Обслуживание файловой системы

Следующей важной функцией операционной системы является создание и обслуживание файловой системы. Файловая система предназначена для хранения данных на дисках и обеспечения доступа к ним. В основе файловой системы лежит понятие файла.

Обычно в файле хранят данные, относящиеся к одному типу. Это может быть программа, график, рисунок, текст, звук и т. д. Тип данных определяет тип файла.

Для пользователя файловая система представляется в виде иерархической структуры, называемой файловой структурой. В качестве вершины структуры служит имя носителя (накопителя), на котором сохраняются файлы. Затем файлы группируются в каталоги (в терминологии Windows – папки), внутри которых могут быть созданы вложенные каталоги (папки). Путь доступа к файлу начинается с имени устройства и включает все имена каталогов (папок), через которые проходит, и заканчивается именем файла.

Важное значение имеет имя файла, которое, помимо указания на тип файла, фактически является его адресом. Полное имя файла включает собственное имя файла вместе с путем доступа к нему. Естественно, полное имя файла должно быть уникальным. Собственное имя файла может быть «коротким» или «длинным». «Короткое» имя состоит из двух частей: собственно имени и расширения имени. Имя может иметь максимальную длину до 8 символов, а расширение – до 3 символов. Имя отделяется от расширения точкой.

«Длинное» имя может содержать до 256 символов вместе с расширением, что, безусловно, удобнее для пользователя. ОС MS-DOS создают только «короткие» имена, ОС Windows — как «длинные», так и «короткие» имена. Учитывая возможность использования файла в разных программах, без необходимости не следует применять «длинные» имена, а также рекомендуется использовать в именах только буквы и цифры, а не какие-либо иные знаки. В современных версиях ОС для имен файлов можно применять и русские буквы, однако при передаче файлов на ПК, не использующие русские версии ОС, придется переименовывать файлы, используя латинские буквы, иначе с ними на этих машинах работать не удастся.

Расширение в большинстве случаев присваивает сама программа.

Типы файлов	Расширение
Исполнимые файлы	.exe, .com, .bat
Текстовые файлы	.txt, .doc
Графические файлы	.bmp, .jpg, .tif, .gif
Звуковые файлы	.wav, .midi, .mp3, .wma
Видеофайлы	.avi, .mpeg
Web-страницы	.htm, .html, .php
Программы на языках программирования	.pas, .bas, .c, .cpp
Файлы данных	.dat, .bbf
Архиваторы данных	.rar, .zip

Важным элементом файловой структуры являются каталоги (папки).

Каталог (папка) — это поименованная группа файлов, используемая для удобства доступа к файлам, когда файлов на носителе слишком много.

Каталоги позволяют объединять файлы в группы по каким-либо общим признакам и упорядочивать их. ОС позволяет создавать многоуровневые каталоги. Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и являются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности файловой структуры является корневой каталог диска.

Корневой каталог – это самый первый каталог, создаваемый операционной системой при первичной подготовке жесткого диска или дискеты к работе (форматировании).

Другие каталоги пользователь создает сам и называет их в соответствии со своими потребностями. Имена каталогов задаются аналогично именам файлов.

Обозначение диска также входит в полное имя файла. Дисковые накопители получают в ОС имена – буквы латинского алфавита, сопровождаемые двоеточием. В каждый момент своей работы ОС считает один из накопителей рабочим (текущим). К компьютеру может быть подключено не более двух дисководов для гибких магнитных дисков, имена которых А: и В:. Имена логических дисков, соответствующих разделам жесткого диска, могут быть отС: до Z:.

При записи пути доступа к файлу, все промежуточные каталоги разделяются между собой символом «\» (обратная косая черта), например:

С:\Мои документы\Articles\Primer.doc

Операционная система выполняет следующие операции по обслуживанию файловой структуры:

1. создание файлов и присвоение им имен;

2. создание каталогов (папок) и присвоение им имен;

3. переименование файлов и каталогов (папок);

4. копирование и перемещение файлов между дисками и каталогами;

5. удаление файлов и каталогов (папок);

6. навигация по файловой структуре; управление атрибутами файлов.

Кроме имени и расширения имени файла операционная система хранит для каждого файла дату его создания (изменения) и несколько флаговых величин, называемых атрибутами файла. Атрибуты – это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.

Основных атрибутов четыре:

· Только для чтения (Readonly) — ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений, при этом файл блокируется для записи, для того, чтобы внести в него изменения необходимо снять этот атрибут.

· Скрытый (Hidden) — сигнализирует операционной системе о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это означает, что пользователь просто не увидит этот файл при просмотре содержимого каталога, хотя физически файл присутствует и с ним можно работать точно также, как и с обычным. Это мера защиты против случайного (умышленного или неумышленного) повреждения файла.

Обслуживание файловой структуры

К функции обслуживания файловой структуры относятся следующие опера­ции, происходящие под управлением операционной системы: создание файлов и присвоение им имен; создание каталогов (папок) и присвоение им имен; переименование файлов и каталогов (папок); копирование и перемещение файлов между дисками компьютера и между ката­логами (папками) одного диска; удаление файлов и каталогов (папок); навигация по файловой структуре с целью доступа к заданному файлу, каталогу (папке); управление атрибутами файлов.

Создание и именование файлов Файл — это именованная последовательность байтов произвольной длины. Поскольку из этого определения вытекает, что файл может иметь нулевую длину, то фактически создание файла состоит в присвоении ему имени и регистрации его в файловой системе — это одна из функций операционной системы. Даже когда мы создаем файл, работая в какой-то прикладной программе, в общем случае для этой операции привлекаются средства операционной системы.

Создание каталогов (папок)Каталоги (папки) — важные элементы иерархической структуры, необходимые для обеспечения удобного доступа к файлам, если файлов на носителе слишком много. Файлы объединяются в каталоги по любому общему признаку, заданному их созда­телем (по типу, по принадлежности, по назначению, по времени создания и т. п.). Каталоги низких уровней вкладываются в каталоги более высоких уровней и явля­ются для них вложенными. Верхним уровнем вложенности иерархической структуры является корневой каталог диска.

Все современные операционные системы позволяют создавать каталоги. Правила присвоения имени каталогу ничем не отличаются от правил присвоения имени файлу, хотя негласно для каталогов не принято задавать расширения имен. Каталоги и папки. До появления операционной системы Windows 95 при описании иерархической файловой структуры использовался введенный выше термин ката­лог. С появлением этой системы был введен новый термин —папка. В том, что касается обслуживания файловой структуры носителя данных, эти термины равно­значны: каждому каталогу файлов на диске соответствует одноименная папка операционной системы. Основное отличие понятий папка и каталог проявляется не в организации хранения файлов, а в организации хранения объектов иной при­роды.

КОПИРОВАНИЕ И ПЕРЕМЕЩЕНИЕ ФАЙЛОВ.В неграфических операционных системах операции копирования и перемещения файлов выполняются вводом прямой команды в поле командной строки. При этом указывается имя команды, путь доступа к каталогу-источнику и путь доступа к каталогу-приемнику.

В графических операционных системах существуют приемы работы с устройством позиционирования, позволяющие выполнять эти команды наглядными методами.

УДАЛЕНИЕ ФАЙЛОВ И КАТАЛОГОВ (ПАПОК). Существует как минимум три режима удаления данных: удаление, уничтожение и стирание, хотя операционные системы обеспечивают только два первых режима (режим надежного стирания данных можно обеспечить лишь специальными программными средствами).

Удаление файлов является временным. В операционных системах Win-dows 95 и Windows 98 оно организовано с помощью специальной папки, которая называется Корзина. При удалении файлов и папок они перемещаются в Корзину. Эта операция происходит на уровне файловой структуры операционной системы (изменяется только путь доступа к файлам). На уровне файловой системы жесткого диска ничего не происходит — файлы остаются в тех же секторах, где и были записаны.

Уничтожение файлов происходит при их удалении в операционной системе MS-DOS или при очистке Корзины в операционных системах Windows 95/98. В этом случае файл полностью удаляется из файловой структуры операционной системы, но на уровне файловой системы диска с ним происходят лишь незначительные изменения. В таблице размещения файлов он помечается как удаленный, хотя физически остается там же, где и был. Это сделано для минимизации времени операции. При этом открывается возможность записи новых файлов в кластеры, помеченные как «свободные».

операция стирания файлов, выполняемая специальными служебными программами, состоит именно в том, чтобы заполнить якобы свободные кластеры, оставшиеся после уничтоженного файла, случайными данными. Поскольку даже после перезаписи данных их еще можно восстановить специальными аппаратными средствами (путем анализа остаточного магнитного гистерезиса), для надежного стирания файлов требуется провести не менее пяти актов случайной перезаписи в одни и те же сектора. Эта операция весьма продолжительна, и поскольку массовому потребителю она не нужна, то ее не включают в стандартные функции операционных систем.

Навигация по файловой структуре является одной из наиболее используемых функций операционной системы. Удобство этой операции часто воспринимают как удобство работы с операционной системой. В операционных системах, имеющих интерфейс командной строки, навигацию осуществляют путем ввода команд перехода с диска на диск или из каталога в каталог. В связи с крайним неудобством такой навигации, широкое применение нашли специальные служебные программы, называемые файловыми оболочками.

Как и операционные системы, файловые оболочки бывают неграфиче-скими и графическими. Наиболее известная неграфическая файловая оболочка для MS-DOS — диспетчер файлов Norton Commander, а роль графической файловой оболочки для MS-DOS в свое время исполняли программы Windows 1.0 и Windows 2.0, которые постепенно развились до понятия операционной среды (в версиях Windows 3.x) и далее до самостоятельной операционной системы (Windows 95/98).

УПРАВЛЕНИЕ АТРИБУТАМИ ФАЙЛОВ.

Атрибуты — это дополнительные параметры, определяющие свойства файлов. Операционная система позволяет их контролировать и изменять; состояние атрибутов учитывается при проведении автоматических операций с файлами.

Основных атрибутов четыре: « Только для чтения (Read only); в Скрытый (Hidden); в Системный (System); в Архивный (Archive).

Атрибут Только для чтения ограничивает возможности работы с файлом. Его установка означает, что файл не предназначен для внесения изменений.

Атрибут Скрытый сигнализирует операционной системе о том, что данный файл не следует отображать на экране при проведении файловых операций. Это мера защиты против случайного (умышленного или неумышленного) повреждения файла.

Атрибутом Системный помечаются файлы, обладающие важными функциями в работе самой операционной системы. Его отличительная особенность в том, что средствами операционной системы его изменить нельзя. Как правило, большинство файлов, имеющих установленный атрибут Системный, имеют также и установленный атрибут Скрытый.

Атрибут Архивный в прошлом использовался для работы программ резервного копирования. Предполагалось, что любая программа, изменяющая файл, должна. Современные программы резервного копирования используют другие средства для установления факта изменения файла, и данный атрибут во внимание не принимается, а его изменение вручную средствами операционной системы не имеет практического значения.

Управление приложениями

Понятие многозадачности С точки зре­ния управления исполнением приложений различают однозадачные и многозадачные операционные системы.

Однозадачные операционные системы (например, MS-DOS) передают все ресурсы вычислительной системы одному исполняемому приложению и не допускают ни параллельного выполнения другого приложения. В то же время, возможна работа специальных программ, называемых резидентными. Такие программы не опираются на операционную систему, а непосредственно работают с процессором, используя его систему прерываний. Большинство современных графических операционных систем — многозадачные. Они управляют распределением ресурсов вычислительной системы между зада­чами.

Вопросы надежности От того, как операционная система управляет работой приложений, во многом зави­сит надежность всей вычислительной системы. Операционная система должна предоставлять возможность прерывания работы приложений по желанию пользо­вателя и снятия сбойной задачи без ущерба для работы других приложений. При этом требование надежности операционной системы может входить в противоре­чие с требованием ее универсальности.

Установка приложений Для правильной работы приложений на компьютере они должны пройти операцию, называемую установкой. Необходимость в установке связана с тем, что разработ­чики программного обеспечения не могут заранее предвидеть особенности аппарат­ной и программной конфигурации вычислительной системы, на которой предстоит работать их программам. Таким образом,дистрибутивный комплект представляет собой полуфабрикат, из которого в процессе установки формируется полноценное приложение. При этом осущест­вляется привязка приложения к существующей аппаратно-программной среде и его настройка на работу именно в этой среде.

Удаление приложенийВ таких операци­онных системах, где каждое приложение самообеспечено собственными ресурсами (например, в MS-DOS), его удаление не требует специального вмешательства опера­ционной системы. В операционных системах, реализующих принцип совместного использования ресурсов (например, в системах семейства Windows), процесс удаления приложений имеет особенности. Нельзя допустить, чтобы при удалении одного приложения были удалены ресурсы, на которые опираются другие приложения, даже если эти ресурсы были когда-то установлены вместе с удаляемым приложением. В связи с этим удаление приложений происходит под строгим контролем операционной сис­темы.