Физические и логические основы файловой системы

Информация о том, какая область диска отведена какому файлу, храниться на том же диске, что и файлы. Часть дискового пространства отводится специально для этой служебной информации. Благодаря этому ОС может найти, где находятся кластеры (группа секторов), отведенные определенному файлу. Способ хранения такой служебной информации, определяющий методы управления дисковым пространством и доступа к файлам, называется файловой системой.

ОС Windows XP способна работать с двумя файловыми системами на основе таблицы размещения файлов FAT16 и FAT32, а также с файловой системой NTFS (для диска A: – FAT, а для диска С: – NTFS).

Файловая система на основе таблицы размещения файлов (FAT – File Allocation Table) использовалась еще в MS-DOS, а сегодня поддерживается всеми версиями Windows. Каждый диск имеет имя и таблицу размещения файлов FAT.Логическая структура диска представляет собой совокупность секторов (емкостью 512 байт), каждый из которых имеет свой порядковый номер. Сектора нумеруются в линейной последовательности от 1-го сектора 0-ой дорожки до последнего сектора последней дорожки.

Параметры гибкого диска формата 3.5":

· информационный объем сектора - 512 байт

· количество секторов на дорожке - 18

· дорожек на одной стороне - 80

· сторон - 2.

Количество секторов на диске: N=18*80*2 = 2 880

На гибком диске адресуемым элементом является сектор. Но, реальной минимальной единицей адресации является кластер, который может содержать до 64 секторов. При записи файлов на диск будет занято всегда целое количество кластеров, соответственно минимальный размер файла – это размер одного кластера, максимальный соответствует общему количеству кластеров на диске. Использование секторной или кластерной адресации неприемлемо для человека. Рассмотрим соотношение между этой сложной адресацией и файловой адресацией, удобной человеку. Файл записывается в произвольные свободные сектора, которые могут находиться на различных дорожках. Например, файл 1 объемом 2 Кб = 2 * 1 024 = 2 048 байт (2 048/512 = 4 сектора) может занимать 4 сектора: 34, 35 и 47, 48, а файл 2 объем 1 Кб – 2 сектора 36 и 49.

Логическая структура гибкого диска формата 3,5 дюйма

№ дорожки

№ сектора

. . .

Для нахождения файла по его имени, на диске имеется каталог (база данных), содержащий записи о файлах: имя файла, адрес сектора, с которого начинается файл, объем, дату и время создания.

Полная информация о секторах, которые занимают файлы, содержится в таблице FAT. Количество ячеек FAT соответствует количеству секторов на диске, а значениями ячеек являются последовательности адресов секторов, в которых хранятся файлы.

Фрагмент FAT для рассмотренных выше файлов

Файл 1: в 34-ом секторе хранится адрес 35, в 35-ом секторе хранится адрес 47, 47-ом – 48, а в 48-ом – знак конца файла К.

Для размещения каталога – базы данных и таблицы FAT на диске отводятся секторы со 2 по 33, это служебная область диска. Первый сектор отводится для размещения загрузочной записи ОС. Сами файлы могут быть записаны, начиная с 34 сектора. Порча таблицы размещения файлов равносильна утрате всей информации на диске: информация сохраняется, но отыскать ее становиться очень сложно. Для надежности FAT храниться на диске в двух экземплярах, которые регулярно сравниваются друг с другом.

В системе FAT16 под номер кластера отводится 16 бит, т.о. диск может содержать не более 2¹⁶ = 65 539 кластеров. Ее целесообразно использовать для дисков небольшого объема (до 1 Гб). Она обеспечивает высокое быстродействие. FAT16 обладает максимальной совместимостью с ОС (OS/2, UNIX). Для дисков имеющих большие размеры, использование данной системы невозможно. FAT32 позволяет работать только с дисками объемом свыше 512 Мбайт. Существенно меньший размер кластера в файловой системе FAF32 означает уменьшение потерь пространства диска.

У файловой системы NTFS используется иной механизм адресации, чем у системы FAT. Она более надежна, а для больших дисков и более быстрая. У NTFS отсутствуют ограничения на предельный объем жесткого диск. Применение системы возможно для дисков от 10 Мбайт. NTFS более эффективна, но, и более требовательна к ресурсам ПК. Некоторые возможности, предоставляемые системой NTFS (хранение файлов и папок в сжатом виде) в системе FAT32 недопустимы. Файловая система NTFS не разрушается при неправильном выключении ПК.