Файловая система ОС: понятие и структура. Файловые операции. Программы для работы с файловой системой

 

Министерство образования  Республики Беларусь

Белорусский национальный технический  университет

Автотракторный факультет

Кафедра «Экономика и логистика»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Контрольная работа по дисциплине «Информатика»

 

На тему: «Файловая система ОС: понятие и структура. Файловые операции. Программы для работы с файловой системой. Общая методика работы с файловой системой. Обслуживание файловой системы»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:

студент 1 курса группы 101041-12

Климовец В.С. 

 

Приняла:

старший преподаватель

Стефанович Н.В. 

 

Оглавление

Введение 3

Файловая система 4

Понятие файлов 4

Типы файлов 4

Файловые операции 5

Понятие файловой системы 6

Структура файловой системы 6

Обслуживание файловой структуры 7

Создание и именование файлов 7

Создание каталогов (папок) 8

Копирование и перемещение  файлов 8

Удаление файлов и  каталогов (папок) 8

Навигация по файловой структуре 8

Управление атрибутами файлов 9

Программы для работы с файловой системой 9

Проводник Windows 9

Папки 10

Файловые менеджеры 10

Обслуживание файловой системы 11

Заключение 12

Список литературы 13

 

Введение

В данной работе рассматривается  актуальная на данный момент тема работы с файловой системой.

Цели работы:

• Ознакомление с общими понятиями файловой системой и ее компонентов
• Рассмотрение структуры файловой системы, а также функций ее обслуживания
• Обзор базовых и специальных программ для работы в файловой системе
• Составление общей методики работы с файловой системой
• Увеличение общей производительности системы путем оптимизации за счет правильного и своевременного обслуживания файловой системы

Актуальность данной темы подтверждается тем, что на данный момент невозможно представить работу с  файлами без использования файловой системой. Для оптимизации процесса работы с файлами необходимо знать, как работает файловая система, из чего состоит, какие ее разновидности существуют.

В работе будут рассмотрены  основные файловые операции, программы  для работы с файлами. Особое внимание уделяется обслуживанию файловой системы, поскольку это является одним  из важнейших аспектов работы с файлами, непосредственно влияющим на производительность.

На основе нижеизложенной информации будет составлена общая  методика работы с файловыми системами.

 

Файловая система

Понятие файлов

Файл представляет собой  последовательный набор данных, хранящийся на каком-либо физическом носителе и  имеющий собственное имя и расширение.

В зависимости от файловой системы, файл может обладать различными свойствами

1. Имя файла. В большинстве файловых систем имя файла используется для указания, к какому именно файлу производится обращение. В различных файловых системах ограничения на имя файла сильно различаются. Помимо ограничений файловой системы, интерфейсы операционной системы дополнительно ограничивают набор символов, который допустим при работе с файлами. Большинство операционных систем требуют уникальности имени файла в одном каталоге, хотя некоторые системы допускают файлы с одинаковыми именами (например, при работе с ленточными накопителями).
2. Расширение имени файла. Расширение имени файла (часто расширение файла или расширение) как самостоятельный атрибут файла существует в файловых системах FAT16, FAT32, NTFS и используется для определения типа файла. Оно позволяет системе определить, каким приложением следует открывать данный файл. По умолчанию в операционной системе Windows расширение скрыто от пользователя. 
   В остальных файловых системах расширение — условность, часть имени, отделённая самой правой точкой в имени.
3. Атрибуты. В некоторых файловых системах, предусмотрены атрибуты (обычно это бинарное значение «да»/«нет», кодируемое одним битом). Во многих современных операционных системах атрибуты практически не влияют на возможность доступа к файлам, для этого в некоторых операционных и файловых системах существуют права доступа.
4. Права доступа. В некоторых файловых системах предусмотрена возможность для ограничения доступа пользователей к содержимому файла. 
   В UNIX-подобных операционных системах для файлов обычно выделяют три типа прав: на запись, чтение и выполнение. Каждое право задаётся раздельно для владельца, для группы и для всех остальных. ACL позволяют расширить этот список. 
   В операционных системах Windows при работе с файловой системой NTFS права доступа задаются явно для пользователей или групп (или наследуются от вышестоящих объектов). Права в себя включают право на чтение, запись исполнение, удаление, смену атрибутов и владельца, создание и удаление подпапок (для папок) и чтение прав доступа. Каждое право может быть задано как разрешением, так и запретом, запрет имеет больший приоритет, чем разрешение. 
   
5. Время. Для файла могут быть определены временные метки создания, модификации и последнего доступа. 
   
6. Владелец и группа файла В некоторых файловых системах предусмотрено указание на владельца файла и группу-владельца.

Типы файлов

Файлы бывают разных типов: обычные файлы, специальные файлы, файлы-каталоги.

Обычные файлы в свою очередь  подразделяются на текстовые и двоичные. Текстовые файлы состоят из строк символов, представленных в ASCII-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 ASCII-коды, они часто имеют сложную внутреннюю структуру, например, объектный код программы или архивный файл. Все операционные системы должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов - их собственные исполняемые файлы.

Специальные файлы - это файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые позволяют  пользователю выполнять операции ввода-вывода, используя обычные команды записи в файл или чтения из файла. Эти  команды обрабатываются вначале  программами файловой системы, а  затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды  управления соответствующим устройством. Специальные файлы, так же как  и устройства ввода-вывода, делятся  на блок-ориентированные и байт-ориентированные.

Каталог – это, с одной  стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых  соображений (например, файлы, содержащие программы игр, или файлы, составляющие один программный пакет). С другой - это файл, содержащий системную  информацию о группе файлов, его  составляющих. В каталоге содержится список файлов, входящих в него, и  устанавливается соответствие между  файлами и их характеристиками (атрибутами).

В разных файловых системах могут использоваться в качестве атрибутов разные характеристики, например:

• информация о разрешенном доступе,
• пароль для доступа к файлу,
• владелец файла,
• создатель 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,
• указатель на ключевое поле в записи,
• длина ключа,
• времена создания, последнего доступа и последнего изменения,
• текущий размер файла,
• максимальный размер файла.

Файловые операции

Условно можно выделить два  типа операций с файлом — связанные  с его открытием, и выполняющиеся  без его открытия. Операции первого  типа обычно служат для чтения/записи информации или подготовки к записи/чтению. Операции второго типа выполняются  с файлом как с «объектом» файловой системы, в котором файл является мельчайшей единицей структурирования. Они относятся к обслуживанию файловой структуры.

 

Файловые операции:

• Открытие файла. (обычно в качестве параметров передается имя файла, режим доступа и режим совместного доступа, а в качестве значения выступает файловый хэндлер или дескриптор), кроме того обычно имеется возможность в случае открытия на запись указать на то, должен ли размер файла изменяться на нулевой.
• Закрытие файла. В качестве аргумента выступает значение, полученное при открытии файла. При закрытии все файловые буферы сбрасываются.
• Запись — в файл помещаются данные.
• Чтение — данные из файла помещаются в область памяти.
• Перемещение указателя — указатель перемещается на указанное число байт вперёд/назад или перемещается по указанному смещению относительно начала/конца. Не все файлы позволяют выполнение этой операции (например, файл на ленточном накопителе может не «уметь» перематываться назад).
• Сброс буферов — содержимое файловых буферов с незаписанной в файл информацией записывается. Используется обычно для указания на завершение записи логического блока (для сохранения данных в файле на случай сбоя).
• Получение текущего значения файлового указателя.

 

Понятие файловой системы

По мере развития вычислительной техники файлов в системах становилось  всё больше. Для удобства работы с ними, их, как и другие данные, стали организовывать в структуры (тогда же появились символьные имена). Вначале это был простой массив, «привязанный» к конкретному  носителю информации. В настоящее  время наибольшее распространение  получила древовидная организация  с возможностью монтирования и вставки  дополнительных связей (то есть ссылок). Соответственно, имя файла приобрело  характер пути к файлу: перечисление узлов дерева файловой системы, которые  нужно пройти, чтобы до него добраться.

Файловая система представляет собой порядок, который определяет способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в  компьютерах, а также другом электронном  оборудовании. Она определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов.

В широком смысле понятие "файловая система" включает:

• совокупность всех файлов на диске,
• наборы структур данных, используемых для управления файлами, такие, например, как каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске,
• комплекс системных программных средств, реализующих управление файлами, в частности: создание, уничтожение, чтение, запись, именование, поиск и другие операции над файлами.

Структура файловой системы

В современных ОС далее  принято разбивать диски на логические диски (это также низкоуровневая операция), иногда называемые  разделами. Бывает, что  наоборот объединяют несколько физических дисков в один логический диск. На каждом разделе можно иметь свою независимую файловую систему. Поэтому в дальнейшем изложении мы будем игнорировать проблему физического выделения пространства для файлов и считать, что каждый раздел представляет  собой  отдельный (виртуальный) диск.  Собственно диск содержит иерархическую древовидную структуру, состоящую из набора файлов, каждый из которых является хранилищем данных пользователя, и каталогов  или директорий (то есть файлов, которые содержат перечень  других файлов, входящих в состав каталога), которые необходимы для хранения информации о файлах системы.

То, что файлы могут  находиться в разных папках, позволяет  расположить на диске несколько  файлов с одинаковыми именами. Структура  хранения информации на диске, при котором  одни папки могут располагаться  в других папках, называется иерархической или древовидной. Такая структура действительно похожа на реальное дерево, на котором каждый листок представляет собой отдельный файл, а ветка - папку. Листок может расти как непосредственно из ствола, так и из любой ветки. Возможно, что от ствола отходит одна ветка, от нее - другая, а уже на ней расположены листья. Чтобы однозначно определить конкретный файл, требуется задать его название и местоположение, то есть название диска и имена всех вложенных папок, в которых находится данный файл. Часто точное расположение файла на диске называют полным именем файла или путем к файлу.

 

Обслуживание файловой структуры

Несмотря на то, что данные о местоположении файлов хранятся в  табличной структуре, пользователю они представляются в виде иерархической  структуры — людям так удобнее, а все необходимые преобразования берет на себя операционная система. К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие  операции, происходящие под управлением  операционной системы: