Основні вимоги до фізичної організації файлових систем
Фізична організація розділів на диску
Початковий (нульовий) сектор диска називають головним завантажувальним записом. Наприкінці цього запису міститься таблиця розділів цього диска, де для кожного розділу зберігається початкова і кінцева адреси.
Один із розділів диска може бути позначений як завантажувальний або активний. Після завантаження комп’ютера апаратне забезпечення звертається до MBR одного з дисків, визначає з його таблиці розділів завантажувальний розділ і намагається знайти в першому кластері цього розділу спеціальну невелику програму – завантажувач ОС. Саме завантажувач ОС відповідає за пошук на диску і початкове завантаження у пам’ять ядра операційної системи.
З погляду користувача файл із заданим іменем – це неструктурована послідовність байтів, а з погляду фізичної структури файлової системи, файл – це набір дискових блоків, що містять його дані. Завдання файлової системи полягає у забезпеченні перетворення сукупності імені файла і логічного зсуву в ньому на фізичну адресу всередині відповідного дискового блоку.
Необхідність такого перетворення визначає основне завдання файлової системи – відстежувати розміщення вмісту файлів на диску. Інформація про розміщення даних файла на диску зберігається у структурі даних, що називають заголовком файла. Такі заголовки звичайно зберігають на диску разом із файлами. Під час розробки структури даних для такого заголовка потрібно враховувати, що більшість файлів мають малий розмір, а основну частину дискового простору розподіляють, навпаки, під файли великого розміру, із якими переважно і виконують операції введення-виведення.
Оскільки продуктивність файлової системи залежить від кількості операцій доступу до диска, важливо максимально її обмежити. Кілька сотень таких операцій можуть додатково зайняти кілька секунд часу. На практиці слід враховувати, що всі імена файлів (і самі файли) каталогу і всі блоки у файлі зазвичай використовують разом, послідовно.
Принципи, що лежать в основі фізичної організації файлової системи, визначають різні способи розміщення файлів на диску. Крім обліку розміщення даних, фізичне розміщення потребує також обліку вільних кластерів.
Найпростіший підхід до фізичної організації файлових систем – це неперервне розміщення файлів. При цьому кожному файлові відповідає набір неперервно розташованих кластерів на диску (рис 1.1). Для кожного файла мають зберігатися адреса початкового кластера і розмір файла.
Зазначимо, що розподіл дискового простору в цьому разі подібний до динамічного розподілу пам’яті. Для пошуку вільного блоку на диску можна використати алгоритми першого підходящого або найкращого підходящого блоку.
Неперервне розміщення файлів вирізняється простотою в реалізації так ефективністю(наприклад, весь файл може бути зчитаний за одну операцію), але має істотні недоліки.
· Під час створення файла користувач має заздалегідь задати його максимальну довжину і виділити весь простір на диску за один раз. Збільшувати розмір файлів під час роботи не можна. У багатьох ситуаціях це абсолютно неприйнятно
· Вилучення файлів згодом може спричинити велику зовнішню фрагментацію дискового простору з тих самих причин, що й за динамічного розподілу пам’яті.
У сучасних ОС для організації даних на жорстких дисках неперервне розміщення файлів майже не використовують, проте його застосовують у таких файлових системах, де можна заздалегідь передбачити, якого розміру буде файл. Прикладом є файлові системи для компакт –дисків. Вони мають кілька властивостей, що робить неперервне розміщення файлів найкращим рішенням:
· Записування такої файлової системи здійснюють повністю за один раз, під записування кожного файла заздалегідь відомий його розмір.
· Доступ до файлових систем на ком пакт-диску здійснюють лише для читання файлів, в них ніколи не розширюють і не вилучають, тому відсутні причини появи зовнішньої фрагментації.
