Использование связанного списка индексов (например, в FAT)

ОБРАЩАЮ ВАШЕ ВНИМАНИЕ НА СЛЕДУЮЩИЕ ОБСТОЯТЕЛЬСТВА

Мы с Вами работаем по дистанционной форме, мы в аудитории, вы дома.

Вы обязаны выполнять задания в рамках учебного времени в соответствии с расписанием.

Мы осуществляем проверку выполненных вами заданий и оформляем соответствующий отчет.

Выполняйте полученные задания в указанные сроки, нарушение данных сроков может принести Вам неприятные сюрпризы после окончания сроков дистанционного обучения.

При систематическом нарушении сроков выполнения заданий, работы, присланные после указанных сроков выполнения будет необходимо защищать в обычном режиме.

Работы, выполненные в срок и в полном объеме от дополнительных защит освобождены.

Если возникает необходимость в дополнительной консультации возможна консультация в учебном заведении в соответствии с расписанием.

Ниже представлен лекционный материал.

В КОНЦЕ ЛЕКЦИОННОГО МАТЕРИАЛА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ, НА КОТОРЫЕ НЕОБХОДИМО ОТВЕТИТЬ

Форма отчета скриншоты лекционного материала и ответов на контрольные вопросы, написанных от руки. ВНИМАНИЕ!!!!! Записываем номер вопроса, текст вопроса и ТОЛЬКО ОТВЕТ, КОТОРЫЙ ВЫ СЧИТАЕТЕ ВЕРНЫМ.

Имя файла должно содержать следующую информацию. ФИО, Тема, дата получения задания (в соответствии с расписанием).

Например. Иванов Иван Логическая и физическая организация файловой системы С7117 23 марта

Файлы с отчетами отправлять на адрес: sveta 18_06@ mail . ru

Срок выполнения задания до 23 марта 2020 года до 17 - 00

Тема 2 Логическая и физическая организация файловой системы

Файл, имеющий образ цельного, непрерывающегося набора байт, на самом деле разбросан «кусочками» по всему диску, причем это разбиение никак не связано с логической структурой файла: логически объединенные файлы из одного каталога совсем не обязательно должны соседствовать на диске.

В общем случае, данные, содержащиеся в файле, имеют некоторую логическую структуру. Эта структура является базой при разработке программы, предназначенной для обработки этих данных.

Например, чтобы текст мог быть правильно выведен на экран, программа должна иметь возможность выделить отдельные слова, строки, абзацы и т.д. Признаками, отделяющими один структурный элемент от другого, могут служить определенные кодовые последовательности или просто известные программе значения смещений этих структурных элементов, относительно начала файла. Поддержание структуры данных может быть либо целиком возложено на приложения, либо в той или иной степени может взять на себя ФС (файловую систему).

В первом случае, когда все действия, связанные со структуризацией и интерпретацией содержимого файла, целиком относятся к ведению приложения. Файл представляется ФС неструктурированной последовательностью данных. Приложение формулирует запросы к ФС на ввод/вывод, используя общие для всех приложений системные средства.

Например, указывая смещение от начала файла и количество байт, которые необходимо считать или записать.

Модель файла, в соответствии с которой содержимое файла представляется неструктурированной последовательностью (потоком) байт, стала популярной вместе с ОС UNIX, а теперь она широко используется в большинстве современных ОС .

Неструктурированная модель файла позволяет легко организовать разделение файла между несколькими приложениями: разные приложения могут по-своему структурировать и интерпретировать данные, содержащиеся в файле.

Другая модель файлов, которая применялась в ОС OS/360, DEC RSX, VMS, а в настоящее время используется достаточно редко – это структурированный файл. В этом случае поддержание структуры файла поручается ОС. ФС видит файл как упорядоченную последовательность логических записей. Приложение может обращаться к ФС с запросами на ввод-вывод на уровне записей, например, «считать запись 25 из файла FILE.DOC». ФС должна обладать информацией о структуре файла, достаточной для того, чтобы выделить любую запись. ФС предоставляет приложению доступ к записи, а вся дальнейшая обработка данных, содержащаяся в этой записи, выполняется приложением. Замечание. Развитием этого подхода стали СУБД.

Принципы размещения файлов, каталогов и системной информации на реальном устройстве описываются физической организацией файловой системы. Разные файловые системы имеют разную физическую организацию.

Физическая структура жесткого диска или физическая организация файлов -правила расположения файла на жестком диске (или ином внешнем запоминающем устройстве).

Основные критерии эффективности физической организации файлов:

- Скорость доступа к данным.

- Объем адресной информации файла.

- Степень фрагментированнности дискового пространства.

- Максимально возможно размер файла.

Фрагментация – это наличие большого числа несмежных участков свободной памяти очень маленького размера (фрагментов). Настолько маленького, что ни одна из вновь поступающих программ не может поместиться ни в одном из участков, хотя суммарный объем фрагментов может составить значительную величину, намного превышающую требуемый объем памяти.

Структура жесткого диска.

Жесткий диск состоит из одной или нескольких стеклянных или металлических пластин, каждая из которых покрыта с одной или двух сторон магнитным материалом. Для записи информации на магнитную поверхность дисков применяется следующий способ: поверхность рассматривается как последовательность точечных позиций, каждая из которых считается битом и может быть установлена в 0 или 1. Так как расположения точечных позиций определяется неточно, то для записи требуются заранее нанесенные метки, которые помогают записывающему устройству находить позиции записи. Процесс нанесения таких меток называется физическим форматированием и является обязательным перед первым использованием накопителя.

Количество дорожек зависит от типа диска. Нумерация дорожек начинается с 0 от внешнего края к центру диска. Когда диск вращается, головка чтения/записи считывает двоичные данные с магнитной дорожки или записывает их на нее. Нумерация сторон начинается с 0.

Группы дорожек (треков) одного радиуса, расположенных на поверхностях магнитных дисков, называются цилиндрами. Номер цилиндра совпадает с номером образующей дорожки. Жесткие диски могут иметь по несколько десятков тысяч цилиндров, на поверхности дискеты, как правило, их восемьдесят. Зная количество рабочих поверхностей, дорожек на одной стороне, размер сектора, можно определить емкость диска. Каждая дорожка разбивается на секторы.

Сектор имеет фиксированный для конкретной системы размер, чаще всего 512 байт. Поскольку дорожки разного радиуса имеют одинаковое число секторов, плотность записи повышается к центру диска. Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена данными дискового устройства с оперативной памятью. Для того чтобы контроллер мог найти на диске нужный сектор, необходимо задать ему все составляющие адреса сектора: номер цилиндра, номер поверхности и номер сектора. Типичный запрос включает чтение нескольких секторов. Операционная система при работе с диском использует, как правило, собственную единицу дискового пространства, называемую кластером. Кластер (ячейка размещения данных) – объем дискового пространства, участвующий в единичной операции чтения/записи, осуществляемой ОС.

Кластер – это минимальный размер места на диске, которое может быть выделено файловой системой для хранения одного файла. Размер кластера кратен размеру физического сектора и в зависимости от размера раздела может составлять от 1 до 128 секторов (от 512 байт до 128 Кбайт). Размер кластера задается автоматически или вручную при форматировании диска. При создании файла место на диске ему выделяется кластерами. Например, если размер файла 2560 байт, а размер кластера в файловой системе 1024 байта, то файлу будет выделено на диске 3 кластера. *Иногда кластер называют блоком (например, в ОС Unix), что создает путаницу. Дорожки и секторы создаются в результате низкокоуровневого (физического) форматирования диска. Низкоуровневое форматирование не зависит от типа ОС, которая этот диск будет использовать. Разметка диска под конкретный тип файловой системы происходит в результате высокоуровневого (логического) форматирования. При высокоуровневом форматировании определяется размер кластера и на диск записывается информация, необходимая для работы файловой системы. На диск записывается также загрузчик операционной системы – небольшая программа, которая начинает процесс инициализации операционной системы после включения питания или рестарта компьютера. Прежде чем форматировать диск под определенную файловую систему, он может быть разбит на разделы.

В результате выполнения процедуры логического разбиения HDD делится на логические разделы (тома) перед форматированием диска под определенную файловую систему.

Раздел (логические диски) – это непрерывная часть физического диска, которую ОС представляет пользователю как логическое устройство (логический диск). Необходимость в разбиении на разделы возникает в следующих случаях:

▪ если существует ограничение на размер диска со стороны операционной системы.

▪ если необходимо разграничить дисковое пространство между пользователями.

▪ для удобства работы с разными видами информации: системный диск, архивный диск, документы и т.д.

▪ если есть необходимость в нескольких операционных системах или/и файловых системах.

Во многих операционных системах используется термин «том» (volume). В разных ОС толкование этого термина имеет свои нюансы, но чаше всего он обозначает логическое устройство, отформатированное под конкретную файловую систему. Логическое устройство функционирует так, как если бы это был отдельный физический диск. Именно с логическими устройствами работает пользователь, обращаясь к ним по символьным именам, например, А, В, С, SYS и т. п. Разные ОС используют единое представление о разделах, но создают логические устройства, специфические для каждого типа ОС. Поэтому логические устройства и файловые системы, созданные в различных ОС, в общем случае не совместимы. Как следствие, на одном логическом устройстве может создаваться только одна файловая система. На разных логических устройствах одного физического диска могут располагаться файловые системы разного типа, например: разделы С и Е имеют файловую систему NTFS, раздел D – файловую систему FAT. После низкоуровневого форматирования все разделы диска имеют одинаковый размер кластера. Однако в результате высокоуровневого форматирования на разных разделах этого диска могут быть установлены файловые системы, с кластерами отличающихся размеров.

Пример. Если файл имеет размер 2560 байт, а размер кластера в файловой системе определен в 1024 байта, то файлу будет выделено на диске 3 кластера.

Размер кластера зависит от формата диска и может соответствовать одному сектору или нескольким смежным секторам дорожки.

Размер кластера определяется, как правило, автоматически при логическом форматировании.

Узнать размер кластера можно следующими способами:

В ОС Windows: Панель управления → Администрирование → Управление компьютером → Дефрагментация диска → Выделить логический диск → Анализ.

Выбор размера кластера: Format c:/a:size.

Процесс подготовки диска к записи данных разбивается на следующие этапы:

Форматирование низкого уровня (физическое форматирование).

Логическое разбиение (только для HDD).

Логическое форматирование (высокоуровневое).

В результате выполнения процедуры физического форматирования в секторах создаются адресные метки, использующиеся для их идентификации в процессе использования диска (создаются дорожки и секторы).

Низкоуровневый формат диска не зависит от типа ОС, которая этот диск будет использовать.

Физическая организация и адресация файла

Основные критерии эффективности физической организации файла:

· скорость доступа к данным;

· объем адресной информации файла;

· степень фрагментированности дискового пространства;

- возможность увеличения размера файла.

Для снижения побочных эффектов рекомендуется регулярно проводить дефрагментацию жесткого диска – сбор фрагментов каждого файла в одну область на жестком диске. В зависимости от интенсивности работы с жестким диском (частом удалении и записи) дефрагментацию рекомендуется проводить один раз в 2-6 месяцев.

Варианты физической организации

Основные варианты приведены

Непрерывное размещение – это простейший вариант ФОФ, при котором файлу предоставляется последовательность кластеров диска, образующих непрерывный участок дисковой памяти: Достоинства способа: высокая скорость доступа, так как затраты на поиск и считывание кластеров файла минимальны, отсутствие фрагментации на уровне файла, минимален объем адресной информации – достаточно хранить только номер первого кластера и объем файла. Недостатки невозможно сказать, какого размера должна быть непрерывная область, выделяемая файлу, так как файл при каждой модификации может увеличить свой размер, фрагментация на уровне кластеров, из-за которой нельзя выбрать место для размещения файла целиком. Из-за этих недостатков на практике используются другие методы, при которых файл размещается в нескольких, в общем случае несмежных областях диска.

Размещение файла в виде связанного списка кластеров дисковой памяти. При таком способе в начале каждого кластера содержится указатель на следующий кластер:

Достоинства: Адресная информация минимальное расположение файла может быть задано одним числом – номером первого кластера, фрагментация на уровне кластеров отсутствует, так как каждый кластер может быть присоединен к цепочке кластеров какого-либо файла, файл может изменять свой размер, наращивая число кластеров.

Недостатки: Сложность организации доступа к произвольно заданному месту файла – чтобы прочитать пятый по порядку кластер файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых кластера, прослеживая цепочку номеров кластеров, количество данных файла в одном кластере не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего кластера), а многие программы читают данные кластерами, размер которых равен степени двойки, Фрагментация на уровне файлов (файл может разбиваться на несмежные фрагменты).

Использование связанного списка индексов (например, в FAT)

Данный способ является модификацией предыдущего метода. Файлу также выделяется память в виде связанного списка кластеров. Номер первого кластера запоминается в записи каталога, где хранятся характеристики этого файла. Остальная адресная информация отделена от кластеров файла. С каждым кластером диска связан индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска – в файловых системах FAT это таблица (File Allocation Table):

Когда память свободна, все индексы имеют нулевое значение. Если некоторый кластер N назначен некоторому файлу, то индекс этого кластера становится равным либо номеру M следующего кластера данного файла, либо принимает специальное значение – признак того, что этот кластер является для файла последним. Индекс же предыдущего кластера файла принимает значение N, указывая на вновь назначенный кластер.

Достоинства: минимальность адресной информации, отсутствие фрагментации на уровне кластеров, отсутствие проблем при изменении размера файла, для доступа к произвольному кластеру файла не требуется последовательно считывать его кластеры, достаточно прочитать только секторы диска, содержащие таблицу индексов, отсчитать нужное количество кластеров файла по цепочке и определить номер нужного кластера, данные файла заполняют кластер целиком, следовательно имеют объем, равный степени двойки. Недостатки: Фрагментация на уровне файлов (файл может разбиваться на несмежные фрагменты).

Перечисление номеров кластеров, занимаемых файлом. Достоинства: высокая скорость доступа к произвольному кластеру файла, так как здесь применяется прямая адресация, которая исключает просмотр цепочки указателей при поиске адреса произвольного кластера файла, отсутствие фрагментации на уровне кластеров. Недостатки: длина адреса зависит от размера файла и для большого файла может составить значительную величину. Данный подход с некоторыми модификациями используется в ОС UNIX.

Модификация последнего способа, используемая в файловых системах s5 и ufs ОС Unix

Каким же образом секторы и кластеры превращаются в удобные для нас файлы и папки? Вопрос сводится только в сопоставлении физического адреса файла его логическому адресу. Эта роль отводится файловой системе. Файловая система– таблица, в которой логическому адресу файла ставится в соответствие его физический адрес. Напомним, логический адрес файла – адрес файла в иерархической цепочке каталогов, физический адрес файла – набор адресов кластеров, которые содержат фрагменты данного файла.

Таблица – это условное понятие, какой файловая система предстала бы для человека. На самом деле это тоже набор из нулей и единиц, располагающийся в центре жесткого диска. Файловая система имеет свой дубликат, который располагается также в центре диска для файловой системы FAT32 и в центре диска для файловой системы NTFS.

Контрольные вопросы

1 -Появление на диске множества свободных участков, разделенных занятыми участками, называется:

-фрагментация

-кластеризация

-дефрагментация

2 -Дефекты диска, вызванные его механическим повреждением или старением магнитного покрытия:

-физические

-механические

-логические

3 -Дефекты диска, вызванные аварийным отключением питания сбоями, зависанием ошибочно работающих программ:

-логические

-физические

-электрические

4-Именованная логическая область на диске, содержащая группу файлов:

-каталог

-файл

-корзина

5 -Обозначение файла Н свидетельствует, что этот файл:

-скрытый

-системный

-архивный

6-Обозначение файла S свидетельствует, что этот файл:

-системный

-скрытый

-только для чтения

7-Минимальный фактический размер файла на диске равен

-1 кластеру

-1 сектору

-1 байту

8 -На диске не может быть кластера размером

-1536 байт

-512 байт

-2048 байт

9 -Каталог (папка) – это:

-место хранения файлов

-постоянная память

-внешняя память длительного хранения

10 -Самая верхняя папка файловой структуры диска называется

-корневой

-вложенной

-специальной

11 -Разметкой, которой нет на диске, является

-кластер

-дорожка

-цилиндр

12-Размер логического диска:

-меньше или равен размеру раздела

-равен размеру раздела

-больше или равен размеру раздела

Дата добавления: 2020-04-25; просмотров: 223; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

Мы поможем в написании ваших работ!