Как правило, перепрошивка применяется с целью установки на мобильное устройство более новой версии ОС Android.
Таким образом, ключевые принципы, на базе которых работает файловая система Android - отсутствие логических дисков, а также жесткое разграничение доступа к системным и пользовательским данным. Нельзя сказать, что данный подход принципиально отличается от того, что реализован в Windows, однако, как считают многие IT-эксперты, в ОС от Microsoft для пользователей присутствует несколько большая свобода в работе с файлами. Впрочем, как полагают некоторые специалисты, это нельзя считать однозначным преимуществом Windows. "Либеральный" режим в аспекте управления файлами задействуют, конечно же, не только пользователи, но и компьютерные вирусы, к которым Windows очень восприимчива (в отличие от Linux и ее "мобильной" реализации в виде Android). В этом, как считают эксперты, заключается одна из причин того, что вирусов для Android-устройств столь немного - чисто с технологической точки зрения они не могут в полной мере функционировать в операционной среде, работающей по принципам строгого контроля доступа к файлам.