Иерархическая файловая система имеет структуру. Иерархия файловой системы extX. Файловые системы для Mac

Файловые системы поддерживают несколько функционально различных типов файлов, в число которых, как правило, входят обычные файлы, файлы-каталоги, специальные файлы, именованные конвейеры, отображаемые в память файлы и другие.

Обычные файлы, или просто файлы, содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в результате работы системных и пользовательских программ. Большинство современных операционных систем (например, UNIX, Windows, OS/2) никак не ограничивает и не контролирует содержимое и структуру обычного файла. Содержание обычного файла определяется приложением, которое с ним работает. Например, текстовый редактор создает текстовые файлы, состоящие из строк символов, представленных в каком-либо коде. Это могут быть документы, исходные тексты программ и т. п. Текстовые файлы можно прочитать на экране и распечатать на принтере. Двоичные файлы не используют коды символов, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например исполняемый код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.

Каталоги - это особый тип файлов, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователями по какому-либо неформальному признаку (например, в одну группу объединяются файлы, содержащие документы одного договора, или файлы, составляющие один программный пакет). Во многих операционных системах в каталог могут входить файлы любых типов, в том числе другие каталоги, за счет чего образуется древовидная структура, удобная для поиска. Каталоги устанавливают соответствие между именами файлов и их характеристиками, используемыми файловой системой для управления файлами. В число таких характеристик входит, в частности, информация (или указатель на другую структуру, содержащую эти данные) о типе файла и расположении его на диске, правах доступа к файлу и датах его создания и модификации. Во всех остальных отношениях каталоги рассматриваются файловой системой как обычные файлы.

Специальные файлы - это фиктивные файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые используются для унификации механизма доступа к файлам и внешним устройствам. Специальные файлы позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода посредством обычных команд записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются сначала программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются операционной системой в команды управления соответствующим устройством.

Современные файловые системы поддерживают и другие типы файлов, такие как символьные связи, именованные конвейеры, отображаемые в память файлы. Они будут рассмотрены позже.

Иерархическая структура файловой системы

Пользователи обращаются к файлам по символьным именам. Однако способности человеческой памяти ограничивают количество имен объектов, к которым пользователь может обращаться по имени. Иерархическая организация пространства имен позволяет значительно расширить эти границы. Именно поэтому большинство файловых систем имеет иерархическую структуру, в которой уровни создаются за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня (рис. 1).

Рис. 1. Иерархия файловых систем

Граф, описывающий иерархию каталогов, может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог (рис. 1, б), и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов (рис. 1, в). Например, в MS-DOS и Windows каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX - сетевую. В древовидной структуре каждый файл является листом. Каталог самого верхнего уровня называется корневым каталогом, или корнем (root).

При такой организации пользователь освобожден от запоминания имен всех файлов, ему достаточно примерно представлять, к какой группе может быть отнесен тот или иной файл, чтобы путем последовательного просмотра каталогов найти его. Иерархическая структура удобна для многопользовательской работы: каждый пользователь со своими файлами локализуется в своем каталоге или поддереве каталогов, и вместе с тем все файлы в системе логически связаны.

Частным случаем иерархической структуры является одноуровневая организация, когда все файлы входят в один каталог (рис. 1, а).

Рис. 19. Иерархия файловых систем:

а – одноуровневая организация; б – дерево; в – сеть

Граф, описывающий иерархию каталогов, может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог (рис. 19, б), и сеть – если файл может входить сразу в несколько каталогов (рис. 19, в). Например, в MS-DOS и Windows каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX – сетевую. В древовидной структуре каждый файл является листом . Каталог самого верхнего уровня называется корневым каталогом , или корнем (root).

Частным случаем иерархической структуры является одноуровневая организация, когда все файлы входят в один каталог (рис. 19, а).

Имена файлов

Все типы файлов имеют символьные имена. В иерархически организованных файловых системах обычно используются три типа имен файлов: простые, составные и относительные.

Простое , или короткое , символьное имя идентифицирует файл в пределах одного каталога. Простые имена присваивают файлам пользователи и программисты, при этом они должны учитывать ограничения ОС как на номенклатуру символов, так и на длину имени. До сравнительно недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так, в файловой системе FAT длина имен ограничивались схемой 8.3 (8 символов – собственно имя, 3 символа – расширение имени), а в файловой системе s5, поддерживаемой многими версиями ОС UNIX, простое символьное имя не могло содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлам легко запоминающиеся названия, ясно говорящие о том, что содержится в этом файле. Поэтому современные файловые системы, а также усовершенствованные варианты уже существовавших файловых систем, как правило, поддерживают длинные простые символьные имена файлов. Например, в файловых системах NTFS и FAT32, входящих в состав операционной системы Windows NT, имя файла может содержать до 255 символов.

Примеры простых имен файлов и каталогов:

приложение к CD 254L на русском языке.doc

installable filesystem manager.doc

В иерархических файловых системах разным файлам разрешено иметь одинаковые простые символьные имена при условии, что они принадлежат разным каталогам. То есть здесь работает схема “много файлов – одно простое имя”. Для однозначной идентификации файла в таких системах используется так называемое полное имя.

Полное имя представляет собой цепочку простых символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного файла. Таким образом, полное имя является составным, в котором простые имена отделены друг от друга принятым в ОС разделителем. Часто в качестве разделителя используется прямой или обратный слеш, при этом принято не указывать имя корневого каталога. На рис. 19, б два файла имеют простое имя main.exe, однако их составные имена /depart/main.exe и /user/anna/main exe различаются.

В древовидной файловой системе между файлом и его полным именем имеется взаимно однозначное соответствие “один файл – одно полное имя”. В файловых системах, имеющих сетевую структуру, файл может входить в несколько каталогов, а значит, иметь несколько полных имен, здесь справедливо соответствие “один файл – много полных имен”. В обоих случаях файл однозначно идентифицируется полным именем.

Файл может быть идентифицирован также относительным именем. Относительное имя файла определяется через понятие “текущий каталог”. Для каждого пользователя в каждый момент времени один из каталогов файловой системы является текущим, причем этот каталог выбирается самим пользователем по команде ОС. Файловая система фиксирует имя текущего каталога, чтобы затем использовать его как дополнение к относительным именам для образования полного имени файла. При использовании относительных имен пользователь идентифицирует файл цепочкой имен каталогов, через которые проходит маршрут от текущего каталога до данного файла. Например, если текущим каталогом является каталог /user, то относительное имя файла /user/anna/main.exe выглядит следующим образом: anna/main.exe.

В некоторых операционных системах разрешено присваивать одному и тому же файлу несколько простых имен, которые можно интерпретировать как псевдонимы. В этом случае, так же как в системе с сетевой структурой, устанавливается соответствие “один файл – много полных имен”, так как каждому простому имени файла соответствует по крайней мере одно полное имя.

И хотя полное имя однозначно определяет файл, операционной системе проще работать с файлом, если между файлами и их именами имеется взаимно однозначное соответствие. С этой целью она присваивает файлу уникальное имя, так что справедливо соотношение “один файл – одно уникальное имя”. Уникальное имя существует наряду с одним или несколькими символьными именами, присваиваемыми файлу пользователями или приложениями. Уникальное имя представляет собой числовой идентификатор и предназначено только для операционной системы. Примером такого уникального имени файла является номер индексного дескриптора в системе UNIX.

Монтирование

В общем случае вычислительная система может иметь несколько дисковых устройств. Даже типичный персональный компьютер обычно имеет один накопитель на жестком диске, один накопитель на гибких дисках и накопитель для компакт-дисков. Мощные же компьютеры, как правило, оснащены большим количеством дисковых накопителей, на которые устанавливаются пакеты дисков. Более того, даже одно физическое устройство с помощью средств операционной системы может быть представлено в виде нескольких логических устройств, в частности путем разбиения дискового пространства на разделы. Возникает вопрос, каким образом организовать хранение файлов в системе, имеющей несколько устройств внешней памяти?

Первое решение состоит в том, что на каждом из устройств размещается автономная файловая система, т. е. файлы, находящиеся на этом устройстве, описываются деревом каталогов, никак не связанным с деревьями каталогов на других устройствах. В таком случае для однозначной идентификации файла пользователь наряду с составным символьным именем файла должен указывать идентификатор логического устройства. Примером такого автономного существования файловых систем является операционная система MS-DOS, в которой полное имя файла включает буквенный идентификатор логического диска. Так, при обращении к файлу, расположенному на диске А, пользователь должен указать имя этого диска: A:\privat\letter\uni\let1.doc.

Другим вариантом является такая организация хранения файлов, при которой пользователю предоставляется возможность объединять файловые системы, находящиеся на разных устройствах, в единую файловую систему, описываемую единым деревом каталогов. Такая операция называется монтированием . Рассмотрим, как осуществляется эта операция на примере ОС UNIX.

Среди всех имеющихся в системе логических дисковых устройств операционная система выделяет одно устройство, называемое системным. Пусть имеются две файловые системы, расположенные на разных логических дисках (рис. 20), причем один из дисков является системным.

Файловая система, расположенная на системном диске, назначается корневой. Для связи иерархий файлов в корневой файловой системе выбирается некоторый существующий каталог, в данном примере – каталог man. После выполнения монтирования выбранный каталог man становится корневым каталогом второй файловой системы. Через этот каталог монтируемая файловая система подсоединяется как поддерево к общему дереву (рис. 21).

Рис. 20. Две файловые системы до монтирования

Рис. 21. Общая файловая система после монтирования

После монтирования общей файловой системы для пользователя нет логической разницы между корневой и смонтированной файловыми системами, в частности, именование файлов производится так же, как если бы она с самого начала была единой.

Атрибуты файлов

Понятие “файл” включает не только хранимые им данные и имя, но и атрибуты. Атрибуты файла – это информация, описывающая свойства файла. Примеры возможных атрибутов файла:

 тип файла (обычный файл, каталог, специальный файл и т. п.);

 владелец файла;

 создатель файла;

 пароль для доступа к файлу;

 информация о разрешенных операциях доступа к файлу;

 времена создания, последнего доступа и последнего изменения;

 текущий размер файла;

 максимальный размер файла;

 признак “только для чтения”;

 признак “скрытый файл”;

 признак “системный файл”;

 признак “архивный файл”;

 признак “двоичный/символьный”;

 признак “временный” (удалить после завершения процесса);

 признак блокировки;

 длина записи в файле;

 указатель на ключевое поле в записи;

 длина ключа.

Набор атрибутов файла определяется спецификой файловой системы: в файловых системах разного типа для характеристики файлов могут использоваться разные наборы атрибутов. Например, в файловых системах, поддерживающих неструктурированные файлы, нет необходимости использовать три последних атрибута в приведенном списке, связанных со структуризацией файла. В однопользовательской ОС в наборе атрибутов будут отсутствовать характеристики, имеющие отношение к пользователям и защите, такие как владелец файла, создатель файла, пароль для доступа к файлу, информация о разрешенном доступе к файлу.

Пользователь может получать доступ к атрибутам, используя средства, предоставленные для этих целей файловой системой. Обычно разрешается читать значения любых атрибутов, а изменять – только некоторые. Например, пользователь может изменить права доступа к файлу (при условии, что он обладает необходимыми для этого полномочиями), но изменять дату создания или текущий размер файла ему не разрешается.

Значения атрибутов файлов могут непосредственно содержаться в каталогах, как это сделано в файловой системе MS-DOS (рис. 22, а ). На рисунке представлена структура записи в каталоге, содержащая простое символьное имя и атрибуты файла. Здесь буквами обозначены признаки файла: R – только для чтения, А – архивный, Н – скрытый, S – системный.

Рис. 22. Структура каталогов:

а – структура записи каталога MS-DOS (32 байта); б – структура записи каталога ОС UNIX

Другим вариантом является размещение атрибутов в специальных таблицах, когда в каталогах содержатся только ссылки на эти таблицы. Такой подход реализован, например, в файловой системе ufs ОС UNIX. В этой файловой системе структура каталога очень простая. Запись о каждом файле содержит короткое символьное имя файла и указатель на индексный дескриптор файла, так называется в ufs таблица, в которой сосредоточены значения атрибутов файла (рис. 22, б ).

В том и другом вариантах каталоги обеспечивают связь между именами файлов и собственно файлами. Однако подход, когда имя файла отделено от его атрибутов, делает систему более гибкой. Например, файл может быть легко включен сразу в несколько каталогов. Записи об этом файле в разных каталогах могут содержать разные простые имена, но в поле ссылки будет указан один и тот же номер индексного дескриптора.

Похожая информация.

Типы файлов. Иерархическая структура файловой системы

Файловые системы поддерживают несколько функционально различных типов файлов, в число которых, как правило, входят обычные файлы, файлы-каталоги, специальные файлы, именованные конвейеры и отображаемые в память файлы.

Обычные файлы, или просто файлы, содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в результате работы системных и пользовательских программ. Большинство современных операционных систем (например, UNIX, Windows, OS/2) никак не ограничивает и не контролирует содержимое и структуру обычного файла. Содержание обычного файла определяется приложением, которое с ним работает.

Каталоги -это особый тип файлов, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователями по какому-либо неформальному признаку (например, в одну группу объединяются файлы, содержащие документы одного договора, или файлы, составляющие один программный пакет). Во многих операционных системах в каталог могут входить файлы любых типов, в том числе другие каталоги, за счет чего образуется древовидная структура, удобная для поиска. Каталоги устанавливают соответствие между именами файлов и их характеристиками, используемыми файловой системой для управления файлами. В число таких характеристик входит, в частности, информация (или указатель на другую структуру, содержащую эти данные) о типе файла и расположении его на диске, правах доступа к файлу и датах его создания и модификации. Во всех остальных отношениях каталоги рассматриваются файловой системой как обычные файлы.

Специальные файлы - это фиктивные файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые используются для унификации механизма доступа к файлам и внешним устройствам. Специальные файлы позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода посредством обычных команд записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются сначала программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются операционной системой в команды управления соответствующим устройством.

Рис. 6. 1. Иерархия файловых систем

Граф, описывающий иерархию каталогов, может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог (рис. 6. 1, б), и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов (рис. 6. 1, в). Например, в MS-DOS и Windows каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX - сетевую. В древовидной структуре каждый файл является листом. Каталог самого верхнего уровня называется корневым каталогом или корнем (root).

Частным случаем иерархической структуры является одноуровневая организация, когда все файлы входят в один каталог (рис. 6. 1, а).

Все программы и данные хранятся на устройствах внешней памяти компьютера в виде файлов .

Определение. Файл (file – папка ) - это именованная область памяти (последовательность байтов произвольной длины) на диске или другом носителе, хранимая и обрабатываемая как единое целое. Данными, хранящимися в файлах, могут быть тексты, программы, закодированная графическая или звуковая информация и т. д.

Файл имеет имя и атрибуты и характеризуется размером в байтах, датой и временем его создания или последнего изменения .

Примечание.

Имя файла может быть полным и неполным . Полное (составное) имя файла в MS-DOS состоит из двух частей : имени файла ирасширения , отделяемых точкой . Расширение , называемое также типом файла , может отсутствовать, в этом случае имя файла является неполным .

Символы , используемые в имени файла и его расширении, берутся из следующего набора:

Прописные (большие) и строчные (маленькие) буквы латинского алфавита; ;

Символы: - _ $ # & @ ! % () { } ‘ ~ ^

В имени файла может быть от одного до восьми символов а в расширении - от нуля до трех (для операционных систем типа MS DOS ). В ОС Windows эти ограничения менее строгие – имя файла может содержать до 255 символов.

Некоторые из расширений (типов) файлов являются стандартными :

COM - готовый к выполнению файл (1-я разновидность);

EXE - готовый к выполнению файл (2-я разновидность) или исполняемый файл, главный файл любой пользовательской программы;

BAT - командный пакетный файл;

TXT - текстовый файл произвольного типа;

MDB - файл СУБД Access;

XLS – файл электронной таблицы Excel;

DOC - текстовый файл, содержащий документацию по какому-либо программному продукту или файл редактора Microsoft Word;

BMP - графический файл в точечном формате;

ARJ, RAR, ZIP - архивированные файлы и т.д.

Определение. Атрибутом файла называется параметр, определяющий правила просмотра и редактирования его содержимого.

Файл может иметь следующие атрибуты :

R (Read-only) - «только для чтения». При попытке обновить или уничтожить такой файл системными средствами ОС будет выдано сообщение об ошибочных действиях. Атрибут файла устанавливается для защиты файла от случайного изменения или уничтожения.

H (Hidden) - «скрытый файл». При просмотре каталога стандартными средствами ОС сведения о скрытом файле не выдаются.

S (System) - «системный файл». Эти файлы использует операционная система.

A (Archive) - «архивный файл» . Этот атрибут устанавливается при создании каждого нового файла и сбрасывается программными средствами архивации и резервирования.

Определение. Каталогом называется специальный файл, в котором содержаться сведения о других файлах и каталогах, а именно:

Полное имя;

Время и дата создания или последнего изменения;

Размер в байтах;

Атрибуты;

Некоторые другие сведения о файловой структуре диска.

Примечание.

Выражение «файл входит в каталог » или «файл содержится в каталоге » означает, что сведения об этом файле содержатся в данном каталоге (или директории, directory - справочник, указатель).

На магнитном диске всегда существует главный , или корневой каталог , который создается в процессе форматирования диска. Количество файлов, зарегистрированных в корневом каталоге, зависит от типа и емкости диска. Большое количество файлов в корневом каталоге неудобно для пользователя. Кроме того, может возникнуть ситуация, когда емкости главного каталога окажется недостаточно для всех файлов, подлежащих хранению на диске. Поэтому любая ОС предоставляет возможность создавать на диске иерархическую систему каталогов. В этой системе элементами каталога могут быть не только обычные файлы, но и другие подчиненные каталоги (подкаталоги) , которые, в свою очередь, могут включать наряду с файлами подкаталоги более низкого уровня. Количество элементов в подкаталоге ограничено (практически) только емкостью диска. Обычно подкаталоги для краткости называют просто каталогами.

Примечание.

Корневой каталог именуется (обозначается) символом \ (обратный слэш ). Корневой каталог на каждом диске единственный и не может быть удален программными средствами.

Правила именования некорневых каталогов совпадают с правилами именования файлов, однако расширения при этом, как правило, не используются.

Все современные операционные системы обеспечивают создание файловой системы , предназначенной для хранения данных на внешних носителях и обеспечения доступа к ним.

Для носителей с небольшим количеством файлов (до нескольких десятков) может использоваться одноуровневая файловая система , когда корневой каталог представляет собой линейную последовательность имен файлов. Такой каталог можно сравнить с оглавлением детской книжки, которое содержит только названия отдельных рассказов.

Если на носителе хранятся сотни файлов, то для удобства работы с ними используется многоуровневая иерархическая файловая система , имеющая древовидную структуру. Такую систему можно сравнить, например, с оглавлением книги, содержащим разделы, главы, параграфы и пункты.

Примерами файловых систем, используемых в ПК, могут служить системы FAT-16, FAT-32, NTFS (New Technology File System) и др.

Каждый диск имеет свою файловую структуру , которая формируется по следующим правилам:

В разных каталогах у файлов могут быть одинаковые имена, но в одном каталоге имена файлов должны различаться;

На порядок следования файлов и каталогов в каталоге никаких ограничений не накладывается;

Глубина вложенности каталогов ограничивается количеством символов в длине пути каталогов.

Каталоги ОС образуют иерархическую структуру , называемую деревом каталогов , в котором главный каталог образует «корень» дерева (отсюда второе название главного каталога - «корневой» ), а остальные каталоги подобны ветвям .

Примечание.

Если какие-либо файлы и (или) подкаталоги объединены в каталог , то говорят, что они входят (вложены) в этот каталог . Однако, это объединение не означает , что они каким-либо образом сгруппированы в одном месте на диске .

При обращении к файлу необходимо указать путь доступа к нему согласно спецификации , имеющей следующий формат:

[устройство] [путь каталогов] имя файла [. тип]

Квадратные скобки означают, что соответствующую часть формата можно опустить. Часть формата устройство означает носитель, на котором находится файл или куда он записывается. Если носитель не указан, то по умолчанию используется текущее устройство. Путь каталогов задает маршрут от корневого или текущего каталога к файлу.

Определение. Текущее устройство - это устройство (носитель), с которым в настоящий момент работаетпользователь. Его имя является значением по умолчанию для имени устройства в спецификации файла.

Примечание.

Имена каталогов в пути разделяются символом «\ ». Если путь начинается символом «\ », то поиск файла начинается с корневого каталога . Если путь опущен, то подразумевается текущий каталог .

Определение. Текущим называется каталог, который открыт в настоящий момент на текущем устройстве. Иногда используют понятие рабочего каталога , подразумевая под этим текущий каталог текущего устройства . Его имя является значением по умолчанию для имени каталога в спецификации файла.

Жесткий магнитный диск программно может быть разделен на несколько частей, с которыми можно работать как с отдельными дисками. Эти части называются логическими дисками или разделами, каждому из которых, как и отдельному устройству, присваивается имя в виде латинской буквы с символом «:». При этом, как правило, дисковод FDD именуется А:, а разделы HDD – начиная с С: . Другие устройства внешней памяти в составе ПК (CD-ROM, стример и т.д.) получают имена, следующие в алфавитном порядке за именем последнего раздела винчестера. Логический диск (или устройство), с которого производится загрузка операционной системы, называется системным.

Пользователи обращаются к файлам по символьным именам. При этом способности человеческой памяти ограничивают количество имен объектов, к которым пользователь может обращаться по имени. Иерархическая организация пространства имен позволяет значительно расширить эти границы. Именно в связи с этим большинство файловых систем имеет иерархическую структуру, в которой уровни создаются за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Иерархия файловых систем

Граф, описывающий иерархию каталогов, может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог (рис. 7.3, б), и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов (рис. 7.3, в). К примеру, в MS-DOS и Windows каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX - сетевую. В древовидной структуре каждый файл является листом. Каталог самого верхнего уровня принято называть корневым каталогом, или корнем (root).

Частным случаем иерархической структуры является одноуровневая организация, когда все файлы входят в один каталог (рис. 7.3, а).

Иерархическая файловая система имеет структуру. Иерархия файловой системы extX. Файловые системы для Mac

Иерархическая структура файловой системы

Типы файлов. Иерархическая структура файловой системы

Читайте также