Стартовый сектор

Файловые системы. Форматы файлов

Лекция 10

Всякая операционная система создает на каждом томе (дискете, диске, пакете дисков, CD-ROM и пр.) совокупность системных данных, которая называется файловой системой (файловой структурой).

Файловая система (пустая) создается при инициализации (разметке) тома, затем корректируется ОС (подсистемой управления данными) при текущей работе, в процессе создания, удаления, модификации (увеличения или уменьшения объема) файлов пользователя, содержащих программы или данные.

Файловая система включает в себя

-стартовый сектор,

-таблицу содержания

-Корневой каталог

-область данных — совокупность блоков на диске, идентифицируемых своими номерами / адресами.

Обычно адрес блока состоит из 3 чисел — № цилиндра (совокупность дорожек, доступных при фиксированном положении блока головок считывающего устройства), № поверхности (дорожки в цилиндре), № блока на дорожке.

это сектор, в котором записаны данные, необходимые операционной системе для работы с диском. Под стартовый сектор выделяется сектор 2 дорожки 0 поверхности 0. В него записываются следующие характеристики:

· идентификатор системы, если на диске записана операционная система;

· размер секторов диска в байтах;

· количество секторов в кластере

· количество резервных секторов в начале диска (один ) ;

· количество копий fat на диске (обычно две) ;

· количество элементов в каталоге;

· количество секторов на диске;

· указатель формата диска;

· количество секторов в fat ;

· количество секторов на дорожку ;

· количество поверхностей .

· кроме того , стартовый сектор хранит программу в машинных кодах , используемую для загрузки в память операционной системы , если она размещена на диске .

за стартовым сектором на диске следует таблица размещения файлов.

Таблица содержания

Пример простейшей (абстрактной) таблицы содержания, оглавления тома (диска, пакета дисков), которая в разных ОС имеет различные наименования — VTOC — Volume Table of Content (Таблица Содержания Тома), FAT — File Allocation Table (Таблица Размещения Файлов), FDT — File Definition Table (Таблица Определения Файлов) и т. п., приведена на рис. 1.6. Она состоит из четырёх областей:

• область файлов. Это таблица, имеющая обычно ограниченное (в приведенном примере W=6) число строк N. В MS-DOS, например, N= 500, т. е. число файлов не более 500. Количество столбцов М (в примере М = 5) обычно выбирается из тех соображений, чтобы 85—95 % файлов, создаваемых пользователями, содержало бы не более М блоков, что зависит как от размера блока и типа пользователя, так и от общего уровня развития информационного и программного обеспечения. Первый столбец таблицы в каждой строке (заглавная, запись — Title Record) содержит данные о файле, в данном примере — имя файла;

Рис. 1.6. Простейшая таблица оглавления тома

• область переполнения — дополнительная таблица аналогичной структуры, в которую записываются номера блоков особо длинных файлов (в примере — File_l). Организация таблицы размещения в форме области файлов и области переполнения, очевидно, позволяет сэкономить на объеме таблицы в целом, не ограничивая в то же время вероятной длины файла;

• список свободных блоков — необходимая информация для размещения создаваемых или расширяемых файлов. Список создается при инициализации и включает все блоки, кроме поврежденных, а затем корректируется при создании, удалении, модификации файлов;

• список сбойных блоков. Это таблица, создаваемая при инициализации (разметке) тома (диска), пополняемая программами диагностики (примером которых может служить хорошо известный пользователям NDD — Norton Disk Doctor) и предотвращающая распределение испорченных областей на магнитном носителе под файлы данных. Здесь не указаны такие известные атрибуты файлов, как длина (в байтах), время создания, тип (архивный, скрытый, только для чтения, не для исполнения и пр.), которые могут содержаться в заглавной записи таблицы (колонка 1 на рис. 1.6).

В развитых, системах коллективного пользования такие данные содержатся в специальных таблицах разделения полномочий, поскольку перечисленные да и другие атрибуты должны быть соотнесены с конкретными пользователями.

Кроме того, где-то должны быть размещены метка тома (имя и тип/объем), количество занятого и свободного пространства и прочая совокупная информация по тому данных.

Перечислим особенности ситуации, зафиксированной на рис. 1.6 в простейшей (искусственной) файловой системе.

File_l занимает 6 блоков, это число больше максимального, поэтому адрес блока № 6 (23) размещен в таблице переполнения;

File_2 занимает 2 блока, что меньше ограничения, поэтому вся информация сосредоточена в области файлов.

Имеются следующие конфликтные ситуации:

1. • File_3 не содержит ни одного блока (следовательно, файл был удален, но заглавная запись сохранилась);

2. • File_4 и File_l ссылаются на блок № 3. Это ошибка, поскольку каждый блок должен быть закреплен за единственным файлом;

3. • File_l содержит ссылку на блок № 7, помеченный как сбойный (нечитаемый). Это приведет к невозможности корректно полностью прочитать данный файл — ситуация, знакомая каждому, работавшему с НГМД;

4. • в списке свободных блоков содержатся номера блоков № 12 (помеченный как сбойный) и № 13 (распределенный под File_l).

Это очевидные свидетельства начавшегося разрушения файловой системы. Перечисленные конфликты могут иметь своими источниками:

§ сбои,

§ программные ошибки (разработчиков ОС),

§ некорректное завершение ОС

§ целенаправленную деятельность вирусных или иных злонамеренных программ.

Рассмотренный пример таблицы оглавления относится к случаю так называемой прямой адресации доступа (рис. 1.7). Здесь очевидны следующие особенности:

• таблица создается при инициализации и, даже будучи пустой, занимает определенный объем;

• создание файла (даже состоящего из одного байта) приводит к выделению блока и занятию строки таблицы.

Косвенная — списковая (рис. 1.8, а) и мультисписковая (рис. 1.8, б) адресации создают управляющие структуры по мере необходимости (при заполнении файла). Высвобождение памяти в списковой структуре осуществляется автоматически при удалении любого промежуточного блока, содержащего также адрес последующего блока файла. Очевидно, это увеличивает и опасность утраты.

Рис. 1.8, а) — списковая организация доступа к данным (косвенная адресация);

б) — комбинированная (мультисписковая) организация доступа данных при ошибочном удалении или разрушении промежуточного блока файла.