Файловые системы

Напомним, что под файлом обычно понимают именованный набор данных, орга¬низованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для управления этими данными создаются соответствующие файловые системы. Файловая систе¬ма предоставляет возможность иметь дело с логическим уровнем структуры дан¬ных и операций, выполняемых над данными в процессе их обработки. Именно файловая система определяет способ организации данных на диске или на каком-нибудь ином носителе. Специальное системное программное обеспечение, реали¬зующее работу с файлами по принятым спецификациям файловой системы, часто называют системой управления файлами. Именно системы управления файлами отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используются файлами. Назначение системы управления файлами — предоставление более удобного доступа к данным, орга¬низованным как файлы, то есть вместо низкоуровневого доступа к данным с ука¬занием конкретных физических адресов нужной нам записи используется логи¬ческий доступ с указанием имени файла и записи в нем. 
Благодаря системам управления файлами пользователям предоставляются следу¬ющие возможности: 
- создание, удаление, переименование (и другие операции) именованных набо¬ров данных (файлов) из своих программ или посредством специальных управ¬ляющих программ, реализующих функции интерфейса пользователя с его дан¬ными и активно использующих систему управления файлами; 
- работа с недисковыми периферийными устройствами как с файлами; 
- обмен данными между файлами, между устройствами, между файлом и уст¬ройством (и наоборот); 
- работа с файлами путем обращений к программным модулям системы управ¬ления файлами (часть API ориентирована именно на работу с файлами); 
- защита файлов от несанкционированного доступа. 
Как правило, все современные операционные системы имеют соответствующие системы управления файлами. А некоторые операционные системы имеют возмож¬ность работать с несколькими файловыми системами (либо с одной из нескольких, либо сразу с несколькими одновременно). В этом случае говорят о монтируемых файловых системах (монтируемую систему управления файлами можно устано¬вить как дополнительную), и в этом смысле они самостоятельны. 
Очевидно, что система управления файлами, будучи компонентом операционной системы, не является независимой от нее, поскольку активно использует соответ¬ствующие вызовы API. С другой стороны, системы управления файлами сами до¬полняют API новыми вызовами. Можно сказать, что основное назначение файловой системы и соответствующей ей системы управления файлами — предоставление удобного доступа к данным, организованным в виде файлов, то есть вместо низко¬уровневого доступа к данным с указанием конкретных физических адресов нуж¬ной нам записи используется логический доступ с указанием имени файла и запи¬си в нем. 
Следует заметить, что любая система управления файлами не существует сама по себе — она разрабатывается для работы в конкретной операционной системе. В ка¬честве примера можно сказать, что всем известная файловая система FAT (File Allocation Table — таблица размещения файлов) имеет множество реализаций как система управления файлами. Это название файловой системы мы употребляем и по отношению к подсистеме управления файлами самой системы MS DOS, однако реализацию системы управления файлами для OS/2, которая использует основные принципы системы FAT, называют super-FAT; основное отличие — возможность поддержи¬вать для каждого файла расширенные атрибуты. Есть версия системы управления файлами с принципами FAT и для Windows 95/98, есть реализация для Win¬dows NT и т. д. Другими словами, для работы с файлами, организованными в соот¬ветствии с некоторой файловой системой, для каждой операционной системы должна быть разработана соответствующая система управления файлами. И эта система управления файлами будет работать только в той

12:14:17

операционной системе, для которой создана, но при этом обеспечит доступ к файлам, созданным с помо-щью системы управления файлами другой операционной системы, но работаю¬щей по тем же основным принципам файловой системы. 
В качестве примера снова можно привести всем известную файловую систему FAT, поддерживаемую абсолютным большинством операционных систем, работающих на современных персональных компьютерах. В MS DOS, OS/2, Windows 95/98/ ME, Windows NT/2000/XP, Linux, FreeBSD и других можно работать с файлами, организованными по принципам FAT. Однако программные модули соответству¬ющих систем управления файлами не взаимозаменяемы. Кроме того, все эти сис¬темы управления файлами имеют свои индивидуальные особенности и ограниче¬ния. Иногда только из контекста ясно, о чем идет речь — о принципах работы файловой системы или о ее конкретной реализации. Другими словами, для работы с файлами, организованными в соответствии с некоторой файловой системой, для каждой операционной системы должна быть разработана соответствующая систе¬ма управления файлами; и эта система управления файлами будет работать толь¬ко в той операционной системе, для которой она и создана. Таким образом, файло¬вая система — это множество именованных наборов данных, организованное по принятым спецификациям, которые определяют способы получения адресной информации, необходимой для доступа к этим файлам. 
Таким образом, термин файловая система определяет, прежде всего, принципы доступа к данным, организованным в файлы. Тот же термин используют и по от¬ношению к конкретным файлам, расположенным на том или ином носителе дан¬ных. А термин система управления файлами следует употреблять по отношению к конкретной реализации файловой системы, то есть это — комплекс программ¬ных модулей, обеспечивающих работу с файлами в конкретной операционной си¬стеме, 
Информация, с которой работает человек, обычно структурирована. Это, прежде всего, позволяет более эффективно организовать хранение данных, облегчает их поиск, предоставляет дополнительные возможности в именовании. Аналогично, и при работе с файлами желательно ввести механизмы структурирования. Проще всего организовать иерархические отношения. Для этого достаточно ввести поня¬тие каталога (directory). Каталог содержит информацию о данных, организован¬ных в виде файлов. Другими словами, в каталоге должны содержаться дескрипто¬ры файлов. Если файлы организованы на блочном устройстве, то именно с помощью каталога система управления файлами будет находить адреса тех блоков, в кото¬рых размещены искомые данные. Причем очевидно, что каталогом может быть не только специальная системная информационная структура, которую часто назы¬вают корневым каталогом, но и сам файл. Такой файл-каталог должен иметь спе-циальное системное значение; система управления файлами должна его выделять на фоне обычных файлов. Файл-каталог часто называют подкаталогом (subdi¬rectory). Если файл-каталог содержит информацию о других файлах, то посколь¬ку среди них также могут быть файлы-каталоги, мы получаем возможность стро¬ить почти ничем не ограниченную иерархию. 
Более того, введение таких файловых объектов, как файлы-каталоги, позволяет не только структурировать файловую систему, но и решить проблему ограниченного количества элементов в корневом каталоге. Ограничений на количество элемен¬тов в файле-каталоге нет, поэтому можно создавать каталоги чрезвычайно боль¬шого размера.