Предмет: Операционные системы.
Вопрос: №7

***

—————————————————————

Файловая система – это набор специфика-ций и соответствующее им программное обеспечение, которые отвечают за соз-дание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и управление ресурсами, которые исполь-зуются файлами.

Существует три версии FAT — FAT-12, FAT-16 и FAT-32. Они отличаются количеством бит, отведённых для хранения номера кластера. FAT-12 применяется в основном для дискет, FAT-16 — для дисков малого объёма.

—————————————————————

FAT 16 – таблица расположения файлов (File Allocation Table):

Файловая система FAT16 была разработана еще до создания MS DOS и в настоящее время поддерживается всеми операцион-ными системами Microsoft для обеспечения совместимости.

Её название отлично отражает организацию файловой системы.

Основные характеристики файловой системы:

• § Максимальный размер поддерживаемого тома (жесткого диска или его раздела) = 4095 Мбайт. В период эксплуатации MS DOS 4 Гигабайтные диски казались несбыточной мечтой.
• § Том отформатированный для использова-ния FAT16, разделяется на кластеры. Размер кластера по умолчанию зависит от размера тома и может колебаться от 512 байт до 64 Кбайт.

Не рекомендуется применять файловую систему FAT16 на томах размером больше 511 Мбайт, так как для относительно небольших по объему файлов дисковое пространство будет использоваться крайне неэффективно: файл размером в 1 байт бу-

дет занимать 64 Кбайт. Независимо от размера кластера файловая система FAT16 не поддерживается для томов размером больше 4 Гбайт.

Первый сектор тома является загрузочным сектором. Далее за ним идут таблицы FAT1 и FAT2.

Таблица FAT – это часть файловой системы FAT. Она содержит элементы, описываю-щие состояния кластеров в томе.

FAT2 является копией FAT1.

При использовании файловой системы FAT16 за второй копией таблицы FAT всегда располагается корневой каталог. Единст-венным различием между корневым каталогом и другими является то, что корневой располагается в определенном месте и имеет фиксированное число вхождений. Каждый каталог и файл используют одно или более вхождений. Например: если число фиксированных вхождений для корневого каталога равно 512 и создано 100 подкаталогов, в корневом каталоге можно создать не более 412 файлов (512–100).

Для каждого файла и каталога в файловой системе храниться информация в соответствии со структурой:

Каждый элемент каталога содержит номер начального кластера файла, описываемого данным элементом. Этот номер является указателем в FAT, где содержится информа-ция об остальных кластерах файла, органи-зованная в связный список.

В FAT16 кластеры могут иметь различное значение:

(0)000h свободный кластер,

(F)FF0h–(F)FF6h зарезервированный,

(F)FF7h дефектный кластер,

(F)FF8h – (F)FFFh конец файла,

(0)002h–(F)FEFh номер следующего кластера файла.

Расположение файлов по кластерам пока-занное выше:  папке расположены три фай-ла; первый из них – File1 – занимает три кластера (файл не фрагментирован, кластеры 2, 3 и 4 расположены последо-вательно); второй файл – File2 – фрагментирован и располагается в кластерах 5, 6 и 8; третий – File3 – занимает всего один кластер. Вхождение для каждого файла содержит адрес его начального кластера (2, 5 и 7 соответственно).

Последний кластер каждого файла (4, 8 и 7) в качестве адреса следующего кластера содержит значение FFFF, указывающее на то, что это последний кластер для данного файла.

Так как все вхождения имеют одинаковый размер информационного блока, они различаются по байту атрибутов. Один из битов в данном байте может указывать, что это каталог, другой – что это метка тома. Для пользователей доступны четыре бита, позволяющие управлять атрибутами файла: архивный (archive), системный (system), скрытый (hidden), доступный только для чтения (read-only).

—————————————————————

Преимущества FAT16:

1.) файловая система поддерживается опе-рационными системами MS DOS, Windows 95, Windows 98, Windows NT, Windows 2000, а также некоторыми операционными системами UNIX;

2.) существует большое число программ, позволяющих исправлять ошибки в этой файловой системе и восстанавливать дан-ные;

3.) при возникновении проблем с загрузкой с жесткого диска система может быть загружена с флоппи-диска;

4.) данная файловая система достаточно эффективна для томов объемом менее 256 Мбайт.

—————————————————————

Основные недостатки FAT16:

1.) корневой каталог не может содержать более 512 элементов. Использование длин-ных имен файлов существенно сокращает число этих элементов;

2.) FAT16 поддерживает не более 65536 кластеров, а так как некоторые кластеры зарезервированы операционной системой, то число доступных кластеров составляет 65524. Каждый кластер имеет фиксирован-ный размер для данного логического устройства. При достижении максимального числа кластеров с максимальным размером в 32 килобайта максимальный объем поддерживаемого тома ограничивается 4-гигабайтами под управлением Windows 2000. Для поддержания совместимости с MS DOS, Windows 95 и Windows 98 объем тома под FAT16 не должен превышать 2 Гбайт;

3.) не поддерживается резервная копия загрузочного сектора;

4.) в FAT16 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие;

5.) на дисках большого объема теряется много места за счет того, что используется максимальный размер кластера. Место под файл выделяется исходя из размера не файла, а кластера.

—————————————————————

FAT32 – также таблица расположения файлов (File Allocation Table):

В версии Microsoft Windows 95 OEM Service Release 2 (OSR2) в Windows появилась поддержка 32-битной FAT. Для систем на базе Windows NT эта файловая система впервые стала поддерживаться в Microsoft Windows 2000.

FAT32 способна обслуживать тома объемом до 4 Тбайт. Размер кластера в FAT32 может изменяться от 1 (512 байт) до 64 секторов (32 Кбайт).

Для хранения значений кластеров FAT32 требуется 4 байта (32 бит, а не 16, как в FAT16). Это означает, в частности, что неко-

торые файловые утилиты, рассчитанные на FAT16, не могут работать с FAT32.

Основным отличием FAT32 от FAT16:

является изменение размера логического раздела диска. При этом если при использо-

вании FAT16 с 2-гигабайтными дисками требовался кластер размером в 32 Кбайт, то в FAT32 кластер размером в 4 Кбайт подходит для дисков объемом от 512 Мбайт до 8 Гбайт. Это соответственно означает более эффективное использование дискового пространства – чем меньше кластер, тем меньше места требуется для хранения файла и, как следствие, диск реже становится фрагментированным.

FAT32 позволяет увеличить максимальное число вхождений в корневой каталог до 65535.

FAT32 накладывает ограничения на минимальный размер тома – не менее 65527 кластеров. При этом размер кластера не может быть таким, при котором бы FAT занимала более 16 Мбайт – 64 Кбайт/4 или 4 млн. кластеров.

—————————————————————

Преимущества FAT32:

1.) выделение дискового пространства выполняется более эффективно, особенно для дисков большого объема;

2.) корневой каталог в FAT32 представляет собой обычную цепочку кластеров и может находиться в любом месте диска;

3.) за счет использования кластеров мень-шего размера (4 Кбайт на дисках объемом до 8 Гбайт) занятое дисковое пространство обычно на 10–15 % меньше, чем под FAT16;

4.) FAT32 является более надежной файловой системой. В частности, она поддерживает возможность перемещения корневого каталога и использования резервной копии FAT. Кроме того, загрузочная запись содержит ряд критичных для файловой системы данных.

—————————————————————

Основные недостатки FAT32:

1.) размер тома при использовании FAT32 под Windows 2000 ограничен 32 Гбайт;

2.) тома FAT32 недоступны из многих операционных систем, которые поддержива-ют FAT;

3.) не поддерживается резервная копия за-грузочного сектора;

4.) в FAT32 не поддерживается встроенная защита файлов и их сжатие.

—————————————————————

Файловая система NTFS (New Technology File System).

Характеризуется рядом значительных усовершенствований и изменений, существенно отличающихся от других файловых систем. С точки зрения юзера файла все также храняться в каталогах. Однако в NTFS, в отличие от FAT, работа на дисках большего объема происходит гораздо эффективнее.

Особое внимание (при проектировании) было обращено на следующие характеристики:

1.) надежность. является ключевым элементом структуры и поведения NTFS. Одним из способов увеличения надежности является введение механизма транзакций, при котором осуществляется журнали-рование файловых операций;

2.) расширенную функциональность. NTFS проектировалась с учетом возможного расширения. В ней были реализованы многие дополнительные возможности: усовершенствованная отказоустойчивость; эмуляция других файловых систем; мощная модель безопасности; параллельная обработка потоков данных; создание файловых атрибутов, определяемых пользователем;

3.) поддержку платформенно-независимого системного интерфейса для компьютер-ного окружения POSIX (Portable Operating System Interface for Computer Environments). Поскольку правительство США требовало, чтобы все закупаемые им системы хотя бы в минимальной степени соответствовали стандарту POSIX, такая возможность была предусмотрена и в NTFS.

К числу базовых средств файловой системы POSIX относится необязательное исполь-зование имен файлов с учетом регистра, хранение времени последнего обращения к файлу и механизм так называемых «жестких ссылок» (альтернативных имен, позволяя-ющих ссылаться на один и тот же файл по двум и более именам);

4.) гибкость. Модель распределения диско-вого пространства в NTFS отличается чрезвычайной гибкостью. Размер кластера может изменяться от 512 байт до 64 Кбайт; он представляет собой число, кратное внутреннему кванту распределения дискового пространства. NTFS также поддерживает длинные имена файлов, набор символов Unicode и альтернативные имена формата 8.3 для совместимости с FAT.

Как и при использовании FAT, основной информационной единицей в NTFS является кластер.

Теоретически NTFS поддерживает тома с числом кластеров до 2³², но тем не менее помимо отсутствия жестких дисков такого объема существуют и другие ограничения на максимальный размер тома. Одним из таких ограничений является таблица разделов. Индустриальные стандарты ограничивают размер таблицы разделов 2³² секторами. Другим ограничением является размер сектора, который обычно равен 512 байтам. Поскольку размер сектора может измениться в будущем, текущий размер дает ограничение на размер одного тома – 2 Тбайт ( 2³² × 512 байт = 241 ). Таким образом, размер тома в 2 Тбайт является практическим пределом для физических и логических томов NTFS.

—————————————————————

Управление доступом к файлам и каталогам:

При использовании томов NTFS можно устанавливать права доступа к файлам и каталогам. Эти права доступа указывают, какие пользователи и группы имеют доступ к ним и какой уровень доступа. Под NTFS можно устанавливать разрешения на удаленный доступ, объединяемые с разрешениями на доступ к файлам и каталогам. В версии NTFS, используемой в Windows 2000, появился новый тип разрешения на доступ – наследуемые раз-решения.

——————————————

Сжатие файлов и каталогов:

В Windows 2000 поддерживается сжатие файлов и каталогов, расположенных на NTFS-томах. Сжатые файлы доступны для чтения и записи любыми Windows-приложениями. Для этого нет необходимости в их предварительной распаковке. Используемый алгоритм сжатия

схож с тем, который используется в Double-Space (MS DOS 6.0) и DriveSpace (MS DOS 6.22), но имеет одно существенное отличие – под управлением MS DOS выполняется сжатие целого первичного раздела или логического устройства, тогда как под NTFS можно упаковывать отдельные файлы и каталоги.

Алгоритм сжатия в NTFS разработан с учетом поддержки кластеров размером до 4 Кбайт. Если величина кластера больше 4 Кбайт, функции сжатия NTFS становятся недоступными.

—————————————————————

Самовосстановление NTFS:

Файловая система NTFS обладает способностью самовосстановления и может поддерживать свою целостность за счет использования протокола выполняемых действий и ряда других механизмов. NTFS рассматривает каждую операцию, модифи-цирующую 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.

При формировании файловой системы NTFS программа форматирования создает файл MFT (Master File Table) и другие области для хранения метаданных. Метаданные используются NTFS для реализации файловой структуры.

—————————————————————

Возможности файловой системы NTFS по ограничению доступа к файлам и катало-гам:

Благодаря наличию механизма расширен-ных атрибутов в NTFS реализованы ограни-чения в доступе к файлам и каталогам. Эти дополнительные атрибуты, использованные для ограничения в доступе к файловым объектам, назвали атрибутами безопасности. При каждом обращении к такому объекту сравнивается специальный список дискреционных прав доступа, приписанный ему, со специальным системным идентификатором, несущим информацию об имени пользователя, осуществляющего текущий запрос к файлу или каталогу. Если имеется в списке необходимое разрешение, то действие выполняется, в противном случае система сообщает об отказе.

Файловая система NTFS имеет так называемые индивидуальные разрешения, которые могут быть приписаны любому файлу и/или каталогу: Read (прочитать), Write (записать), eXecute (выполнить), Delete (удалить), Change Permissions (из-менить разрешения) и Take Ow-nership (стать владельцем).

Соответствующие этим разрешениям действия можно выполнять только в случаях, когда для данного пользователя или группы, к которой он принадлежит, имеется одноименное разрешение.

Существует три важных правила, ко-торые помогут определить состояние прав доступа при перемещении или копировании объектов NTFS:

1) при перемещении файлов в границах раздела NTFS сохраняются исходные права доступа;

2) при выполнении других операций (создании или копировании файлов, а так же их перемещении между разделами NTFS) наследуются права доступа родительского каталога;

3) при перемещении файлов из раздела NTFS в раздел FAT все права NTFS теряются.