Файловая структура диска

на которых она использовалась, редко были размером более, чем несколько Mb.

FAT была достаточно мала, чтобы находиться в памяти постоянно,

позволяла обеспечивать очень быстрый произвольный доступ к любой части

любого файла.

Когда FAT была применена на жестких дисках, она стала слишком большой

для резидентного нахождения в памяти и ухудшала производительность системы.

Кроме того, так как информация относительно свободного дискового

пространства рассредотачивалась "поперек" большого количества секторов FAT,

она была непрактична при распределении файлового пространства, и

фрагментация файлов оказалась препятствием высокой эффективности.

Кроме того, использование относительно больших кластеров на жестких

дисках привело к большому количеству неиспользуемых участков, так как в

среднем для каждого файла половина кластера была потрачена впустую.

В течение нескольких лет Microsoft и IBM делали попытку продлить

жизнь файловой системы FAT благодаря снятию ограничений на размеры тома,

улучшению cтратегий распределения, кэширования имен пути, и перемещению

таблиц и буферов в расширенную память. Но они могут расцениваться только

как временные меры, потому что файловая система просто не подходила к

большим устройствам произвольного доступа.

13

§ 2 Файловая система операционной системы MS-DOS.

Одно из понятий файловой системы MS DOS - логический диск.

Логические диски :

В некотором приближении можно считать, что, "с точки зрения" MS-

DOS, каждый логический диск это отдельный магнитный диск. Каждый логический

диск имеет свое уникальное имя. В качестве имени логического диска

используются буквы английского алфавита от A до Z (включительно).

Количество логических дисков, таким образом, не более 26.

Буквы A и B - отведены строго под имеющиеся в IBM PC флоппи-диски (

FDD ).

Начиная с буквы C, именуются логические диски(разделы) HDD (

винчестер).

На рисунках дано изображение логического диска.

В случае, если данный IBM PC имеет только один FDD, буква B пропускается

(рис.2)

Только логические диски A и C могут быть системными. Файловая

структура логического диска :

Чтобы обратиться к информации на диске(находящейся в файле),надо

знать физический адрес первого сектора, (Nповерхности+Nдорожки+Nсектора),

общее количество кластеров, занимаемое данным файлом, адрес следующего

кластера, если размер файла больше, чем размер одного кластера и т.д. Все

это очень туманно, трудно и не нужно.

MS DOS избавляет пользователя от такой работы и ведет ее сама. Для

обеспечения доступа к файлам - файловая система MS DOS организует и

поддерживает на логическом диске определенную файловую структуру.

14

Элементы файловой структуры :

- стартовый сектор(сектор начальной загрузки, Boot-сектор),

- область данных(оставшееся свободным дисковое пространство)

Эти элементы создаются специальными программами (в среде MS DOS) в процессе

инициализации диска.

Стартовый сектор(сектор начальной загрузки,Boot-сектор) :

Здесь записана информация, необходимая MS DOS для работы с диском :

- идентификатор OS(если диск системный),

- размер сектора диска,

- количество секторов в кластере,

- количество резервных секторов в начале диска,

- количество копий FAT на диске(стандарт - две),

- количество элементов в каталоге,

- количество секторов на диске,

- тип формата диска,

- количество секторов в FAT,

- количество секторов на дорожку,

- количество поверхностей,

- блок начальной загрузки OS,

За стартовым сектором располагается FAT.

FAT(таблица размещения файлов) :

Область данных диска(см.выше) представлена в MS DOS как последо-

вательность 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.

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 спец.программы,

которые контролируют состояние FAT и исправляют нарушения.

Корневой каталог :

Это определенная область диска,создаваемая в процессе инициализации

(форматировании) диска, где содержится информация о файлах и каталогах,

хранящихся на диске.

Корневой Каталог всегда существует на отформатированном диске. На

одном диске всегда бывает только один корневой каталог. Размер корневого

каталога для данного диска - величина фиксированная, поэтому максимальное

количество "привязанных" к нему файлов и других (дочерних) каталогов

(Подкаталогов) - строго определенное.

Итак, подытоживая все выше сказанное, можно сделать вывод MS-DOS - 16-

разрядная операционная система, работающая в реальном режиме процессора.

:

15

§ 4 Файловая система операционной системы Windows 95.

4.1. Предыстория создания FAT 32.

В сфере персональных компьютеров в 1987 г. возник кризис.

Возможности файловой системы FAT, разработанной фирмой Microsoft за десять

лет до этого для интерпретатора Standalone Disk Basic и позднее

приспособленной для операционной системы DOS, были исчерпаны. FAT

предназначалась для жестких дисков емкостью не свыше 32 Мбайт, а новые НЖМД

большей емкости оказывались совершенно бесполезными для пользователей PC.

Некоторые независимые поставщики предлагали собственные способы решения

этой проблемы, однако лишь с появлением DOS 4.0 этот кризис был преодолен -

на некоторое время.

Значительные изменения структуры файловой системы в DOS 4.0

позволили операционной системе работать с дисками емкостью до 128 Мбайт; с

внесением в последующем незначительных дополнений этот предел был поднят до

2 Гбайт. В то время казалось, что такой объем памяти превышает любые

мыслимые потребности. Однако если история персональных компьютеров чему-то

и научила, то именно тому, что емкость, "превышающа любые мыслимые

потребности", очень быстро становитс "почти недостаточной для серьезных

работ". Действительно, в настоящее время в продаже имеютс жесткие диски

емкостью, как правило, 2,5 Гбайт и выше, а когда-то очень высокий и

избавивший нас от ограничений потолок в 2 Гбайт превратился в еще одно

препятствие, которое предстоит преодолеть.

4.2. Описание FAT 32.

Для систем Windows 95 фирма Microsoft разработала новое расширение

системы FAT - FAT32, без каких-либо громких заявлений предусмотренное в

пакете OEM Service Pack 2.

Система FAT32 устанавливается только в новых PC, и не рассчитывайте

получить ее при переходе к новой версии Windows 95, хотя, по утверждению

Microsoft, это расширение станет составной частью основного пакета для

модернизации Windows

4.2.1. Области диска

Эта файловая система предусматривает ряд специальных областей на

диске, выделенных для организации пространства диска в процессе его

форматирования - головную запись загрузки, таблицу разбиения диска, запись

загрузки, таблицу размещения файлов (от которой система FAT и получила свое

название) и корневой каталог.

На физическом уровне пространство диска разбивается на 512-байт

области, называемые секторами. В системе FAT место для файлов выделяется

блоками, которые состоят из целого числа секторов и именуются кластерами.

Число секторов в кластере должно быть кратно степени двойки. В Microsoft

называют эти кластеры единицами выделения памяти (allocation unit), а в

отчете SCANDISK указывается их размер, например "16 384 байт в каждой

единице выделения памяти".

4.2.2. Цепочка FAT

FAT представляет собой базу данных, связывающую кластеры дискового

пространства с файлами. В этой базе для каждого кластера предусматривается

только один элемент. Первые два элемента содержат информацию о самой

системе FAT. Третий и последующие элементы ставятся в соответствие

кластерам дискового пространства, начиная с первого кластера, отведенного

для файлов. Элементы FAT могут содержать несколько специальных значений,

указывающих, что

. кластер свободен, т.е. не использован ни одним файлом ;

. кластер содержит один или несколько секторов с физическими дефектами и

не должен использоваться ;

. данный кластер - последний кластер файла .

16

Для любого используемого файлом, но не последнего кластера элемент

FAT содержит номер следующего кластера, занятого файлом.

Каждый каталог - независимо корневой или подкаталог - также

представляет собой базу данных. В каталоге DOS для каждого файла

предусмотрена одна главная запись (В среде Windows 95 для длинных имен

файлов введены дополнительные записи). В отличие от FAT, где каждый элемент

состоит из единственного поля, записи для файла в каталоге состоят из

нескольких полей . Некоторые поля - имя, расширение, размер, дата и время -

могут быть выведены на экран по команде DIR. Но в системе FAT предусмотрено

поле, которое не отображаетс командой DIR, - поле с номером первого

кластера, отведенного под файл.

Когда программа отправляет запрос к операционной системе, с

требованием предоставить ей содержимое какого-то файла ОС просматривает

запись каталога дл него, чтобы найти первый кластер этого файла. Затем она

обращается к элементу FAT для данного кластера, чтобы найти следующий

кластер в цепочке. Повторяя этот процесс, пока не обнаружит последний

кластер файла, ОС точно определяет, какие кластеры принадлежат данному

файлу и в какой последования. Таким путем система может предоставить

программе любую часть запрашиваемого ею файла. Такой способ организации

файла носит название цепочки FAT.

В системе FAT файлам всегда выделяется целое число кластеров. На 1,2-

Гбайт жестком диске с 32-Кбайт кластерами в каталоге может быть указано,

что размер текстового файла, содержащего слова "hello, world", составляет

всего 12 байт, но на самом деле этот файл занимает 32 Кбайт дискового

пространства. Неиспользованная часть кластера называется потерянным местом

(slack). В небольших файлах почти весь кластер может быть потерянным

местом, а в среднем потери составляют половину размера кластера.

На 850-Мбайт жестком диске с 16-Кбайт кластерами при среднем размере

файлов порядка 50 Кбайт около 16% отведенного под файлы дискового

пространства будет потеряно на неиспользуемые, но выделенные файлам

области.

Один из способов высвобождения пространства на диске - с помощью

программ сжатия диска, например DriveSpace, которая выделяет "потерянные

места" для использования другими файлами.

4.2.3. Другие изменения в FAT32

Чтобы обеспечить возможность работы с возросшим числом кластеров, в

записи каталога для каждого файла должно выделяться 4 байт для начального

кластера файла (вместо 2 байт в системе FAT16). Традиционно кажда запись в

каталоге состоит из 32 байт (рис. 1). В середине этой записи 10 байт не

используются (байты с 12-го по 21-й), которые Microsoft зарезервировала дл

своих собственных нужд в будущем. Два из них теперь отводятся как

дополнительные байты, необходимые дл указания начального кластера в системе

FAT32.

Операционная система всегда предусматривала наличие на диске двух

экземпляров FAT, но использовался только один из них. С переходом к FAT32

операционная система может работать с любой из этих копий. Еще одно

изменение состоит в том, что корневой каталог, раньше имевший фиксированный

размер и строго определенное место на диске, теперь можно свободно

наращивать по мере необходимости подобно подкаталогу. Теперь не существует

ограничений на число записей в корневом каталоге. Это особенно важно,

поскольку под каждое длинное имя файла используется несколько записей

каталога.

Сочетание перемещаемого корневого каталога и возможности

использования обеих копий FAT - неплохие предпосылки для беспрепятственного

динамического изменения размеров разделов диска, например уменьшени раздела

с целью высвобождения места для другой операционной системы. Этот новый

подход менее опасен, чем применявшиеся в программах независимых поставщиков

для изменения разделов диска при работе с FAT16.

Из всего выше сказанного можно сделать вывод :

MS-DOS была чисто 16-разрядной операционной системой и работала в

реальном режиме процессора. В версиях Windows 3.1 часть кода была 16-

разрядной, а часть — 32-разрядной. Windows 3.0 поддерживала реальный режим

работы процессора, при разработке версии 3.1 было решено отказаться от его

поддержки.

17

Windows 95 является 32 -разрядной операционной системой, которая

работает только в защищенном режиме процессора. Ядро, включающее управление

памятью и диспетчеризацию процессов, содержит только 32-разрядный код. Это

уменьшает издержки и ускоряет работу. Только некоторые модули имеют 16-

разрядный код для совместимости с режимом MS-DOS. Windows 95 32-разрядный

код используется везде, где только возможно, что позволяет обеспечить

повышенную надежность и отказоустойчивость системы. Помимо этого, для

совместимости с устаревшими приложениями и драйверами используется и 16-

разрядный код.

§ 5 Файловая система операционной системы Windows NT.

5.1. Краткое описание операционной системы Windows NT.

На данный момент мировая компьютерная индустрия развивается очень

стремительно .Производительность систем возрастает ,а следовательно

возрастают возможности обработки больших объёмов данных .

Операционные системы класса MS-DOS уже не справляются с таким

потоком данных и не могут целиком использовать ресурсы современных

компьютеров. Поэтому в последнее время происходит переход на более мощные и

наиболее совершенные операционные системы класса UNIX , примером которых и

является Windows NT, выпущенная корпорацией Microsoft

Когда пользователь впервые видит операционную систему Microsoft

Windows NT, ему в глаза бросается отчётливое внешнее сходство с

полюбившимся интерфейсом системы Windows 3.+ .Однако это видимое сходство

является лишь незначительной частью Windows NT .

Windows NT является 32-ух разрядной операционной системой с

приоритетной многозадачностью . В качестве фундаментальных компонентов

в состав операционной системы входят средства обеспечения безопасности и

развитый сетевой сервис.

Windows NT также обеспечивает совместимость со многими другими

операционными и файловыми системами , а также с сетями.

Как показано на следующем рисунке ,Windows NT представляет из себя

модульную (более совершенную ,чем монолитная )операционную систему, которая

состоит из отдельных взаимосвязанных относительно простых модулей.

Основными модулями Windows NT являются (перечислены в порядке

следования от нижнего уровня архитектуры к верхнему ) : уровень

аппаратных абстракций HAL (Hardware Abstraction Layer ), ядро (Kernel ) ,

исполняющая система (Executive), защищенные подсистемы (protected

subsystems) и подсистемы среды (environment subsystems ).

18

Модульная структура Windows NT

19

5.2. Файловая система Windows NT.

Когда Windows NT впервые вышла в свет, в ней была предусмотрена

поддержка трех файловых систем. Это таблица размещения файлов (FAT),

обеспечивавшая совместимость с MS-DOS, файловая система повышенной

производительности (HPFS), обеспечивавшая совместимость с LAN Manager, и

новая файловая система, носившая название Файловой системы новых технологий

(NTFS).

NTFS обладала рядом преимуществ в сравнении с использовавшимися на

тот момент для большинства файловых серверов файловыми системами.

Для обеспечения целостности данных в NTFS имеется журнал транзакций.

Подобный подход не исключает вероятности утраты информации, однако,

значительно увеличивает вероятность того, что доступ к файловой системе

будет возможен даже в том случае, если будет нарушена целостность системы

сервера. Это становится возможным при использовании журнала транзакций для

отслеживания незавершенных попыток записи на диск при последующей загрузке

Windows NT. Журнал транзакций также используется для проверки диска на

наличие ошибок вместо проверки каждого файла, в случае использования

таблицы размещения файлов.

Одним из основных преимуществ NTFS является безопасность. NTFS

предоставляет возможность вносить записи контроля доступа (Access Control

Entries, ACE) в список контроля доступа (Access Control List, ACL). ACE

содержит идентификационное имя группы или пользователя и маркер доступа,

который может быть использован для ограничения доступа к определенному

каталогу или файлу. Этот доступ может предполагать возможность чтения,

записи, удаления, выполнения и даже владения файлами.

С другой стороны, ACL представляет собой контейнер, содержащий одну

или более записей ACE. Это позволяет ограничить доступ отдельных

пользователей или групп пользователей к определенным каталогам или файлам в

сети.

Кроме того NTFS поддерживает работу с длинными именами, имеющими

длину до 255 символов и содержащими заглавные и строчные буквы в любой

последовательности. Одной из главных характеристик NTFS является

автоматическое создание эквивалентных имен, совместимых с MS-DOS.

Также NTFS имеет функцию сжатия, впервые появившуюся в NT версии

3.51. Она обеспечивает возможность сжатия любого файла, каталога или диска

NTFS. В отличии от программ сжатия MS-DOS, создающих виртуальный диск,

имеющий вид скрытого файла и подвергающий сжатию все данные на этом диске,

Windows NT использует дополнительный уровень файловой подсистемы для сжатия

и разуплотнения требуемых файлов без создания виртуального диска. Это

оказывается полезным при сжатии либо определенной части диска (например,

пользовательского каталога), либо файлов, имеющих определенный тип

(например, графических файлов). Единственным недостатком сжатия NTFS

является невысокий, в сравнении со схемами сжатия MS-DOS, уровень

компрессии. Зато NTFS отличается более высокой надежностью и

производительностью.

Итак, из всего вышесказанного можно сделать вывод :

Чтобы быть совместной с различными операционными системами, Windows

NT содержит файловую систему FAT 32. Кроме этого, Windows NT содержит свою

собственную файловую систему NTFS, которая не совместима с FAT 16. Данная

файловая система имеет ряд преимуществ по сравнению с FAT, а также

отличается более высокой надежностью и производительностью.

20

Заключение .

MS-DOS - 16-разрядная операционная система, работает в реальном

режиме процессора. В версиях Windows 3.1 часть кода - 16-разрядная, а часть

— 32-разрядная. Windows 3.0 поддерживала реальный режим работы процессора,

при разработке версии 3.1 было решено отказаться от его поддержки.

Windows 95 является 32-разрядной операционной системой, которая

работает только в защищенном режиме процессора. Ядро, включающее управление

памятью и диспетчеризацию процессов, содержит только 32-разрядный код. Это

уменьшает издержки и ускоряет работу. Только некоторые модули имеют 16-

разрядный код для совместимости с режимом MS-DOS. В Windows 95 32-разрядный

код используется везде, где только возможно, что позволяет обеспечить

повышенную надежность и отказоустойчивость системы. Помимо этого, для

совместимости с устаревшими приложениями и драйверами используется и 16-

разрядный код.

Система Windows NT не является дальнейшим развитием ранее

существовавших продуктов . Её архитектура создавалась с нуля с учётом

предъявляемых к современной операционной системе требований . Стремясь

обеспечить совместимость (compatible) новой операционной системы,

разработчики Windows NT сохранили привычный интерфеис Windows и реализовали

поддержку существующих файловых систем (таких, как FAT ) и различных

приложений (написанных для MS - Dos , Windows 3.x). Разработчики также

включили в состав Windows NT средства работы с различными сетевыми

средствами .

Надёжность и отказоустойчивость (reliability and robustness)

обеспечивают архитектурными особенностями, которые защищают прикладные

программы от повреждения друг другом и операционной системой. Windows NT

использует отказоустойчивую структурированную обработку особых ситуаций на

всех архитектурных уровнях, которая включает восстанавливаемую файловую

систему NTFS и обеспечивает защиту с помощью встроенной системы

безопасности и усовершенствованных методов управления памятью .

21

-----------------------

[pic]

[pic]

Страницы: 1, 2