Операционные среды, системы и оболочки. Логическая организация файлов

2. Структурированный файл : смешанный, последовательный, индексно-последовательный, индексированный, прямого доступа.

Смешанный файл

Поле 1

Поле 2

Поле 3

Поле 1

Поле 1

Поле 2

Поле 2

Поле 3

Последовательный файл

Поле 1

Поле 1

Поле 1

Поле 2

Поле 2

Поле 2

Поле 3

Поле 3

Поле 3

Достоинства: рациональное использование дискового пространства, хорошо подхо-дят для полного перебора

Недостатки: сложность встав-ки и обновления записей

Достоинства: оптимальный вариант для пакетных приложений, записи хранятся в ключевой последовательности, возможно хранение на диске и МЛ. Возможна организация в виде списка, что упрощает вставку новых записей.

Каждое поле описывает само себя (имя, длина, значение). Доступ – полный перебор.

Записи имеют одну длину, одни и те же поля и хранят только значения полей (одно поле – ключевое). Атрибуты файловой структуры: имя и длина каждого поля.

Недостатки: малоэффективен для диалоговых приложений

переполнения

1

2

3

Главный файл

Достоинства: сокращение времени доступа при увеличении уровней индексации. Недостатки: 1. Эффективная работа с файлом ограничена работой с ключевым полем. 2. Дополнительные затраты времени на периодическое слияние с файлом переполнения.

элементу для каждой записи главного файла.
2. Частный индекс содержит элементы для записей, в которых имеется интересующее пользователя поле.
3. При добавлении новой записи в главный файл необходимо обновлять все индексные файлы.
4. Индексы организуются в виде последовательных файлов.
Достоинство: быстрый доступ. Недостатки: большая избыточность данных, неэффективность обработки всех записей файла.

Полный индекс 1

Полный индекс 2

Частичный индекс

Основной файл (записи переменной длины)

Файл прямого доступа

1. Обеспечивает прямой доступ к любой записи фиксированной длины по известному адресу (ключу) при хранении файлов на диске.
2. Достоинства: быстрый доступ к любой записи, простота вставки, удаления и модификации записей.
3. Недостатки: записи фиксированной структуры и длины.

1

User 2

User 3

СЕТЬ

Один файл – одно полное имя

Один файл – много полных имен

Файловый каталог является связующим звеном между системой управления файлами и набором файлов

файл-устройство

Монтирование

/ (root)

/ (root)

/ (root)

dev

dev

t

t

t

r

r

r

user

user

home

home

bin

bin

man

man

loc

loc

man1

man1

man2

man2

f1

f1

f2

f2

кластеры.

Низкоуровневое форматирование – создание дорожек и секторов.

Высокоуровневое форматирование – создание разделов и кластеров для определенной файловой системы или нескольких файловых систем.

A:

Р А З Д Е Л Ы (первичные и расширенные)

Загрузочный блок

MBR

Таблица разделов

С:

D:

E:

Суперблок –таблица параметров

Карта дискового пространства

i-узлы

Каталоги и файлы

Корневой каталог

Системная область

Область данных

З

С

NSB

NSB (Non –System Bootstrap) – внесистемный загрузчик

с – номер цилиндра, h – номер головки, s – номер сектора
2 способ: LBA A = (c * H + h) * S + s – 1 H – число рабочих поверхностей в цилиндре, S – количество секторов на дорожке

Структура элемента таблицы разделов

Системные идентификаторы: 06h – FAT16, 07h – NTFS, 0Bh – FAT32

диска C:

Карта дискового пространства

Данные

Первичный раздел (диск C:)

Данные

Карта дискового пространства

Secondary Master Boot Record

Загрузочный сектор диска D:

Secondary Master Boot Record

Загрузочный сектор диска D:

Карта дискового пространства

Данные

Логический диск D:

Логический диск E:

Расширенный раздел

Логический диск D:

Логический диск E:

Адрес таблицы для диска E:

0 – конец цепочки

Не использован

Не использован

Не использован

Не использован

Первая таблица логического диска

Вторая таблица логического диска

Разбиение диска на разделы

доступа к данным;
объем адресной информации файла;
степень фрагментированности дискового пространства;
максимально возможный размер файла.
Возможные схемы размещения файлов:
- непрерывное размещение (непрерывные файлы);
- связный список блоков (кластеров) файла;
- связный список индексов блоков (кластеров) файла;
- перечень номеров блоков (кластеров) файлов;
- структуры, называемые I-узлами (index-node – индекс-узел).

нет ограничений на размер файла.

Недостатки: нет возможностей для изменения размера файла, высокая степень возможной внешней фрагментации

Область применения – компакт-дики

Достоинства: минимальная адресная информация, отсутствие внешней фрагментации, возможность изменения размеров файла.

Недостатки: медленный доступ, сложность доступа к произвольному блоку файла, некратность блока файла степени двойки.

Непрерывное размещение

Связный список кластеров

А)

Б)

варианта А), быстрый доступ к произвольному кластеру файла, полное заполнение кластера, кратное степени двойки

Достоинства: высокая скорость доступа к произвольному кластеру благодаря прямой адресации, отсутствие внешней фрагментации.
Недостаток: длина адреса зависит от размера файла и может быть значительной.

Недостаток: рост адресной информации с увеличением емкости диска

Файл 1, 3, 5, 6

node)

Адрес кластера указателей

Кластер, содержащий дополнительные дисковые адреса

Достоинства: I-узел находится в памяти только при открытии файла, что сокращает объем адресной информации; объем адресной информации не зависит от емкости диска, а лишь от числа открытых файлов; высокая скорость доступа к произвольному кластеру файла благодаря прямой адресации.
Недостатки: фиксированного количества адресов может оказаться недостаточным для адресации файла, отсюда необходимость сочетания прямой и косвенной адресации

9 10 11 12 13 14

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

2048 записей

Непосредственная адресация

Простая косвенная адресация

Двойная косвенная адресация

Тройная косвенная адресация

Максимальный размер файла 7,0403*10 13 байт
Объем адресной информации – 0,05 % от адресуемых данных

Файловая система ОС UNIX ufs

А д р е с н а я и н ф о р м а ц и я ф а й л а

Размер кластера 8 Кбайт

2 (копия)

Запись каталога (32 байт)

Root directory (512 записей)

0 1 2 3

Data

Индексные указатели, связанные с кластерами принимают значения:
кластер свободен (0000h); последний кластер файла (fff8h – ffffh); кластер поврежден (fff7h); резервный кластер (fff0h - fff6h)

Физическая организация FAT

Формат каталога

Длина поля Описание

8 байт Имя файла
3 байт Расширение файла
1 байт Атрибуты файла
1 байт Зарезервировано
3 байт Время создания
2 байт Дата создания
2 байт Дата последнего доступа
2 байт Зарезервировано
2 байт Время последней модификации
2 байт Дата последней модификации
2 байт Начальный кластер
4 байт Размер файла

кластеры файла 2

Пример FAT - таблицы

файла

указателя кластеров объем кластера размер раздела

FAT12 12 4096 4 Кбайт 16 Мбайт 8.3
FAT16 16 65536 64 Кбайт 4 Гбайт 8.3 255.3
FAT 32 32 4 Г 32 Кбайт 232 по 32 Кбайт 255.3
NTFS 64 264 4 Кбайт 264 по 4 Кбайт 255.3

Программа Fdisk автоматически определяет размер кластера на основе выбранной файловой системы и размера раздела. Существует недокументированный параметр команды Format, позволяющий явно указать размер кластера:
Format /z:n, где n – размер кластера в байтах, кратный 512.

Описание

CreateDirectory mkdir Создать новый каталог
RemoveDirectory rmdir Удалить пустой каталог
FindFirstFile opendir Инициализация для начала чтение записей каталога
FindNextFile readdir Прочитать следующую запись каталога
MoveFile rename Переместить файл из одного каталога в другой
SetCurrentDirectory chdir Изменить текущий рабочий каталог
CreateFile open Создать (открыть) файл, вернуть дескриптор файла
DeleteFile unlink Удалить существующий файл
CloseHandle close Закрыть файл
ReadFile read Прочитать данные из файла
WriteFile write Записать данные в файл
SetFilePointer lseek Уст-вить указатель в файле в определенную позицию
GetFileAttributes stat Вернуть атрибуты файла
LockFile fcntl Заблокировать файл для взаимного исключения
Unlock File fcntl Отменить блокировку области файла

найти его характеристики, которые хранятся в файловой системе на диске.

2. Скопировать характеристики файла в оперативную память, поскольку только в этом случае программный код может их использовать.

3. На основании характеристик файла проверить права пользователя на выполнение запрошенной операции (чтение, запись, удаление и т. п.).

4. Очистить область памяти, отведенную под временное хранение характеристик файла.

open

open

open

open

close

close

close

close

Read 1

Read 2

Read 3

Read 1

Read 2

Read 3

Примеры системных вызовов для работы с файлами:

fd = create (“abc”, mode); fd = open (“file”, how); read (fd, buffer, nbytes); write(fd, buffer, nbytes);

Стандартные файлы ввода – вывода, перенаправление вывода

read (stdin, buffer, nbytes); write(stdout, buffer, nbytes); < file - перенаправление ввода, > file – перенаправление вывода на файл

mode) – файла с заданным режимом защиты; fd = open (“name”, how) – открыть файл для чтения, записи или и того и другого; s = close (fd) – закрыть открытый файл; n = read (fd, buffer, nbytes) – прочитать данные из файла в буфер; n = write (fd, buffer, nbytes) – записать данные из буфера в файл; position = lseek (fd, offset, whence) – переместить указатель в файле; s = fstat | stat (fd | “name”, &buf) - получить информацию о состоянии файла.
При выполнении программы стандартным образом файлы с дескрипторами 0, 1 и 2 уже открыты для стандартного ввода, стандартного вывода и стандартного потока сообщений об ошибках.
n = read (stdin, buffer, nbytes); n = write (stdout, buffer, nbytes)

stdin = 0; stdout =1; stderr = 2.