05 хранение информации
Post on 14-Apr-2017
240 Views
Preview:
TRANSCRIPT
03.05.23 ©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1
Хранение информацииЛекция № 5
1. Файловая система и имена устройств2. Логический уровень хранения3. Физический уровень хранения4. Файловые менеджеры
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 203.05.23
Файл Во внешней памяти ЭВМ программы и данные
хранятся в виде файлов. Файл (от английского слова file - папка, картотека) –
это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные.
Файл является, единицей хранения информации и той единицей, с которой производятся операции преобразования (например: создание, удаление, корректировка и т.д.).
Файл содержит однородную информацию созданную какой либо программой.
Каждый файл имеет свои собственные правила внутреннего размещения данных. Эти правила, называются форматом файла.
1. Файловая система и имена устройств
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 303.05.23
Файловая система Файловая система (ФС) является составной
частью любой операционной системы, которая отвечает за организацию хранения и доступа к данным на каких-либо носителях.
Понятие «файловая система» включает: совокупность всех файлов на диске, наборы служебных структур данных,
используемых для управления файлами набор функций по управлению файлами
1. Файловая система и имена устройств
Файловая система Различие между файловыми системами
заключается, в способах распределения дискового пространства между файлами и организации на диске служебных областей.
Современные операционные системы стремятся обеспечить пользователя возможностью работать одновременно с несколькими файловыми системами.
Структура ФС определяет удобство работы, скорость доступа к файлам и надежность хранения данных.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 403.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 503.05.23
Логический уровень Файловая система имеет два уровня организации:
логический и физический. На логическом уровне описывается относительное
местоположение файлов в компьютере. На физическом уровне описывается размещение
файлов на устройстве хранения
2. Логический уровень
Иерархическая структура Файловая система большинства ОС имеет иерархическую
структуру, в которой уровни создаются за счет формирования каталогов, содержащих информацию о зарегистрированных в них файлах и каталогах более низкого уровня.
Под каталогом понимается, с одной стороны, группа файлов, объединенных пользователем исходя из некоторых соображений; с другой стороны, каталог - это файл особого вида, содержащий системную информацию (справочник дескрипторов) о зарегистрированных в нем файлах и других каталогах со ссылками на их расположение.
Дескриптор (Описатель) файла содержит информацию об имени файла, дате и времени создания или последнего обращения к файлу, размере файла, атрибутах и начальном адресе его размещения на диске.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 603.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 703.05.23
Иерархическая структура
Путь к файлу это его «адрес». Например: c:\School\10-987\sidorov\qq.txt
2. Логический уровень
Иерархическая структура
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 803.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 903.05.23
Имена файлов Имена файлов состоят из двух частей: собственного
имени (обычно ассоциируется с содержимым файла) и расширения имени (тип файла).
Правила записи имен файлов различаются в разных ОС. Например, первоначально появившееся в MS DOS правило «8.3» предполагало следующее: собственное имя файла содержит от 1 до 8 символов, а расширение от 1 до 3 символов. В ОС Windows, OS/2 и некоторых других общая длина имени файла может достигать 255 символов, включая знаки пробела и символы национальных алфавитов.
В состав имени и расширения могут входить строчные и прописные латинские буквы, цифры, а также служебные символы: дефис (минус), знак подчеркивания (_), знак доллара ($), номер(#), знак амперсанда (&), символ @, восклицательный знак (!), знак процента (%), тильда (~), круглые и фигурные скобки (){}.
В имени и расширении файла нельзя использовать следующие символы: * ? \ / | : < > “
2. Логический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1003.05.23
Типы файлов Файлы разделяют на две категории - текстовые и двоичные Двоичные файлы в свою очередь подразделяются на выполнимые и
файлы данных Выполнимые файлы содержат в себе последовательность команд
управляющих работой компьютера Двоичные файлы хранят закодированную информацию и поэтому
имеют внутренний заголовок, в котором описаны параметры раскодирования.
1. Файловая система и имена устройств
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1103.05.23
Типы файлов Тип файла используется для определения его принадлежности к какой-
то группе с общими свойствами и для указания на обрабатывающую его программу.
Наиболее распространенные расширения и типы файлов: .com, .exe (command, execution) - готовые к исполнению программы; .sys (system) - системные файлы, драйверы устройств; .dll (dynamic link library) - файлы динамически подгружаемых библиотек; .bat (batch) - пакетные командные файлы; .inf (information) - информационный файл; .doc - документ текстового редактора (чаще всего MS Word); .rtf (rich text format) — текстовый документ с элементами форматирования; .txt, .asc - текстовый документ без элементов форматирования (файл
формата ASCII); .xls - файл электронных таблиц MS Excel; .mdb (Microsoft data base) - файлы базы данных MS Access; .ppt - файл пакета подготовки презентаций MS PowerPoint; .cdr- файл векторной графики программы Corel Draw; .wmf (Windows metafile) — векторный графический файл; .bmp (bit map) — файл растрового рисунка; .bas - программа на языке Бейсик и др.
2. Логический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1203.05.23
Атрибуты и маски файлов К основным атрибутам файлов относятся:
А (Archive) - архивный; R (Read Only) - только для чтения; S (System) - системный; Н (Hidden) - скрытый.
Для обращения к группе файлов можно использовать символы подстановки «*» и «?». Например: *.txt для операционной системы
означает, что будут обрабатываться файлы с любым именем, которые имеют тип .txt. Запись *.* определяет все файлы, находящиеся в текущем каталоге.
2. Логический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1303.05.23
Имена устройств В компьютере может быть два накопителя на гибких магнитных
дисках, обозначаемые А: и В: Накопители на жестких магнитных дисках, CD-ROM, ZIP-Drive и
др. обозначаются заглавными латинскими буквами с двоеточием, начиная от С: и до Z:. Двоеточие ставится, чтобы ОС могла отличить имена устройств от имен файлов (в которых использовать двоеточие запрещено).
Помимо имен накопителей на магнитных дисках, в ОС зарезервированы следующие имена устройств: COM1:, COM2:, COM3:, COM4: - устройства, присоединяемые к
последовательным коммуникационным портам (например, мышь, модем и т.п.);
LPT1:, LPT2: -устройства, присоединяемые к параллельным портам (обычно это принтеры или сканеры).
рrn - принтер, подключенный к LPT1:; nul - «пустое» устройство; все операции ввода-вывода для него
игнорируются, но сообщение об ошибке не выдается. Эти имена нельзя использовать в качестве имен файлов.
2. Логический уровень
Физический уровень На физическом уровне описывается размещение файлов на
том или ином устройстве хранения. Практически все устройства хранения выполняют обмен
данными с другими устройствами, порциями произвольного размера. Поэтому во всех современных файловых системах, файлы представляют собой наборы логических блоков, последовательно нумеруемых в адресном пространстве файла и отображаемых на физические блоки диска. Размер логического блока файла совпадает с размером физического блока диска или кратен ему.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1403.05.23
Физический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1503.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1603.05.23
Физический уровень Например, на магнитных
дисках, все пространство диска разбивается на дорожки в виде концентрических окружностей, которые в свою очередь разделяются на сектора.
Сектора объединяются в кластер (cluster) - это группа смежных секторов, имеющая уникальный номер.
Для их создания используется специальная процедура, которая называется форматированием и выполняется с помощью команды FORMAT.
3. физический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1703.05.23
Форматирование высокого уровня3. физический уровень
Диск разбивается на служебные зоны: •загрузочный сектор•таблица размещения файлов•копия таблицы размещения файлов•корневой каталог•область данных
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1803.05.23
Файловая система FAT (File Allocation Table) Разработана Биллом Гейтсом и Марком Мак Дональдом
в 1977 г. FAT была предназначена для работы с гибкими дисками и вначале не предусматривала поддержку жестких дисков.
FAT объединяла смежные секторы в кластеры (благодаря чему уменьшалось общее количество единиц хранения, за которыми должна следить файловая система).
Кластер (cluster) - это группа смежных секторов, имеющая уникальный номер. Каждый кластер считывается и записывается целиком, и поэтому представляет собой минимальное пространство, которое может занимать файл. Например, файл длиной 2 байта будет занимать весь кластер длиной 512
байт, и остальные 510 байт будут недоступны для хранения других данных.
3. физический уровень
Файловая система FAT (File Allocation Table)Хранение данных в файловой системе FAT основано на использовании связанного списка индексов. С каждым кластером 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. Преимущества этого способа:
во-первых, для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное количество блоков файла по цепочке и определить номер нужного блокаво-вторых, данные файла занимают блок целиком, а значит имеют объем, равный степени двойки.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 1903.05.23
Структура FAT
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2003.05.23
Содержание Размер (байт)Имя файла 8
Расширение 3
Байт атрибутов 1
Зарезервировано 10
Время 2
Дата 2
Номер начального кластера с данными 2
Размер файла 4
Каждому файлу и подкаталогу в FAT соответствует 32-байтный элемент каталога (directory entry), содержащий имя файла, его атрибуты (архивный, скрытый, системный и “только для чтения”), дату и время создания (или внесения в него последних изменений), а также прочую информацию
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2103.05.23
Структура FAT3. физический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2203.05.23
Пример размещения информации
1
22
33
44
EOF5
66
87
B8
109
B10
EOF11 12 13 14 15
Имя файла Тип файла Время и дата создания
Номер первого кластера
Размер файла в байтах
Otchet txt 10:18:15 10/03/2005 1 1472
Proba doc 14:10:05 12/03/2005 5 1532
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15
Записи в каталоге
Таблица размещения файлов (FAT)
Размещение фрагментов файлов по кластерам диска
3. физический уровень
Проблемы кластерной организации (Потери)
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2303.05.23
Фрагментация
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2403.05.23
В итоге после интенсивной работы с диском, сопровождающейся удалением и созданием файлов, очень многие файлы оказываются распределенными по диску.
Структура жестких дисков
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2503.05.23
Табл. 1. Таблица деления диска
Базовой единицей жесткого диска является раздел, создаваемый во время разметки жесткого диска. Каждый раздел содержит один том, обслуживаемый какой-либо файловой системой и имеющий таблицу оглавления файлов - корневой каталог.
Жесткий диск может содержать до четырех основных разделов. Это ограничение связано с характером организации данных на жестких дисках IBM-совместимых компьютеров.
Многие операционные системы позволяют создавать, так называемый, расширенный (extended) раздел, который по аналогии с разделами может разбиваться на несколько логических дисков.
Структура жестких дисков В первом физическом секторе жесткого диска
располагается головная запись загрузки и таблица разделов.
Головная запись загрузки (master boot record, MBR) - первая часть данных на жестком диске. Она зарезервирована для программы начальной загрузки BIOS (ROM Bootstrap routine), которая при загрузке с жесткого диска считывает и загружает в память первый физический сектор на активном разделе диска, называемый загрузочным сектором (Boot Sector).
Каждая запись в таблице разделов (partition table) содержит начальную позицию и размер раздела на жестком диске, а также информацию о том, первый сектор какого раздела содержит загрузочный сектор.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2603.05.23
FAT 32 FAT32 - усовершенствованная версия файловой системы
VFAT. Поддерживает жесткие диски объемом более 2 Тб. Впервые она была включена в состав ОС Windows 95 OSR 2 и поддерживается во всех последующих версиях Windows.
В FAT32 были расширены атрибуты файлов, стало возможным хранить время и дату создания, модификации и последнего доступа к файлу или каталогу.
Блок начальной загрузки на разделах с FAT32 был увеличен до 2 секторов и включает в себя резервную копию загрузочного сектора, что позволяет системе быть более устойчивой к возможным сбоям на диске.
Объем, занимаемый таблицей размещения файлов, увеличился, поскольку теперь каждая запись в ней занимает 32 байта, и общее число кластеров на разделе FAT32 больше, чем на разделах FAT. Соответственно, выросло и количество зарезервированных секторов.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2703.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2803.05.23
HPFS (High Performance File System) Высокопроизводительная файловая система была
представлена фирмой IBM в 1989 г. вместе с операционной системой OS/2.
По производительности она существенно превосходит FAT и позволяет использовать жесткие диски объемом до 2 Терабайт. Кроме того, она поддерживает разделы диска размером до 512 Гб и позволяет использовать имена файлов длиной до 255 символов
В HPFS по сравнению с FAT заметно уменьшено время доступа к файлам в больших каталогах.
Для обнаружения свободных секторов используется блок битовых карт (bitmap block list).
HPFS представляет собой сбалансированное дерево (так называемое В-дерево) с записями, расположенными в алфавитном порядке.
3. физический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 2903.05.23
NTFS (New Technology File System) Файловая система NTFS NTFS — развитие файловой системы
HPFS, разработанной совместно IBM и «Microsoft» для проекта OS/2. Она вобрала в себя все лучшие технологические достижения.
NTFS была разработана как восстанавливаемая файловая система, использующая модель обработки транзакций
При модификации любого файла, в файле регистрации фиксируется вся информация, необходимая для повторения или «отката» транзакции. Если транзакция завершена успешно, производится модификация файла; в противном случае NTFS оставляет его неизменным.
NTFS позволяет сохранять файлы размером до 16 эксабайт (264 байт) и располагает встроенными средствами уплотнения файлов в реальном времени.
Новая система также позволяет вводить ограничения (квоты) на размер дискового пространства, предоставляемого пользователям.
3. физический уровень
Схема распределения пространства на томе хранится в файле битовой карты (bitmap file). Атрибут данных этого файла содержит карту, каждый бит которой представляет один кластер тома и указывает, свободен ли данный кластер или занят некоторым файлом.
Каждый файл на разделе NTFS представлен записью в специальном файле MFT (Master File Table, главная файловая таблица).
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3003.05.23
Каталог в NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги
Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который предоставляет полную информацию об элементе каталога
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3103.05.23
Внутренняя структура каталога NTFS представляет собой бинарное дерево.
Файловая система WinFS
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3203.05.23
Microsoft выпустила тестовую версию новой файловой системы Windows — WinFS. WinFS представляет собой нечто среднее между базой данных и файловой системой.Сутью WinFS является так называемая модель структурированных данных сущностей (в дословном переводе «предметы» — items). В качестве сущностей можно регистрировать не только файлы, но и, скажем, контакты, любимые ссылки в Интернете, письма, даты, бренды, производителей и т. д., то есть любые атрибуты, установленные по умолчанию либо назначенные пользователем.С точки зрения пользователей, сущности снимают необходимость в использовании физического места расположения файлов. Вместо этого Windows организует данные, в зависимости от их содержания, в виртуальные папки. При поиске данных пользовательский критерий типа «Все фотографии из отпусков за последние два года» (атрибуты «тип файла», «откуда» и «за какой период времени») теперь заменяют информацию о формате файла, авторе и расположении.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3303.05.23
CDFS (CD File System) Разработана для хранении
информации на компакт-дисках. Имеет ряд существенных ограничений:
длина имени файла не может превышать 128 символов
нельзя использовать глубоко вложенные каталоги (более 8 уровней)
Сейчас все большее распространение получает формат UDF (Universal Disk Format). Поддерживаемый размер имени файла увеличен до 256 символов, добавлена возможность загрузки ОС.
3. физический уровень
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3403.05.23
Интерфейс командной строки4. Файловые менеджеры
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3503.05.23
Файловые менеджеры Файловые менеджеры - это сервисные программы,
предназначенные для управления файлами и папками (каталогами) на дисках.
Основными операциями управления являются: просмотр содержимого папок, навигация по файловой системе (переход из одной папки в другую), поиск, копирование, Перемещение удаление файлов и папок, запуск программ и т.д.
Дополнительные возможности: групповые операции с файлами, упорядочение (сортировка) объектов, возможность работы с файловыми архивами как с обычными
папками, средства сравнения файлов и папок и многие другие.
4. Файловые менеджеры
История развития В конце 80-х годов бурно распространилась и
фактически заполнила все компьютеры страны программа-оболочка Norton Commander. Благодаря ей эталоном рабочей среды стал не черный экран MS-ОС, а две синие панели.
Разработана целая серия программ-оболочек с символьными окнами - Norton Commander, ОС Novigator, Volkov Commander, Xtree Gold, интегратор ВИКТОРИЯ и т.д. Большинство появились вслед за Norton Commander и переняли от него все основные принципы работы и использующих единую идеологию, добавив лишь новые сервисные функции.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3603.05.23
Проводник
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3703.05.23
Идеология работы файловых менеджеров Главная операция, облегчить выполнение которой они должны
— это копирование файлов (и родственная операция перемещения). Для этих операций в окне программы имеются две панели — левая и правая. Одна из них представляет исходную папку (источник), а вторая — конечную, в которую производится копирование (приемник). Благодаря этому можно без дополнительной подготовки одновременно видеть на экране содержимое обоих контейнеров, участвующих в операции копирования.
Клавиатурный интерфейс файловых менеджеров. Как это ни покажется удивительным, но чем опытнее и профессиональнее пользователь, тем меньше он использует мышь (кроме специфических операций типа свободного рисования) и тем чаще прибегает к клавиатурным командам и специальным комбинациям.
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3803.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 3903.05.23
Norton Commander for DOS4. Файловые менеджеры
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4003.05.23
Norton Commander позволяет: наглядно отображать деревья каталогов и содержимое каталогов
(характеристик входящих в них файлов) в форме, наиболее удобной для восприятия человеком;
с помощью однократного нажатия клавиши выполнять всевозможные действия с каталогами, файлами и целыми поддеревьями файловых структур, включая их создание, копирование, пересылку, переименование, удаление и поиск, а так же смену атрибутов файлов;
удобно работать с архивами как с каталогами, включая отображение их содержимого, а также создание, обновление и распаковку архивов (архив представляет собой файл, в котором находится группа сжатых по специальному алгоритму файлов);
просматривать на экране текстовые и графические файлы, базы данных и таблицы, подготовленные популярными текставыми и графическими редакторами, системами управления базами данных, электронными таблицами и другими прикладными программами;
создавать и редактировать текстовые файлы; выполнять команды ОС и производить запуск программ, для чего
используются различные, наиболее удобные для пользователя способы; выдавать информацию о компьютере в целом, о дисках и об оперативной
памяти; поддержку межкомпьютерной связи через последовательный или
параллельный порт (с использованием модуля Commander Link); поддержку электронной почты через модем по телефонным линиям связи при
помощи специальной терминальной программы.
4. Файловые менеджеры
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4103.05.23
Norton Commander for Windows4. Файловые менеджеры
Меню NC Левая панель Файлы Диск Команды Вид Настройки Правая панель
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4203.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4303.05.23
Основные командыF1 Вызов справки
F2 Вызов пользовательского меню
F3 Просмотр содержимого файла
F4 Редактирование файла
F5 Копирование
F6 Переименование и перемещение
F7 Создание каталога
F8 Удаление
F9 Выход в меню
F10 Выход из NC
4. Файловые менеджеры
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4403.05.23
DISCo Командир 4. Файловые менеджеры
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4503.05.23
FAR Manager Один из лучших менеджеров файлов, доступных для
операционной системы Windows
4. Файловые менеджеры
FAR Manager
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4603.05.23
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4703.05.23
Total Commander 4. Файловые менеджеры
Total Commander
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 4803.05.23
Окно программы Frigate
03.05.23 49©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ
Окно программы WinNavigator
03.05.23 50©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ
Сводная таблица 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Размер дистрибутива, МБ 0.39 5.31 7.95 3.75 1.18 1.94 9.02 1.79 5.08 1.64Цена - 39.95$ 65.87$ 25$ - 30$ 300р 300р 35$ 34$Объем занимаемой оперативной памяти, МБ 10 21 23 11 4 8 30 10 18 11GUI + + + + - + + + + +Вкладки - + + + - + + + + +FTP - - + + + + + + + +Текстовый редактор + + + + + - + + + -Просмотр изображений - + + + - + + + + -Просмотр видео - + + + - + + - + +Просмотр HTML - + + + - + + + + +Просмотр RTF + + + + - + + + + +Просмотр DOC - + + - - - + + + -HEX-редактор - + - + - - + + - -Подсветка типов файлов - + + - + - + - - +Быстрые папки + + + - + - + + + +История папок - + + - + - + + - +Панель быстрого запуска - - - - - + + - + +Плагины - - + + + - + - - +Многозадачность - + + + - + + + + +
©Ломакин С.В., доц.каф.ИОМАС, ВГАУ 5103.05.23
•Сводная таблица
top related