МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ
Державні освітні установи
ВИЩОЇ ОСВІТИ
«САНКТ-Петербурзький державний університет
ЕКОНОМІКИ І ФІНАНСІВ »
КАФЕДРА ІНФОРМАТИКИ
Доповідь на тему:
«Файлова система для операційної системи Windows»
Виконала
Аристархова Світлана
Студентка групи № 246
Санкт-Петербург
2010
Визначення файлової системи
Фа йловая систе ма (англ. file system) - регламент, що визначає спосіб організації, зберігання та іменування даних на носіях інформації. Вона визначає формат фізичного зберігання інформації, яку прийнято групувати у вигляді файлів. Конкретна файлова система визначає розмір імені файлу (папки), максимальний можливий розмір файлу і розділу, набір атрибутів файлу. Деякі файлові системи надають сервісні можливості, наприклад, розмежування доступу чи шифрування файлів.
Файлова система пов'язує носій інформації з одного боку і API для доступу до файлів - з іншого. Коли прикладна програма звертається до файлу, вона не має жодного уявлення про те, яким чином розташована інформація в конкретному файлі, так само, як і на якому фізичному типі носія (CD, жорсткому диску, магнітній стрічці або блоці флеш-пам'яті) він записаний. Все, що знає програма - це ім'я файлу, його розмір і атрибути. Ці дані вона отримує від драйвера файлової системи. Саме файлова система встановлює, де і як буде записаний файл на фізичному носії (наприклад, жорсткому диску).
З точки зору операційної системи, весь диск представляє з себе набір кластерів розміром від 512 байт і вище. Драйвери файлової системи організують кластери у файли і каталоги (реально є файлами, які містять список файлів у цьому каталозі). Ці ж драйвери відстежують, які з кластерів в даний час використовуються, які вільні, які позначені як несправні.
Однак файлова система не обов'язково безпосередньо пов'язана з фізичним носієм інформації. Існують віртуальні файлові системи, а також мережеві файлові системи, які є лише способом доступу до файлів, що знаходяться на віддаленому комп'ютері.
Класифікація файлових систем
За призначенням файлові системи можна класифікувати на наступні категорії:
Для носіїв з довільним доступом (наприклад, жорсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 і ін Оскільки доступ до дисків в рази повільніше, ніж доступ до оперативної пам'яті, для приросту продуктивності в багатьох файлових системах застосовується асинхронна запис змін на диск. Для цього застосовується або журнал, наприклад в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, або механізм soft updates та ін Журналювання широко поширене в Linux, застосовується в NTFS. Soft updates - в BSD системах. Reiser4 не застосовує журнал роботи, всі операції в ній одна транзакція.
Для носіїв з послідовним доступом (наприклад, магнітні стрічки): QIC та ін
Для оптичних носіїв - CD і DVD: ISO9660, ISO9690, HFS, UDF і ін
Віртуальні файлові системи: AEFS та ін
Мережеві файлові системи: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS та ін
Для флеш - пам'яті: YAFFS, ExtremeFFS.
Трохи випадають із загальної класифікації спеціалізовані файлові системи: ZFS (власне файлової системою є тільки частина ZFS), VMFS (т.зв. кластерна файлова система, яка призначена для зберігання інших файлових систем) та ін
Завдання файлової системи
Основні функції будь-якої файлової системи націлені на вирішення наступних завдань:
іменування файлів;
програмний інтерфейс роботи з файлами для додатків;
відображення логічної моделі файлової системи на фізичну організацію сховища даних;
організація стійкості файлової системи до збоїв живлення, помилок апаратних і програмних засобів;
зміст параметрів файлу, необхідних для правильного його взаємодії з іншими об'єктами системи (ядро, програми та ін)
У багатокористувацьких системах з'являється ще одне завдання: захист файлів одного користувача від несанкціонованого доступу іншого користувача, а також забезпечення спільної роботи з файлами, наприклад, при відкритті файлу одним з користувачів, для інших цей же файл тимчасово буде доступний у режимі "тільки читання" .
Твердотільні носії, такі, як флеш-диски, своїм інтерфейсом даних схожі на звичайні жорсткі диски, але мають свої проблеми і недоліки. Коли минає час пошуку вони потребують особливої обробці такими алгоритмами як, Wear leveling і Error detection and correction.
FAT - початково дискова файлова система - тепер часто використовується на флеш-дисках. Має обмеження на розмір файлу в 4 гігабайти.
exFAT - Розширена версія FAT, що використовується для флеш-дисків. Запатентована Microsoft, часто називається як FAT64 - обмеження лютого 1964 байт (16 ексабайт).
FFS2 - Продовження файлової системи FFS1, Одна з ранніх файлових систем для флеш-карт. Розроблена і запатентована Microsoft на початку 1990х років. US Patent 5392427 (англ.)
TFAT - транзакційна версія FAT файлової системи.
JFFS - Оригінальна лог-структурована Linux файлова система для NOR-флеш-носіїв.
JFFS2 - Продовження JFFS для NAND-і NOR-флеш-носіїв.
LogFS - Призначена для заміни JFFS2, краща розширюваність. Знаходиться на ранній стадії розробки.
Non-Volatile File System - файлова система для флеш-дисків, розроблена Palm, Inc ..
YAFFS - Лог структурована файлова система, призначена для NAND-флеш, але може використовуватися в NOR-флеш-дисках.
exFAT
exFAT (від англ. Extended FAT - "розширена FAT») - пропрієтарна файлова система, призначена головним чином для флеш-накопичувачів. Вперше представлена Microsoft для вбудованих пристроїв в Windows Embedded CE 6.0.
Використовується в операційних системах від Microsoft в тих випадках, коли використання інших підтримуваних ними файлових систем (FAT і NTFS) недоцільно.
Основними перевагами перед усіма поточними версіями FAT є:
Теоретичний ліміт на розмір файлу 2 64 байт (16 ексбібайт).
Максимальний розмір кластера збільшений до 25 лютого байт (32 мебібайта).
Покращено розподіл вільного місця за рахунок введення біт-карти вільного місця, що зменшує фрагментацію диска.
Усунутий ліміт на кількість файлів в одній директорії.
Введена підтримка списку прав доступу.
Введена підтримка транзакцій (опціональна можливість, повинна підтримуватися пристроєм).
Підтримка exFAT мається на Windows XP з Service Pack 2 і 3 з оновленням KB955704, Windows Vista з Service Pack 1, Windows Server 2008, Windows 7.
Технологія ReadyBoost в Windows Vista не сумісна з пристроями з файловою системою exFAT.
Існує вільний драйвер exFAT у вигляді патча для ядра Linux, що підтримує тільки читання цієї файлової системи.
Ліцензійний статус не ясний. Однак відомо, що Microsoft успішно запатентувала файлову систему FAT, і в лютому 2009 року подала до суду на компанію TomTom, звинувачуючи її у їх порушенні.
Існує також стороння реалізація exFAT для Windows XP / Windows Server 2003, однак вона призначена для безпосередньої інтеграції в дистрибутив продукту без можливості ручного встановлення драйвера. Даний порт виконаний на базі драйвера Windows Vista.
У грудні 2009 року Microsoft почала ліцензувати файлову систему exFAT для сторонніх виробників.
File Allocation Table
FAT (від англ. File Allocation Table - "таблиця розміщення файлів») - архітектура файлової системи, зараз широко використовується у картах пам'яті фотоапаратів та інших пристроїв.
Розроблено Біллом Гейтсом і Марк Макдональд у 1977 році. Використовувалася в якості основної файлової системи в операційних системах DOS і Microsoft Windows (до версії Windows ME).
Структура FAT визначена стандартом ECMA-107.
Структура системи FAT
завантажувальний сектор;
таблиця розміщення файлів - власне FAT (традиційно в двох примірниках, але взагалі-то кількість копій зазначено в завантажувальному секторі);
кореневої каталог;
файли.
Для зберігання файлів все доступне для них простір розбивається на кластери. Таблиця розміщення файлів містить комірки, кожна з яких відповідає певному кластеру диска. Якщо кластер належить файлу, то відповідна йому осередок містить номер наступного кластера цього ж файлу. Якщо осередок відповідає останньому кластеру файлу, то вона містить значення «FFFF». Таким чином вибудовується ланцюжок кластерів файлу. Невикористані кластери позначені «0000». «Погані» кластери позначені спеціальним кодом «FFF7».
При видаленні файлу фактично тільки робиться запис в каталозі, а ланцюжок кластерів не руйнується і дані не затираються. Це дозволяє відновлювати видалені файли, якщо на їх місце ще не було нічого записано.
Максимальний розмір кластера, який підтримується в FAT, становить 64 Кб. Знаючи, що максимальна кількість кластерів, яке можна адресувати шестнадцатіразрядним покажчиком одно 65536, можна обчислити якої величини розділ можна відформатувати, застосовуючи той чи інший розмір кластера. Якщо взяти розмір кластера рівним розміру фізичного кластера (сектору), то отримаємо: 65536 * 512 = 32 Мб. Якщо взяти кластер в 2 рази більше, то можна відформатувати розділ вже до 64 Мб. З огляду на те, що розрядність ФС - величина постійна, для форматування дисків різних розмірів будуть застосовуватися різні розміри кластерів. Наприклад, щоб відформатувати диск більше 1 Гб, потрібно застосовувати кластер 16 КБ. Оскільки розмір кластера, що є максимально допустимим в цій ФС, рівний 64 Кб, то можна визначити, що максимальний розмір розділу, що форматується під FAT, дорівнює 4 Гб.
FAT16
Файлова система FAT працює з одиницями дискового простору, званими кластер. Кожен кластер може включати один або кілька секторів жорсткого диска (твій хард зазвичай розбитий на сектори по 512 байт). З чого випливає, що мінімальний розмір кластера - 512 байт. Для зберігання одного файлу можна використовувати один або кілька кластерів. Кожному кластеру диска в таблиці FAT відповідає окремий запис, яка або вказує на наступний кластер файлу, або містить мітку кінця файлу. У складі кожного каталогу зберігаються імена входять до нього файлів. Разом з ім'ям файлу зберігається покажчик на перший кластер цього файлу. Крім цього в каталозі зберігається дата створення файлу, його розмір і атрибути. Атрибути можуть вказувати на те, що файл є прихованим, зарезервованим для використання операційною системою, вимагає архівування (резервного копіювання) або призначений тільки для читання.
Це теорія, а тепер недоліки: ти ніколи не замислювався, що означає "16" в назві файлової системи? А означають вони те, що таблиця розміщення файлів FAT (File Allocation Table) ідентифікує записи, що відповідають дисковим кластерам, за допомогою 16-розрядних чисел. Таким чином, в таблиці можна розмістити не більше 65 536 записів (2 в 16-го ступеня). А якщо враховувати те, що максимальний розмір кластера - 32 Кбайта, то виходить, що максимальний розділ дискового тому - 2 Гбайта. У тебе логічні диски на гвинті напевно НАБАГАТО більшого розміру? Це недолік номер "раз" (хоча треба відзначити, що FAT32 цей недолік майже що подолала). Недолік номер два - це те, що для зберігання ВСІХ файлових атрибутів система FAT використовує всього 1 байт. Не можна зберігати ні відомості про право доступу до файлу, ні про його власника ... Недолік номер "три" криється в тому, що при використанні FAT більший розмір дискового тому означає більший розмір кластера, а одна з головних "несмачною FAT" - це те, що один файл = як мінімум один кластер. Приклад: маємо розмір кластера 32 Кбайта і файл розміром в 2 Кбайта - в результаті файл займає весь кластер, тобто ми втрачаємо 30 Кбайт ... Приблизно теж саме вийде, якщо файл буде розміром 34 Кбайта - тоді він займе два кластери і в другому ми знову втратимо 30 Кбайт ... Недоліки номер "чотири і п'ять" - відомості про фізичне розташування файлів зберігаються в одному місці - таблиці розміщення файлів FAT, що: а) збільшує ймовірність пошкодження і втрати всієї інформації, б) знижує швидкість пошуку, тому що для пошуку певного файла потрібно обробити всю таблицю. Потрібно визнати, що FAT16 створювалася давно, за часів MS-DOS і вимогам того часу цілком задовольняла ...
FAT32
Ця файлова система прийшла на зміну FAT16. Її відмінність в тому, що таблиця розміщення файлів FAT (File Allocation Table) ідентифікує записи, що відповідають дисковим кластерам, за допомогою 32-розрядних чисел. Відповідно до цього максимальну кількість записів стає рівним 4294967296 (2 в 32-го ступеня). У зв'язку з чим максимальний розмір дискового тому істотно збільшується (до 2 Тбайт). Проте це дозволяє подолати лише недолік номер "раз", проте всі інші - на жаль залишаються, що особливо прикро для власників невеликих гвинтів - нераціональне витрачання дискового простору ... а також часті пошкодження різноманітної природи і т.д.
Відмовостійкість системи
Оскільки система FAT зберігає дані про файли і дані про вільне місце на диску в одній таблиці, то операція запису файлу, традиційно складається з двох етапів (додавання займаного блоку в перелік зайнятих і виключення цього ж блоку із списку вільних) відбувається в FAT на одну дію . Завдяки цьому система FAT володіє природженою стійкістю до збоїв, то є збій (наприклад, харчування) у момент виконання операції читання або запису в більшості випадків не призведе до руйнування файлової системи. Однак слід пам'ятати, що в даному випадку мова йде саме про цілісність файлової системи, а не самих файлів.
Версії системи FAT
Існує чотири версії FAT - FAT12, FAT16, FAT32 і exFAT. Вони відрізняються кількістю біт, відведених для збереження номеру кластеру. FAT12 застосовується в основному для дискет, FAT16 - для дисків малого обсягу, а нова exFAT переважно для флеш-накопичувачів.
Спочатку FAT не підтримувала ієрархічну систему каталогів. Всі файли розташовувалися в кореневому каталозі. Це виявилося незручно. І до того ж малий розмір кореневого каталогу обмежував кількість файлів на диску. Каталоги були введені з виходом MS-DOS 2.0.
У різних операційних системах також були впроваджені різні розширення FAT. Наприклад, в DR-DOS є додаткові атрибути доступу до файлів; в Windows 95, Linux і Proolix - підтримка довгих імен файлів (LFN) у форматі Unicode (Virtual FAT - VFAT); в OS / 2 - розширені атрибути всіх файлів.
YAFFS
YAFFS (Yet Another Flash File System) - YAFFS - це перша файлова система, розроблена спеціально для використання на NAND накопичувачах. Автором є Charles Manning з Нової Зеландії.
Yaffs1 - перша версія цієї файлової системи, яка працювала зі сторінками пам'яті розміром в 512 байт + 16 службових байт. Старі моделі флеш-пам'яті дозволяли виконувати всього 2 або 3 цикли перезапису, при відмові запису на сторінку, YAFFS позначала її як збійні, виставляючи байт у службовій області.
YAFFS2
YAFFS2 - розроблена на базі YAFFS1, формат даних залишився таким же для зворотної сумісності. Головна відмінність - YAFFS2 дозволяє в сучасних моделях флеш-пам'яті пропускати сторінки, помічені для однократного запису.
YAFFS2 використовує ще більш абстрактні визначення флеш-пам'яті, які дозволяють використовувати цю файлову систему з великою кількістю різних типів пам'яті зі своєю геометрією, правилами визначення збійних секторів та ін
NTFS
Розшифровується як New Technology File System. У порівнянні з FAT файлова система NTFS має куди більш складною структурою і куди більш широкими можливостями. На відміну від FAT, файлова система NTFS не зберігає всю інформацію про розташування файлів в одному місці. Замість цього відомості про розподіл дискового простору між файлами зберігаються у складі спеціальних пакетів, які можуть розташовуватися в будь-якому місці розділу. Структура каталогів NTFS також відрізняється від структури каталогів FAT. Дискові каталоги NTFS краще пристосовані для здійснення пошуку файлів, так як записи про файли зберігаються з використанням бінарного дерева, а не простого лінійного списку (як це було в FAT). Це означає, що для того, щоб знайти файл, потрібно проаналізувати меншу кількість записів. А якщо до цього ще додати можливість індексування, то система буде просто літати!
Файлова система NTFS має вбудованої підтримкою довгих імен і розширюваних файлових атрибутів. Завдяки цьому розділи NTFS можуть зберігати інформацію, пов'язану з захистом файлів (наприклад, списки ACL), аудитом доступу до файлів, а також відомості, пов'язані з правами на володіння файлами. Завдання дискової квоти - ще одна можливість NTFS, пов'язана з можливістю збереження розширеного кількості атрибутів файлу. Полягає вона в тому, що певному користувачеві можна призначити певний розмір дискового простору, який він може використовувати для зберігання своїх файлів (ти напевно вже стикався з цим, якщо мав справу з яким або хостингом). Якщо ж ти подібного досвіду не мав, то пояснюю: при спробі збереження файлу, система аналізує розмір всіх файлів, які вже належать тобі (ага, по тому самому атрибуту "власник" про який говорилося тільки що) і порівнює з призначеної тобі дискової квоти. Якщо залишок квоти достатній для розміщення цього файлу, то буде виконано збереження, в іншому випадку тебе пошле подалі сполученням "перевищена дискова квота". Якщо при використанні FAT найкраще на що ти міг розраховувати - це те, що файл буде займати на диску не більше, ніж власний розмір, то при використанні NTFS можеш про це забути! В NTFS мінімальна одиниця дорівнює сектору жорсткого диска і один файл не означає один кластер! Крім цього файлова система підтримує атрибут, що дозволяє здійснювати індивідуальну компресію файлів і каталогів. Нові можливості NTFS5 і Windows 2000 дозволяють задіяти архітектуру відкритих ключів для шифрування файлів, каталогів чи томів за допомогою EFS. Крім того напевно всіх порадує можливість монтування. Ну і на довершення всього NTFS підтримує дуже великі диски - до 16 екзабайт. (Екзабайт - це 1073741824 Гігабайт). Простий приклад: Якщо жорсткий диск здатний записати 1 мегабайт даних в секунду, то для того, щоб записати один екзабайт (зауваж один, а не шістнадцять), йому буде потрібно 1 трлн секунд. В одному році 3 млн секунд. Отже, щоб зберегти один екзабайт даних буде потрібно 300 000 років.
Список літератури
«Самовчитель роботи на комп'ютері» А.Ю Гаєвський вид. «Технолоджі-3000» 2009р.
Інтернет-енциклопедія «Вікіпедія» www. Wikipedia. Ru