Файлова система. Організація даних. Форматування. Види файлових систем та їх характеристика. Розділи та логічні диски.

Файлова система — спосіб організації даних, який використовується операційною системою для збереження інформації у вигляді файлів на носіях інформації. Також цим поняттям позначають сукупність файлів та директорій, які розміщуються на логічному або фізичному пристрої.

Файл — іменована область зовнішньої пам'яті для збері­гання програм і даних.

В залежності від організації файлів на носії даних, файлові системи можуть поділятись на:

• ієрархічні файлові системи — дозволяють розміщувати файли в каталоги;

• плоскі файлові системи — не використовують каталогів;

• кластерні файлові системи — дозволяють розподіляти файли між кількома однотипними фізичними пристроями однієї машини;

• мережеві файлові системи — забезпечують механізми доступу до файлів однієї машини з інших машин мережі;

• розподілені файлові системи — забезпечують зберігання файлів шляхом їх розподілу між кількома машинами мережі.

Імена файлів

Основним інформаційним об'єктом ОС Windows є файл.

Файли можуть містити текстові документи, числові да­ні, закодовану табличну та графічну інформацію тощо.

Найбільш простими типами файлів є документи та програми. Документи – це об’єкти, що містять ту чи іншу інформацію: тексти, рисунки, звуки тощо. Програми служать для обробки документів.

Дія ідентифікації кожному файлу присвоюється ім'я. Воно утворюється з двох частин — власне імені та розши­рення, розділених символом «крапка». Розширення, як правило, визначає тип файла (додаток, текстовий доку­мент, таблиця, рисунок, проект програми і т. д.). Власне ім'я може складатися з 1—255 символів, а розширення — з 0—4 символи. В імені файла (у власне імені та розши­ренні), крім літер і цифр, можна також вживати символи:

« $ », « % », « ' », « - », «пропуск», « @ », « ~ », « ! »,

« ( », « ) », « { », « } », « # », « & >>, « + », « ; », « ⁼⁼ », « [ », « ] ».

Оскільки розширення визначає тип файлу, його ще називають просто типом. Як власне ім'я, так і розширен­ня можуть бути задані користувачем довільно. Наприклад:

Letter.txt, Лист.dос, Список_курсантів.хls, Прайс.dat.

В іменах файлів можна вживати як великі, так і малі літери. Їх написання запам'ятовується системою, але при порівняннях імен ці символи будуть вважатися однакови­ми. Це означає, що в одній папці не можна зберігати два різних файли, імена яких різняться тільки регістром літер, тобто ім'я Лист.dосx збігається з ім'ям лист.dосx.

Незважаючи на допустиму довільність у визначенні імені файлу, на практиці використовують уніфіковані (загальноприйняті) розширення. Деякі з них наведено в табл. 1.

Таблиця 1

Уніфіковані розширення деяких файлів

Застосування загальноприйнятих розширень допомагає користувачеві орієнтуватися у змісті файла за його розширенням. Наприклад, якщо файл має розширення.doc, то це означає, що він зберігає документ, створений у текстовому редакторі Word, а якщо .xls — то створену в електронній таблиці Excel робочу книгу. Розширення .ехе свідчить про те, що у файлі міститься додаток (наприклад, Winword.ехе — текстовий редактор, АVР.ехе — антивірусна програма).

Використання уніфікованих розширень полегшує візу­альну орієнтацію у призначенні файлів. Залежно від роз­ширення файл зображається певним значком. Оскільки в рамках ОС Windows кожному зареєстрованому типу файла відпо­відає свій значок, самі розширення, як правило, не виво­дяться на екран: для орієнтації у призначенні файла до­сить цього значка.

Види файлових систем

У процесі розвитку операційних систем і накопичувачів створювалося безліч файлових систем. Сьогодні для роботи з жорсткими дисками і флеш-накопичувачами часто використовуються наступні:

• FAT32. Максимальний підтримуваний розмір диска – 8 Тб. Файлова система працює з файлами розміром більше 4 Гб.

• NTFS. Максимальний підтримуваний розмір диска – 16 Еб (ексабайт). Підтримує роботу з файлами розміром до 16 Тб.

• Ext3, ext4. Використовуються в операційних системах Linux. Максимальний розмір тома становить 32 Тб для ext3 і 1 Еб для ext4. Підтримується робота з файлами розміром до 2 і 16 Тб відповідно.

• HFS Plus. Використовується в системах OS X. Максимальний розмір тома – 8 Еб, максимально підтримуваний розмір файлу теж становить 8 Еб.

Атрибут файлу (англ. file attribute) — метадані, що описують файл. Атрибут може знаходитись у двох станах: або встановлений, або знятий. Атрибути розглядаються окремо від інших метаданих, таких як дати, розширення імені файлу або права доступу. Каталоги та інші об'єкти файлової системи також можуть мати певні атрибути.

В операційних системах DOS та Microsoft Windows, існують чотири атрибути:

Архівний. Коли цей атрибут встановлено, це означає, що файл було змінено з часу проведення останнього резервного копіювання. ПЗ, за допомогою якого виконується резервне копіювання, також відповідає за зняття цього атрибуту.

Прихований. Файл з встановленим атрибутом вважається прихованим. Це означає, що команди MS-DOS (dir) та програми Windows (такі як Провідник) за замовчуванням не будуть відображати цей файл, якщо не ввімкнено спеціальний режим.

Системний. Файл з встановленим атрибутом вважається системним — таким, існування якого у незміненому вигляді критично важливе для нормальної роботи системи. За замовчуванням команди MS-DOS (dir) та програми Windows (такі як Провідник) не будуть відображати цей файл, якщо не ввімкнено спеціальний режим.

Тільки читання. Встановлений атрибут означає, що вміст файлу не можна змінювати. Як правило, програми для Windows ігнорують цей атрибут, якщо він встановлений для каталогів.

З виходом нових версій системи Windows у NTFS з'явились додаткові атрибути:

Стиснений (Compressed). Встановлений атрибут означає, що Windows зберігає цей файл на диску в архівованому вигляді.

Зашифрований (Encrypted). Встановлений атрибут означає, що Windows зберігає цей файл на диску в зашифрованому вигляді.

Проіндексований (Indexed). Означає, що відповідні підсистеми Windows не включатимуть вміст файлу до пошукового індексу.

В процесі роботи над файлами та каталогами (назвемо їх об’єктами) виконуються наступні операції:

• створення (в поточному каталозі створюється новий екземпляр об’єкта, йому дається ім’я; створений об’єкт при цьому може бути порожнім);

• копіювання (копія об’єкта створюється в іншому каталозі чи на іншому носії);

• переміщення (відбувається копіювання об’єкта в інший каталог чи на інший носій, у початковому каталозі об’єкт знищується);

• знищення (в початковому каталозі об’єкт знищується);

• перейменування (змінюється ім’я об’єкта).

В ОС DOS, Unix ці операції виконуються за допомогою спеціальних команд, що вводяться із командного рядка. В сімействі ОС Windows для цього призначена спеціальна службова програма Провідник (Explorer). Крім того, графічний інтерфейс дозволяє здійснити ці ж операції і іншими способами, наприклад, з використанням контекстного меню.

Каталог (директорія, папка) - це спеціальне місце на диску, в якому реєстру­ються всі відомості про файли (ім'я, розмір, властивості і т. д.).

Кореневий каталог — це головний каталог кожного диска.

Якщо в каталогу зберігається ім`я файла, то кажуть, шо цей файл знаходиться в даному каталозі. На кожному магнітному диску може бути кілька каталогів. В кожному каталозі може бути багато файлів, але кожен файл завжди реєструється тільки в одному каталозі.

Всі каталоги (крім кореневого) насправді являються файлами спеціального вигляду. Кожен каталог має ім`я, і він може бути зареєстрований в іншому каталозі. Якщо каталог X зареєстрований в каталозі Y, то кажуть, що X - підкаталог Y, а Y - надкаталог або батьківський каталог для X.

Вимоги до імен каталогів ті ж, що й до імен файлів. Як правило, розширення імені для каталогів не використовується.

Повне ім`я файла має наступний вигляд:

[дисковод]\[шлях]\[ім`я_файла]

Шлях (маршрут) до файлу - це послідовність з імен каталогів від кореневого каталогу до того каталогу, в якому знаходиться необхідний файл.

С:\command.com, С:\Program Files\Vb\Vb6.ехе, С:\ Program Files\Microsoft Exchange\Мlset32.ехе.

У різних папках імена файлів можуть бути однакови­ми. При цьому їхні повні імена будуть розрізнятися мар­шрутами.

Форматування (formatting) — процедура створення структур порожньої файлової системи вказаного типу — розподіл доріжок магнітного диска чи іншого носія інформації на фізичні чи логічні записи, що виконується перед першим використанням диска. Форматування супроводжується втратою даних, що існують на розділі, який форматується.

Форматування поділяється на низькорівневе та високорівневе.

Низькорівневе форматування – це базова розмітка області зберігання даних, яка виконується на заводі-виробнику як одна з останніх операцій виготовлення пристрою зберігання даних.

Високорівневе повне форматування — процес створення головного завантажувального запису з таблицею розділів і (або) структур порожньої файлової системи, установки завантажувального сектора і тому подібних дій, результатом яких є можливість використовувати носій в операційній системі для зберігання програм і даних. У процесі форматування також перевіряється цілісність поверхні носія для виправлення (блокування) дефектних секторів. Існує також спосіб «швидкого форматуванням» (без перевірки носія).

В MS DOS форматування здійснюється за допомогою команди FORMAT C:

Усередині кожного комп'ютера є один або декілька постійних запам'ятовуючих пристроїв, в яких у вигляді різноманітних файлів міститься інформація (фото, відео, текст, музика та ін.). Постійні запам'ятовуючі пристрої бувають двох типів - жорсткі диски і SSD. Вони відрізняються будовою і принципами роботи. Але, не залежно від типу, комп'ютер з усіма запам'ятовуючими пристроями працює однаково. Внутрішній простір кожного жорсткого диска або SSD віртуально розділяється на один або декілька розділів, що називаються логічними розділами чи локальними дисками. Їх ми і бачимо, коли відкриваємо розділ "Цей ПК".

Користувач може на власний розсуд змінювати спосіб розділення простору кожного запам'ятовуючого пристрою на логічні розділи, самостійно визначаючи як кількість локальних дисків комп'ютера, так і розмір простору кожного з них.

Розділ диску використовується для позначення розбиття жорстких дисків (HDD). Розділи є логічними контейнерами, які зазвичай використовуються для розміщення файлових систем, куди встановлюються операційні системи, програми та дані.

Загальний простір зберігання даних HDD може містити не більше чотирьох основних розділів, або альтернативно три основних розділів і розширений розділ.

Основний розділ містить одну файлову систему.

Жорсткий диск може містити тільки один розширений розділ, але розширений розділ можна розділити на декілька логічних розділів (до 23-х). Системи DOS / Windows дозволяють потім призначити унікальні букви для кожного логічного розділу.

Активний логічний розділ — це логічний диск, з якого буде завантажуватися система.

Створення більше одного розділу має такі переваги:

• Відділення ОС і програмних файли від файлів користувача. Це дозволяє робити резервні копії тільки ОС і встановленого ПЗ.

• Мати окремі зони для віртуальної пам'яті підкачки операційної системи.

• Зберігання часто використовувані програми і дані поруч один з одним.

• Мати кеш і лог-файли окремо від інших файлів.

• Використання мульти-завантажувальних установок, які дозволяють користувачам мати більше однієї операційної системи на одному комп'ютері. Наприклад, можна встановити Linux, BSD, Mac OS X, Microsoft Windows або інші операційні системи на різні розділи одного і того ж HDD і мати вибір завантаження в будь-якій операційній системі при включенні.

• Захист або ізоляція файлів, щоб зробити простіше і швидше відновлювання пошкодженої файлової системи або установку операційної системи. Якщо один розділ пошкоджений, інші файлові системи можуть бути не порушені.

Недоліки кількох розділів:

• Знижує загальний розмір диску. (Додаткові розділи змушують операційну систему дублювати деякі області файлової системи адміністрування на диску для кожного розділу.)

• Знижує загальну продуктивність диска на системах. (Де послідовний доступ до даних здійснюється паралельно на декількох розділах, тому що це змушує головку читання/запису диска переміщатися туди і назад на диску, щоб отримати доступ до даних на кожному розділі.

• Збільшує фрагментацію диска. (Тому що знижується середній розмір суміжних вільних блоків на кожному.

• Переміщення файлів між томами потребують фактичного копіювання байтів, у той час як переміщення файлів в межах тому, потребує тільки оновлення "мета-даних".