Имена файлов.

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, Windows NT в своей новой файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.

При переходе к длинным именам возникает проблема совместимости с ранее созданными приложениями, использующими короткие имена. Чтобы приложения могли обращаться к файлам в соответствии с принятыми ранее соглашениями, файловая система должна уметь предоставлять эквивалентные короткие имена (псевдонимы) файлам, имеющим длинные имена. Таким образом, одной из важных задач становится проблема генерации соответствующих коротких имен.

Длинные имена поддерживаются не только новыми файловыми системами, но и новыми версиями хорошо известных файловых систем. Например, в ОС Windows 95 используется файловая система VFAT, представляющая собой существенно измененный вариант FAT. Среди многих других усовершенствований одним из главных достоинств VFAT является поддержка длинных имен. Кроме проблемы генерации эквивалентных коротких имен, при реализации нового варианта FAT важной задачей была задача хранения длинных имен при условии, что принципиально метод хранения и структура данных на диске не должны были измениться.

Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов. В некоторых системах одному и тому же файлу не может быть дано несколько разных имен, а в других такое ограничение отсутствует. В последнем случае операционная система присваивает файлу дополнительно уникальное имя, так, чтобы можно было установить взаимно-однозначное соответствие между файлом и его уникальным именем. Уникальное имя представляет собой числовой идентификатор и используется программами операционной системы. Примером такого уникального имени файла является номер индексного дескриптора в системе UNIX.

Все современные файловые системы поддерживают многоуровневое именование файлов за счет поддержания во внешней памяти дополнительных файлов со специальной структурой - каталогов. Каждый каталог содержит имена каталогов и/или файлов, содержащихся в данном каталоге. Таким образом, полное имя файла состоит из списка имен каталогов плюс имя файла в каталоге, непосредственно указывающем на данный файл. Разница между способами именования файлов в разных файловых системах состоит в том, с чего начинается эта цепочка имен.

Имеются два крайних варианта. Во многих системах управления файлами требуется, чтобы каждый архив файлов (полное дерево справочников) целиком располагался на одном дисковом пакете (или логическом диске, разделе физического дискового пакета, представляемом с помощью средств операционной системы как отдельный диск). В этом случае полное имя файла начинается с имени дискового устройства, на котором установлен соответствующий диск. Такой способ именования используется в файловых системах фирмы DEC, очень близко к этому находятся и файловые системы персональных компьютеров. Можно назвать эту организацию поддержанием изолированных файловых систем.

Другой крайний вариант был реализован в файловых системах операционной системы Multics. Эта система заслуживает отдельного большого разговора, в ней был реализован целый ряд оригинальных идей, но мы остановимся только на особенностях организации архива файлов. В файловой системе Miltics пользователи представляли всю совокупность каталогов и файлов как единое дерево. Полное имя файла начиналось с имени корневого каталога, и пользователь не обязан был заботиться об установке на дисковое устройство каких-либо конкретных дисков. Сама система, выполняя поиск файла по его имени, запрашивала оператора об установке необходимых дисков. Такую файловую систему можно назвать полностью централизованной.

Конечно, во многом централизованные файловые системы удобнее изолированных: система управления файлами принимает на себя больше рутинной работы. Но в таких системах возникают существенные проблемы, если кому-то требуется перенести поддерево файловой системы на другую вычислительную установку.

Процессы в ОС UNIX.

Кроме ОС, ориентированных на определенный тип аппарат­ной платформы, существуют мобильные ОС, легко переносимые на разные типы компьютеров (UNIX). В таких ОС аппаратно-зависимые места локализованы и при переносе системы перепи­сываются. Аппаратно-независимая часть реализуется на языке программирования высокого уровня, как правило, на языке С, и перекомпилируется при переходе на другую платформу.

Внастоящий момент около 90% компьютеров используют ОС Windows. Более широкий класс операционных систем ориентирован для использования на серверах. К этому классу ОС относятся семействоUNIX , разработки фирмы Microsoft (MS DOS и Windows), сетевые продуктыNovell и корпорацииIBM .

UNIX - многопользовательская, многозадачная операционная система, кото-рая включает достаточно мощные средства защиты программ и файлов различных пользователей. ОС UNIX является машинонезависимой, что обеспечивает высо-кую мобильность и легкую переноси­мость прикладных программ на компьютеры различной архитек­туры. Важной особенностью ОС семейства UNIX являются ее модульность и обширный набор сервисных программ, которые позволяют создать благоприятную операционную обстановку для пользователей-программистов (то есть система особенно эффектив­на для специалистов - прикладных программистов). Независимо от версии общими для UNIX чертами являются многопользовательский режим со средствами защиты данных от несанкциониро-ванного доступа; реализация многозадачной обра­ботки в режиме разделения времени ; переносимость системы путем написания основной части на языке С.

Недостатком системы UNIX является большая ресурсоемкость, которая для неболь­ших однопользовательских систем на базе персональных компь­ютеров чаще всего является избыточной.

В целом ОС семейства UNIX ориентированы, прежде всего, на большие локальные (корпоративные ) и глобальные сети , объеди­няющие работу тысяч пользователей. Большое распространение UNIX и ее версия LINUX получили в сети Интернет, где важней­шее значение имеет машинонезависимость операционной системы.

Компромиссное решение применено в файловых системах ОС UNIX. На базовом уровне в этих файловых системах поддерживаются изолированные архивы файлов. Один из этих архивов объявляется корневой файловой системой. После запуска системы можно "смонтировать" корневую файловую систему и ряд изолированных файловых систем в одну общую файловую систему. Технически это производится с помощью создания в корневой файловой системе специальных пустых каталогов. Специальный системный вызов mount ОС UNIX позволяет подключить к одному из этих пустых каталогов корневой каталог указанного архива файлов. После монтирования общей файловой системы именование файлов производится так же, как если бы она с самого начала была централизованной. Если учесть, что обычно монтирование файловой системы производится при раскрутке системы, то пользователи ОС UNIX обычно и не задумываются об исходном происхождении общей файловой системы.

Встретив непонятное словосочетание, читатель, как правило, стремится узнать его значение. Эта статья - краткая экскурсия для пользователя по миру неизведанного.

Общее понятие файла

Долговременная хранит все данные в виде файлов. Что же это такое? Файл является именованной последовательностью байтов, состоящих, в свою очередь, из битов. У него есть собственное имя и адрес размещения. Первый параметр указывает человек, а второй - задает и надолго запоминает операционная система. Поиск осуществляется по имени файла, поэтому записывать его адрес пользователю ни к чему.

Бывает так, что информацию не получается найти на компьютерном носителе. Но даже пустой файл имеет собственное имя, являющееся важным свойством записанного на жестком диске набора данных. Если оно отсутствует, то такую структуру нельзя назвать хранением.

Файловая система

Каждый (гибкий, жесткий или лазерный диск) может содержать огромное ее количество. Файловая система предназначена для хранения данных и организации различных каталогов. В широком смысле она состоит из совокупности всей информации на диске, наборов структур данных, комплекса системных программных средств. Корневой каталог состоит из вложений 2-го уровня, которые, в свою очередь, включают в себя папки 3-го и т. д. Одноуровневая линейная система применяется для дисков с несколькими файлами, многоуровневая иерархическая - для дисков с их большим количеством. Второй присуща древовидная структура.

Назначение файловой системы

Оно заключается в обеспечении удобного интерфейса для человека при обращении к информации, находящейся на диске, и реализации возможности совместного использования объектов многими людьми и осуществляющимися процессами. Подобное устройство структуры позволяет достичь максимального результата при работе с данными.

Типы файлов

Благодаря определенной информации компьютер приблизительно может «понимать», что находится в наборе данных и с помощью какой программы это можно открыть. Расширение является несколькими буквами или цифрами, находящимися после точки в стандартном имени файла. Оно определяет тип данных и соответствующую программу. Например, информация, записанная на диск с расширением mp3, откроется в проигрывателе. Картинка программы присутствует на изображении файла. По этому значку опытный пользователь сразу понимает, где можно применить указанный тип данных. Документ откроется только в программе, предназначенной для текста. Видеофайлы можно прокрутить в проигрывателе. Информация в виде картинок открывается в графическом редакторе. Существует множество различных файлов. Каждый из них имеет значок, указывающий на соответствующую программу.

Файл: имена файлов

Пользователи дают набору данных на диске символьные названия. По ним идентифицируются файлы. При этом обязательно учитываются ограничения системы как на используемые знаки, так и на всю длину словосочетания. Имя файла - это указанное выше название, которое может совпадать у нескольких наборов данных. В этом случае различной будет последовательность идентификаторов каталогов, то есть адрес, по которому находится информация. В одних системах один и тот же объект не может иметь несколько названий, в других подобное ограничение вообще отсутствует. В последнем случае набору данных предоставляется уникальное имя. Это числовой идентификатор, используемый любыми программами операционной системы.

Состав имени файла

Любая информация на диске содержит в себе несколько элементов. Из чего состоит имя файла? Для того чтобы понять это, необходимо иметь перед глазами образец. Имя файла состоит из двух взаимосвязанных частей: названия и расширения, определяющего тип данных. По нему идентифицируется любая информация на носителе.

Полное имя

Можно привести такой пример:

C:\Музыка\Праздник\Мелодия.mp3 .

Указанное в образце полное имя файла - это название, состоящее собственно из него самого и пути информации. Последний из указанных элементов является перечнем идентификаторов папок, которые следует последовательно открыть, чтобы дойти с наивысшего уровня до набора данных. Полное имя файла обязательно задается, начиная с корневого каталога, и содержит в себе перечень всех зависимых вложений остальных уровней. Такое название абсолютное. Оно ссылается на информацию относительно корневого каталога независимо от текущей папки. Все элементы имени разделяются символом косой черты (\). Этот знак должен быть указан перед названием корневого каталога.

Короткое имя

Ограничения явились причиной возникновения этого термина. В те времена файл мог иметь только 8 символов в имени. Немного позже появилась возможность ставить точку после названия и дописывать 3 знака расширения.

Это выглядело так:

Мелодия.mp3 .

Разработчики стали использовать расширения имен для технических потребностей. С их помощью программы «научились» распознавать тип файла. Эта схема записи имени файла была названа системой 8.3 (по количеству символов названия и расширения, и точка между ними). Она имела ряд недостатков: невозможность использования пробела, знаков препинания, иных букв, кроме английского алфавита. Поэтому создать содержательное название было очень трудно. Краткое имя не содержит символа косой черты (\ ). По такому названию можно сослаться на данные текущего каталога.

Длинное имя

Раньше, когда на дисках хранились тысячи файлов, пользователи неплохо знали, откуда появились на носителе те или иные данные. В настоящее время следить за историей поступающей информации невозможно. Поэтому для данных были сняты жесткие ограничения на длину названия. Из чего состоит имя файла? Теперь название можно записывать русскими буквами, с некоторыми знаками препинания и даже пробелами. Расширение указывается не только тремя символами. Если имя содержит несколько точек, то тип файла указывается после последнего знака препинания.

Впрочем, традиции содержат в себе великую силу, поэтому на компьютерах не встречаются длинные расширения. Трех символов, чтобы указать тип файла, системе достаточно. В может быть не менее 250 знаков, хотя это, несомненно, кажется излишеством.

Проблемные объекты

Документ с длинным названием может быть неверно прочитан на другом компьютере. Поэтому при пересылке данных следует с помощью латинских букв. Русского алфавита на компьютере получателя может не оказаться, и вместо словосочетаний появится непонятный набор символов. Для организации системы хранения файлов на личном компьютере пользователя используются любые буквы.

Корректное имя файла

Оно может состоять из любых букв в верхнем и нижнем регистре, числа, точки и подчеркивания. Использование пробела не запрещается. Однако не стоит им злоупотреблять, а также ставить в начало названия. В имя можно включить иные символы, за исключением зарезервированных знаков (> < | ? * / \ : "). Расширение отделяется от названия последней правой точкой. Длина имени ограничивается 255 знаками. На самом деле обычному пользователю хватает 20 символов. Операционная система не различает строчные и прописные буквы в имени файла. Это означает, что сохранить в одном каталоге два элемента с одинаковым названием, написанным в разном регистре, не получится. Так может выглядеть пример совпадающих имен: «Текст.doc» и «ТЕКСТ.doc».

Некорректное название файла

Кроме указанных ограничений, существует запрет на использование зарезервированных имен устройств.

Так, PRN является принтером. COM1-COM4 - устройствами, присоединяемыми к последовательным портам 1-4. AUX выполняет ту же функцию, что и COM1. LPT1-LPT4 являются элементами, присоединяемыми к параллельным портам 1-4 (принтерам), CON (consol) при вводе - клавиатурой, при выводе - экраном, NUL - «пустым» устройством. При попытке пользователя указать зарезервированное название система выдает ошибку. Предупреждение отображается и в том случае, когда используются запрещенные символы. Оно указывает на недопустимое имя файла. Неверно записанная информация о наборе данных не сохраняется, а принимает прежнее значение.

Шаблон названия файла

Командные оболочки операционных систем, а также всевозможные языки программирования позволяют пользователю искать в именах и каталогах определенные группы. Все файлы проверяются на предмет соответствия заданному шаблону, если какой-то из них совпадает с эталоном, то он учитывается, если нет - то пропускается.

Для чего нужен такой образец? Часто требуется осуществить одно и то же действие с целой группой файлов. Это занимает меньше времени, чем обращение к каждому документу по отдельности. Шаблон имени файла позволяет выделить группу, соответствующую заданным требованиям, из общей массы. Он используется даже при поиске данных.

Особые символы

Шаблон имени файла задается с помощью специальных знаков:

• Звездочка является обозначением любой группы символов. Их количество не имеет значения. К примеру, одна звездочка - это шаблон, которому соответствует вся информация в каталоге. Благодаря команде *.mp3 можно изменить любой однотипный файл. Имена файлов, начинающиеся на my и оканчивающиеся на.txt, выделяются с помощью шаблона my*.txt. Образец *2014* определяет все существующие на компьютере объекты, названия которых содержат в себе группу символов 2014.
• является обозначением любого одиночного символа. К примеру, под образец music.??? подойдут начинающиеся на указанное слово данные, имеющие расширение из трех английских букв. В шаблоне na?e.txt вместо стандартного знака вопроса может быть любой символ.

Иные команды

Предусмотрены и другие правила составления образцов. Благодаря включению в команду квадратных скобок () с перечнем возможных значений можно сделать поиск более гибким. Если требуется найти какие-либо файлы, начинающиеся с буквы t, не учитывая регистр, то шаблон следует записать так: *. При поиске данных с именами, идущими по алфавиту, можно создать диапазон. Подобный шаблон выглядит так: ?.jpg. Системой будут найдены файлы с указанным типом расширения, имена которых состоят из двух знаков. Причем первая буква k, l, y или z - без учета регистра.

Значение командной оболочки

В одном образце может быть использовано несколько специальных символов. Шаблоны сочетаются со многими командами: просмотром каталогов, копированием файлов, поиском и др. Однако действия осуществляются не с образцом, а с подошедшими под него данными. Нужные объекты отбираются командной оболочкой.

Расширение шаблона является процессом замены символа * на стройную последовательность имен файлов.

Отдельные команды никогда не смогут найти специальный знак в перечне своих параметров. Так что же отвечает за поиск данных? Командная оболочка производит необходимое расширение шаблона таким образом, что будут перечислены все совпадающие с образцом названия файлов.

Маски имен файлов

Они используются в групповых операциях с данными. Маска является последовательностью допустимых в названиях файлов символов, в которых также могут попадаться знак вопроса и звездочка. С ее помощью можно удалить любой имеющийся на компьютере временный файл. Имена файлов в команде могут содержать различные обозначения. Знак вопроса является отметкой одного произвольного символа, а звездочка - целой последовательности. К примеру, воспользовавшись командой rm *mp3, можно удалить все файлы, заканчивающиеся на этот фрагмент. Если потребуется стереть все данные в каталоге, то следует задать команду rm *. Почти так же работает команда с меняется один символ. Маски имен можно использовать и с каталогами.

Проблемное копирование

Переход к длинным именам порождает проблемы совместимости с ранее созданными программами, использующими небольшие словосочетания. Для того чтобы приложения могли открывать информацию в соответствии с принятой ранее структурой хранения, файловая система обязана уметь предоставлять уникальные короткие псевдонимы данным, имеющим сложные названия. Новые операционные системы поддерживают длинные имена. Но иногда пользователь сталкивается с неожиданными проблемами. Копирование файлов с длинными именами может вызвать определенные трудности.

В этом случае не поможет даже создание ярлыка. Обычно от пользователя требуется только переименовать файл и повторить попытку. Как вариант, можно заархивировать данные, скопировать и распаковать. Но что делать, если в сотом подкаталоге, в котором находится требуемый файл, имена файлов такие длинные из-за прописанного в них пути?

Запасные варианты

Если вышеперечисленные методы не подошли, следует просто подключить сетевой диск с помощью щелчка правой кнопки мыши на изображении компьютера и выбора подключения в появившемся меню. При этом необходимо указать букву для желаемого носителя и путь файла.

В крайнем случае пользователь может воспользоваться программой для копирования длинных имен FAR 2.0 и даже отключить Recycle Bin.

Файловая система - порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах , мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов . Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки ), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование 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.

Файл - это понятие, привычное любому пользователю компьютера. Для пользователя каждый файл - это отдельный предмет, у которого есть начало и конец и который отличается от всех остальных файлов именем и расположением («как называется» и «где лежит»). Как и любой предмет, файл можно создать, переместить и уничтожить, однако без внешнего вмешательства он будет сохраняться неизменным неопределенно долгое время. Файл предназначен для хранения данных любого типа - текстовых, графических, звуковых, исполняемых программ и многого другого. Аналогия файла с предметом позволяет пользователю быстро освоиться при работе с данными в операционной системе.

Имена файлов:

Файлы идентифицируются именами. Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов - собственно имя, 3 символа - расширение имени), а в ОС UNIX System V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, поскольку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени можно будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, Windows NT в своей новой файловой системе NTFS устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.

Длинные имена поддерживаются не только новыми файловыми системами, но и новыми версиями хорошо известных файловых систем. Например, в ОС Windows 95 используется файловая система VFAT, представляющая собой существенно измененный вариант FAT. Среди многих других усовершенствований одним из главных достоинств VFAT является поддержка длинных имен. Кроме проблемы генерации эквивалентных коротких имен, при реализации нового варианта FAT важной задачей была задача хранения длинных имен при условии, что принципиально метод хранения и структура данных на диске не должны были измениться.

Обычно разные файлы могут иметь одинаковые символьные имена. В этом случае файл однозначно идентифицируется так называемым составным именем, представляющем собой последовательность символьных имен каталогов. В некоторых системах одному и тому же файлу не может быть дано несколько разных имен, а в других такое ограничение отсутствует. В последнем случае операционная система присваивает файлу дополнительно уникальное имя, так, чтобы можно было установить взаимно-однозначное соответствие между файлом и его уникальным именем. Уникальное имя представляет собой числовой идентификатор и используется программами операционной системы. Примером такого уникального имени файла является номер индексного дескриптора в системе UNIX.

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), а с другой стороны - 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.

Каталоги могут непосредственно содержать значения характеристик файлов, как это сделано в файловой системе MS-DOS, или ссылаться на таблицы, содержащие эти характеристики, как это реализовано в ОС UNIX.

Каталоги могут образовывать иерархическую структуру за счет того, что каталог более низкого уровня может входить в каталог более высокого уровня.

/libhistory.so.5.2

(Иерархическая файловая система в Unix и UNIX-подобных операционных системах):

Иерархия каталогов может быть деревом или сетью. Каталоги образуют дерево, если файлу разрешено входить только в один каталог, и сеть - если файл может входить сразу в несколько каталогов. В MS-DOS каталоги образуют древовидную структуру, а в UNIX"е - сетевую. Как и любой другой файл, каталог имеет символьное имя и однозначно идентифицируется составным именем, содержащим цепочку символьных имен всех каталогов, через которые проходит путь от корня до данного каталога.

Логическая организация файла:

Программист имеет дело с логической организацией файла, представляя файл в виде определенным образом организованных логических записей. Логическая запись - это наименьший элемент данных, которым может оперировать программист при обмене с внешним устройством. Даже если физический обмен с устройством осуществляется большими единицами, операционная система обеспечивает программисту доступ к отдельной логической записи. На рисунке 2.33 показаны несколько схем логической организации файла. Записи могут быть фиксированной длины или переменной длины. Записи могут быть расположены в файле последовательно (последовательная организация) или в более сложном порядке, с использованием так называемых индексных таблиц, позволяющих обеспечить быстрый доступ к отдельной логической записи (индексно-последовательная организация). Для идентификации записи может быть использовано специальное поле записи, называемое ключом. В файловых системах ОС UNIX и MS-DOS файл имеет простейшую логическую структуру - последовательность однобайтовых записей.

Физическая организация и адрес файла:

Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске. Файл состоит из физических записей - блоков. Блок - наименьшая единица данных, которой внешнее устройство обменивается с оперативной памятью. Непрерывное размещение - простейший вариант физической организации (рисунок 2.34,а), при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих единый сплошной участок дисковой памяти. Для задания адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого метода - простота. Но имеются и два существенных недостатка. Во-первых, во время создания файла заранее не известна его длина, а значит не известно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла, во-вторых, при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, так как отдельные участки маленького размера (минимально 1 блок) могут остаться не используемыми.

Следующий способ физической организации - размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти (рисунок 2.34,б). При таком способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан одним числом - номером первого блока. В отличие от предыдущего способа, каждый блок может быть присоединен в цепочку какого-либо файла, следовательно фрагментация отсутствует. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков. Недостатком является сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла: для того, чтобы прочитать пятый по порядку блок файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков. Кроме того, при этом способе количество данных файла, содержащихся в одном блоке, не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего блока), а многие программы читают данные блоками, размер которых равен степени двойки.

Популярным способом, используемым, например, в файловой системе FAT операционной системы MS-DOS, является использование связанного списка индексов. С каждым блоком связывается некоторый элемент - индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска (в MS-DOS это таблица FAT). Если некоторый блок распределен некоторому файлу, то индекс этого блока содержит номер следующего блока данного файла. При такой физической организации сохраняются все достоинства предыдущего способа, но снимаются оба отмеченных недостатка: во-первых, для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное количество блоков файла по цепочке и определить номер нужного блока, и, во-вторых, данные файла занимают блок целиком, а значит имеют объем, равный степени двойки.

В заключение рассмотрим задание физического расположения файла путем простого перечисления номеров блоков, занимаемых этим файлом. ОС UNIX использует вариант данного способа, позволяющий обеспечить фиксированную длину адреса, независимо от размера файла. Для хранения адреса файла выделено 13 полей. Если размер файла меньше или равен 10 блокам, то номера этих блоков непосредственно перечислены в первых десяти полях адреса. Если размер файла больше 10 блоков, то следующее 11-е поле содержит адрес блока, в котором могут быть расположены еще 128 номеров следующих блоков файла. Если файл больше, чем 10+128 блоков, то используется 12-е поле, в котором находится номер блока, содержащего 128 номеров блоков, которые содержат по 128 номеров блоков данного файла. И, наконец, если файл больше 10+128+128 (128, то используется последнее 13-е поле для тройной косвенной адресации, что позволяет задать адрес файла, имеющего размер максимум 10+ 128 + 128(128 + 128).

Права доступа к файлу:

Определить права доступа к файлу - значит определить для каждого пользователя набор операций, которые он может применить к данному файлу. В разных файловых системах может быть определен свой список дифференцируемых операций доступа. Этот список может включать следующие операции:

• · создание файла,
• · уничтожение файла,
• · открытие файла,
• · закрытие файла,
• · чтение файла,
• · запись в файл,
• · дополнение файла,
• · поиск в файле,
• · получение атрибутов файла,
• · установление новых значений атрибутов,
• · переименование,
• · выполнение файла,
• · чтение каталога,

и другие операции с файлами и каталогами.

В самом общем случае права доступа могут быть описаны матрицей прав доступа, в которой столбцы соответствуют всем файлам системы, строки - всем пользователям, а на пересечении строк и столбцов указываются разрешенные операции (рисунок 2.35). В некоторых системах пользователи могут быть разделены на отдельные категории. Для всех пользователей одной категории определяются единые права доступа. Например, в системе UNIX все пользователи подразделяются на три категории: владельца файла, членов его группы и всех остальных.

Общая модель файловой системы:

Функционирование любой файловой системы можно представить многоуровневой моделью, в которой каждый уровень предоставляет некоторый интерфейс (набор функций) вышележащему уровню, а сам, в свою очередь, для выполнения своей работы использует интерфейс (обращается с набором запросов) нижележащего уровня.

Задачей символьного уровня является определение по символьному имени файла его уникального имени. В файловых системах, в которых каждый файл может иметь только одно символьное имя (например, MS-DOS), этот уровень отсутствует, так как символьное имя, присвоенное файлу пользователем, является одновременно уникальным и может быть использовано операционной системой. В других файловых системах, в которых один и тот же файл может иметь несколько символьных имен, на данном уровне просматривается цепочка каталогов для определения уникального имени файла. В файловой системе UNIX, например, уникальным именем является номер индексного дескриптора файла (i-node).

На следующем, базовом уровне по уникальному имени файла определяются его характеристики: права доступа, адрес, размер и другие. Как уже было сказано, характеристики файла могут входить в состав каталога или храниться в отдельных таблицах. При открытии файла его характеристики перемещаются с диска в оперативную память, чтобы уменьшить среднее время доступа к файлу. В некоторых файловых системах (например, HPFS) при открытии файла вместе с его характеристиками в оперативную память перемещаются несколько первых блоков файла, содержащих данные.

Следующим этапом реализации запроса к файлу является проверка прав доступа к нему. Для этого сравниваются полномочия пользователя или процесса, выдавших запрос, со списком разрешенных видов доступа к данному файлу. Если запрашиваемый вид доступа разрешен, то выполнение запроса продолжается, если нет, то выдается сообщение о нарушении прав доступа.

На логическом уровне определяются координаты запрашиваемой логической записи в файле, то есть требуется определить, на каком расстоянии (в байтах) от начала файла находится требуемая логическая запись. При этом абстрагируются от физического расположения файла, он представляется в виде непрерывной последовательности байт. Алгоритм работы данного уровня зависит от логической организации файла. Например, если файл организован как последовательность логических записей фиксированной длины l, то n-ая логическая запись имеет смещение l((n-1) байт. Для определения координат логической записи в файле с индексно-последовательной организацией выполняется чтение таблицы индексов (ключей), в которой непосредственно указывается адрес логической записи.

Информация во внешней памяти (т.е. кроме ОЗУ и ПЗУ) хранится в файлах.

Файл – это поименованная определенным образом часть памяти. Это объем внешней памяти, предназначенный для хранения однотипной памяти.

Раньше называть файл можно было только латинскими буквами и цифрами, без использования знаков препинания и суммарно не более 8-ми символов.

Сейчас почти все ограничения сняты.

После имени файла идет расширение (необходимо для определения типа, формата файла). Точка входит в него. Все вместе (именование + точка + расширение) называется полным именем файла.

Расширение позволяет определить, является ли этот файл исполняемым (программой) или статичной (-стической?) информацией (текстом, музыкой, картинкой).

Исполняемые типы:

*.exe (execute) – выполняемые программы для DOS и Windows.

*.COM (compact) – простой тип исполняемого файла для DOS, но можно выполнять и на Windows.

*.bat (batch file) - текстовый файл в MS-DOS, или Windows, содержащий последовательность команд, предназначенных для исполнения командным интерпретатором.

Спецификация – путь к полному имени файла.

Получается исходя из иерархической структуры (папок, директорий).

Директория (каталог, папка) – поименованная определенным образом часть памяти, в которой находятся имена других файлов и каталоги более высоких уровней вложенности.

Жесткий диск может быть разбит на множество логических дисков (С:, D:, E: и т.д.).

С:\имя папки 1-го уровня\2-го\3-го\...\...\......\*.*

К файлу можно также привязаться с помощью пиктограммы, ярлыка, а не только вписывая путь в командную строку.

Файловая структура памяти.

Вопрос 1. Файловая система. Организация работы с файлами и каталогами.

Хранение информации во внешней памяти.

ОС обеспечивает хранение информации во внешней памяти (на дискетах, винчестере и лазерных дисках) в виде файлов.

Файл (file) – поименованная область памяти, в которой хранится различная информация: текстовая, графическая, звуковая, видеоизображение - данные и программы.

Типы файлов

1. Текстовый

2. Звуковой

3. Графический

4. Файлы видео

5. Числовой

6. Программный

Имя файла

Полное имя файла необходимо для точного указания места расположения файла. Состоит из двух частей, разделённых точкой:

Собственное имя [.Расширение]

Например , документ 1.doc.

Собственное имя может содержать:

1. От 1 до 8 символов (для MS-DOS)

2. От 1 до 255 символов (для W-95).

В состав собственного имени файла могут входить:

1. Строчные и прописные латинские буквы (для MS-DOS), а также русские буквы (для Windows).

3. Некоторые служебные символы:

В имени файла нельзя использовать символы: / \ * ? : | “ < >

Расширение (необязательно) - указывает на тип файла, который определяется информацией, в нём хранящейся. Начинается с точки, содержит от 1 до 3-х символов.

РАСШИРЕНИЯ

1. Текстовые файлы: .txt, .doc и др.

2. Графические файлы: .bmp, .pcx, .gif и др.

3. Звуковые файлы: .wav, .mid, .snd и др.

4. Файлы видео: .avi, .gtw и др.

5. Числовые файлы: .bin

6. Программные файлы: .bat, .com, .exe.

Для того чтобы организовать быстрый поиск нужного файла на диске, файлы объединяются в группы – папки (каталоги). Каждая папка имеет уникальное имя. Требования к именам папок те же, что и к именам файлов. Расширение в имени каталога (папки) не используется. Файлы и папки образуют “дерево” папок, в котором каждый файл и папка имеет своё место (уровень). Для того, чтобы определить точное местоположение файла, следут знать имя диска, на котором он находится (A:, C: и т.д. ), и последовательность папок, которые надо открыть на пути к той папке, в которой находится файл.

Дерево папок.

Главная Папки Папки Папки Папки ФАЙЛЫ

Папка I уровня II уровня III уровня YI уровня

Есть несколько символов, допустимых в именах файлов и каталогов , которые нужно использовать с осторожностью. Это так называемые спецсимволы " * ", " \ ", " & ", " < ", " > ", " ; ", " ( ", " ) ", " | ", а также символы пробела и табуляции. Дело в том, что эти символы имеют особое значение для любой командной оболочки , поэтому нужно будет специально позаботиться о том, чтобы командная оболочка воспринимала эти символы как часть имени файла или каталога . О специальном значении символа " - " для команд Linux уже шла речь в лекции 2, там же обсуждалось, как изменить его интерпретацию 1Символ " - " означает, что следующее слово – ключ, а пробелы и табуляции разделяют параметры в командной строке. . О том, зачем командной оболочке нужны спецсимволы , речь пойдет в лекции 8.

Кодировки и русские имена

Как можно было заметить, пока во всех встречавшихся именах файлов и каталогов употреблялись только символы латинского алфавита и некоторые знаки препинания. Это не случайно и вызвано желанием сделать так, чтобы приводимые примеры выглядели на любых системах одинаково. В Linux в именах файлов и каталогов допустимо использовать любые символы любого языка, однако такая свобода требует жертв, на которые Мефодий, например, пойти не смог.

Дело в том, что с давних пор каждый символ (буква) каждого языка традиционно представлялся в виде одного байта. Такое представление накладывает очень жесткие ограничения на количество букв в алфавите: их может быть не больше 256, а за вычетом управляющих символов, цифр, знаков препинания и прочего - и того меньше. Обширные алфавиты (например, иероглифические японский и китайский) пришлось заменять упрощенным их представлением. Вдобавок, первые 128 символов из этих 256 лучше всегда оставлять неизменными, соответствующими стандарту ASCII, включающему латиницу, цифры, знаки препинания и наиболее популярные символы из тех, что встречаются на клавиатуре печатной машинки. Интерпретация остальных 128 символов зависит от того, какая кодировка установлена в системе. Например, в русской кодировке KOI8-R 228-й символ такой таблицы соответствует букве "Д", а в западноевропейской кодировке ISO-8859-1 этот же символ соответствует букве "a" с двумя точками над ней (как у нашей буквы "ё").

Имена файлов , записанные на диск в одной кодировке , выглядят нелепо, если при просмотре каталога была установлена другая. Более того, многие кодировки заполняют диапазон символов с номерами от 128 до 255 не полностью , поэтому соответствующего символа может вообще не быть! Это означает, что ввести такое искаженное имя файла с клавиатуры (например, для того, чтобы его переименовать) напрямую не удастся: придется пускаться на разные ухищрения, описанные в лекции 8. Наконец, многие языки, в том числе и русский, исторически имеют несколько кодировок 2Мефодий и сам несколько раз получал электронные письма, начинающиеся словами "бНОПНЯ" или "бМХЛЮМХЕ" – результат представления текста, имеющего кодировку CP-1251, в кодировке KOI8-R. . К сожалению, в настоящее время нет стандартного способа указывать кодировку прямо в имени файла , поэтому в рамках одной файловой системы стоит придерживаться единой кодировки при именовании файлов .

Существует универсальная кодировка , включающая символы всех письменностей мира - UNICODE. Стандарт UNICODE в настоящее время получает все большее распространение и претендует на статус общего для всех текстов, хранящихся в электронном виде. Однако пока он не достиг желаемой универсальности, особенно в области имен файлов . Один символ в UNICODE может занимать больше одного байта - и в этом его главный недостаток, так как множество полезных прикладных программ, отлично работающих с однобайтными кодировками , необходимо основательно или даже полностью перерабатывать для того, чтобы научить их обращаться с UNICODE. Возможно, причина недостаточной распространенности этой кодировки также и в том, что UNICODE - очень громоздкий стандарт, и он может оказаться неэффективным при работе с файловой системой , где скорость и надежность обработки - очень существенные качества.

Это не означает, что, называя файлы , не следует использовать языки, отличные от английского. Пока точно известно, в какой кодировке задано имя файла - проблем не возникнет. Однако Мефодий решил, что гарантий в передаче названного по-русски файла на какую-нибудь другую систему можно добиться, только передавая вместе с ним настройку кодировки , даже две: в своей системе и в системе адресата (неизвестно какой!). Другой, гораздо более легкий способ передать файл - использовать в его названии только символы ASCII.

Расширения

Многим пользователям знакомо понятие расширение - часть имени файла после точки, обычно ограничивающаяся несколькими символами и указывающая на тип содержащихся в файле данных. В файловой системе Linux нет никаких предписаний по поводу расширения: в имени файла может быть любое количество точек (в том числе ни одной), а после последней точки может стоять любое количество символов 3В отличие от старых файловых систем, организованных по принципу "8+3" (DOS, ISO9660 и т. п.), где в имени файла допустимо не более одной точки и расширение может быть не длиннее 3-х символов. Это ограничение определило вид многих известных сегодня расширений файлов, например, " txt " для текстового файла. . Хотя расширения не обязательны и не навязываются технологией в Linux, они широко используются: расширение позволяет человеку или программе, не открывая файл , только по его имени определить, какого типа данные в нем содержатся. Однако нужно учитывать, что расширение - это только набор соглашений о наименовании файлов разных типов. Строго говоря, данные в файле могут не соответствовать заявленному расширению по той или иной причине, поэтому всецело полагаться на расширение нельзя.

Определить тип содержимого файла можно и на основании самих данных. Многие форматы предусматривают указание в начале файла , как следует интерпретировать дальнейшую информацию: как программу, исходные данные для текстового редактора, страницу HTML, звуковой файл , изображение или что-то другое. В распоряжении пользователя Linux всегда есть утилита file , которая предназначена именно для определения типа содержащихся в файле данных:

$ file -- -filename-with- -filename-with-: ASCII English text $ file /home/methody /home/methody: directory Пример 3.1. Определение типа данных в файле

Мефодий, забыв, что содержится в файле " -filename-with- ", который он создал в примере, представленном в предыдущей лекции, хотел было уже посмотреть его содержимое при помощи команды cat . Однако его остановил Гуревич, который посоветовал сначала выяснить, что за данные содержатся в этом файле . Не исключено, что это двоичный файл исполняемой программы, а в таком файле могут встречаться последовательности, которые случайно совпадут с управляющими последовательностями терминала. Поведение терминала после этого может стать непредсказуемым, и неопытный пользователь вряд ли сможет с ним справиться. Мефодий получил вполне точный ответ от утилиты file : в его файле - английский текст в кодировке ASCII. file умеет различать очень многие типы данных и почти наверняка выдаст правильную информацию. Эта утилита никогда не доверяет расширению файла (если оно присутствует) и анализирует сами данные. file различает не только разные данные, но и разные типы файлов , в частности, сообщит, если исследуемый файл является не обычным файлом , а, например, каталогом .

Дерево каталогов

Понятие каталога позволяет систематизировать все объекты, размещенные на носителе данных (например, на диске). В большинстве современных файловых систем используется иерархическая модель организации данных: существует один каталог , объединяющий все данные в файловой системе - это "корень" всей файловой системы , корневой каталог . Корневой каталог может содержать любые объекты файловой системы , и в частности, подкаталоги (каталоги первого уровня вложенности). Те, в свою очередь, также могут содержать любые объекты файловой системы и подкаталоги (второго уровня вложенности) и т. д. Таким образом, все , что записано на диске - файлы , каталоги и специальные файлы - обязательно "принадлежит" корневому каталогу : либо непосредственно (содержится в нем), либо на некотором уровне вложенности.

Иерархию вложенных друг в друга каталогов можно соотнести с иерархией данных в системе: объединить тематически связанные файлы в каталог , тематически связанные каталоги - в один общий каталог и т. д. Если строго следовать иерархическому принципу, то чем глубже будет уровень вложенности каталога, тем более частным признаком должны быть объединены содержащиеся в нем данные. Если не следовать этому принципу, то вскоре окажется гораздо проще складывать все файлы в один каталог и искать среди них нужный, чем выполнять такой поиск по всем подкаталогам системы. Однако в этом случае о какой бы то ни было систематизации файлов говорить не приходится.

Структуру файловой системы можно представить наглядно в виде дерева 4Здесь имеется в виду дерево в строгом математическом смысле: ориентированный граф без циклов с одной корневой вершиной, в котором в каждую вершину входит ровно одно ребро. , "корнем" которого является корневой каталог , а в вершинах расположены все остальные