Средства пользователя для управления данными

В рамках каждой ОС и ФС существует широкий спектр средств пользователя для управления данными: создание, уничтожение, переименование и т. д. файлов, их групп. Прежде всего, здесь обычно присутствует встроенный командный интерфейс (табл. 1.8), который сопровождается различными графическими или текстовыми интерфейсами.

Средство PCTools представляет пользователю два основных режима работы:

1. 
   файловые функции (работа на логическом уровне);
   
2. 
   специальные функции (работа на физическом уровне).
   

Рис. 1.13. Режим работы с файлами PCTools

• 
  отображение деревьев каталогов и содержимого каталогов (характеристик входящих в них файлов) в форме, наиболее удобной для восприятия человеком, в результате чего пользователь перестает чувствовать себя слепцом, не видящим на своих дисках ровным счетом ничего;
  
• 
  выполнение всевозможных действий с каталогами, файлами и целыми поддеревьями файловых структур, включая их
  создание, копирование, пересылку, переименование, удаление и поиск, а также смену атрибутов файлов;
  
• 
  в максимальной степени естественную работу с архивами, включая отображение их содержимого, а также создание, обновление и распаковку архивов (архив представляет собой файл, в котором находится группа сжатых по специальному алгоритму файлов);
  
• 
  визуализацию файлов, подготовленных популярными текстовыми и графическими редакторами, системами управления базами данных, электронными таблицами и другими прикладными программами;
  
• 
  подготовку текстовых файлов;
  
• 
  выполнение из ее среды практически всех команд DOS, Windows;запуск программ, для чего используются различные, наиболее удобные для пользователя способы;
  
• 
  выдачу информации о компьютере в целом, о дисках и оперативной памяти;
  
• 
  поддержку межкомпьютерной связи через последовательный или параллельный порт (с использованием модуля);
  
• 
  поддержку электронной почты через модем по телефонным линиям связи.
  

• 
  высокая степень интеграции функций;
  
• 
  поддержка    иерархической    системы    меню    (вложенных меню) для запуска программ;
  
• 
  простота освоения и удобство использования;
  
• 
  высокая устойчивость в работе и приемлемая защищенность от ошибок пользователя;
  
• 
  наличие удобного и понятного контекстно-чувствительного интерактивного справочника;
  

FAR позволяет работать с архивами. При этом файлы в архивах обрабатываются аналогично файлам в папках. FAR сам преобразует команды в соответствующие вызовы внешних архиваторов.

Рис. 1.14. FAR manager: панель файлов (а), меню команд (б), панель информации (в)

Рис. 1.15. FAR manager: дерево папок (а) и меню правой панели (б)

FAR также обеспечивает значительное количество сервисных функций.

Проводник систем Windows. Проводник систем Windows предоставляет возможность копирования,  переноса,  уничтожения или переименования файлов (рис. 1.16). Переименование файлов «на месте» производится щелчком мыши на имени файла с последующим введением нового имени. Столь же просто и удобно выполняется работа с сетевыми ресурсами — папками и принтерами, расположенными на других ПК (если они выделены в совместное использование на последних). Другие ПК, которые в данный момент работают в локальной сети, просматриваются точно так же, как и дисковые устройства на собственном ПК. При желании может быть подключен любой из доступных ресурсов на другом ПК в качестве сетевого диска, чтобы в дальнейшем работать с ним как с обычным дисковым устройством.

Рис. 1.16. Проводник Windows 2000 — средство манипулирования файлами

Файловые системы UNIX и Windows NT (2000)

Ранее (см. рис. 1.10) была приведена структура некоторой абстрактной ФС. Рассмотрим теперь в качестве примера структуру и организацию реальных файловых систем некоторых ОС.

Каждая ФС, прежде чем стать доступной, должна быть смонтирована. Количество файлов в файловой системе ограничено (65 536 для UNIX версии 7).

Структура файловой системы. Каждая файловая система имеет четыре основные части:

• 
  загрузочный блок — самый первый блок диска (блок 0), зарезервированный для системной загрузочной программы;
  
• 
  суперблок — это первый блок собственно файловой системы (блок 1), он содержит основные данные о ФС и ее размещении на диске, в том числе о списках свободных узлов и блоков;
  
• 
  узлы — это последовательность блоков вслед за суперблоком. Каждый узел содержит ссылки на блоки. Имеется ровно один /-узел для каждого каталога или файла в файловой системе;
  
• 
  блоки — оставшееся пространство диска занимают блоки, которые содержат либо действительные данные каталогов и файлов (блоки данных), либо ссылки на блоки (косвенные блоки).
  

• 
  размер дискового пространства, доступного файловой системе (в блоках);
  
• 
  число блоков, зарегистрированных для /-узлов;
  
• 
  имя файловой системы;
  
• 
  имя тома;
  
• 
  время последнего изменения;
  
• 
  время последнего копирования (Backup);
  
• 
  ссылку на список свободных блоков;
  
• 
  ссылку на список свободных /-узлов.
  

Каждый файл (и каталог) в ФС представлен /-узлом, содержащим указатели на блоки, составляющие файл.

В /-узле содержатся также информация о правах доступа к файлу, число ссылок на файл из каталогов и другие данные.

Каждый /-узел содержит 13 указателей. Первые 10 указателей непосредственно ссылаются на блоки данных файла. Поскольку блок содержит 512 байтов, этого достаточно для обработки файлов до 512 х 10 = 5120 байтов.

Рис. 1.17. Физическая структура файловой системы ОС Unix

Если длина файла больше, чем 5120 байта, используется 11-й указатель /-узла, который ссылается на косвенный блок из 128 ссылок на блоки данных. Использование косвенного блока позволяет увеличить длину файла до величины 512 х (10 + 128) = = 70 656 байт.

Если и этого недостаточно, то используется 12-й указатель /-узла, ссылающийся на дважды косвенный блок (2-косвенный блок), содержащий 128 ссылок на косвенные блоки (рис. 1.17). Тогда максимальный размер файла увеличивается до величины 512 х (10 + 128 + 128²) = 8 459 264 байтов.

Наконец, использование последнего, 13-го указателя на трижды косвенный блок (3-косвенный блок) из 128 ссылок на дважды косвенные блоки дает предельную длину файла в ФС:

512 х (10 + 128 + 128² + 128³) = 1 082 201 088 байт.

Другие версии системы UNIX могут отличаться количеством ссылок в /-узле, косвенных блоках и размером блока данных.

Когда система загружается, имеется только одна из файловых систем, называемая корневой. В ней находятся все важнейшие каталоги (/dev, /etc, /bin и пр.). Все остальные файловые системы должны быть созданы и смонтированы.

Создание и монтаж файловой системы. Команда mkfs создает новую ФС. Она расположена в каталоге /etc и имеет два параметра:

/etc/mkfs <имя> <размер>

Первый параметр является именем специального файла и указывает устройство, на котором создается ФС. Второй параметр — размер пространства файловой системы в блоках, он используется для определения по некоторым правилам числа блоков после того, как размещены /-узлы.

Файловая система NTFS (Windows NT, 2000, XР). Как и любая ФС, NTFS делит все полезное пространство диска на кластеры — блоки данных, используемые единовременно. NTFS поддерживает различные размеры кластеров — от 512 байт до 64 Кбайт, стандартом считается кластер размером 4 Кбайт.

Диск NTFS условно делится на две части (рис. 1.18). Первые 12 % диска отводятся под так называемую MFT-зону — пространство, в котором размещен метафайл MFT (Master File Table). Запись каких-либо данных в эту область невозможна. MFT-зона всегда держится пустой — это делается для того, чтобы главный служебный файл (MFT) не фрагментировался при своем расширении. Остальные 88 % диска представляют собой пространство для размещения файлов.

Свободное место диска, однако, включает в себя все физически свободное место — незаполненные участки MFT-зоны туда тоже включаются. Механизм использования MFT-зоны таков: когда файлы уже нельзя записывать в обычное пространство, MFT-зона сокращается, освобождая место для записи файлов. При освобождении участка обычной области MFT-зона может снова расшириться.

Рис. 1.18. Структура диска MTFS

Структура MFT. Каждый элемент ФС NTFS представляет собой файл, даже служебная информация. Как уже говорилось,  главный файл NTFS называется MFT или Master File

Table — общая таблица файлов, которая размещается в MFT-зоне и представляет собой централизованный каталог всех остальных файлов диска. MFT поделен на записи фиксированного размера (обычно 1 Кбайт), и каждая запись соответствует какому-либо файлу. Первые 16 файлов носят служебный характер и недоступны операционной системе — они называются мета­файлами, причем самый первый из них — сам MFT. Эти первые 16 элементов MFT — единственная часть диска, имеющая фиксированное положение. Остальная часть MFT-файла может располагаться, как и любой другой файл, в произвольных местах диска — восстановить его положение можно с помощью его самого, используя за основу первый элемент MFT.

Все пространство тома NTFS представляет собой либо файл, либо часть файла. Главная таблица файлов содержит по крайней мере одну запись для каждого файла тома, включая одну запись для самой себя.

Все файлы на томе NTFS идентифицируются номером файла, который определяется позицией файла в MFT. Каждый файл и каталог на томе NTFS определяются набором атрибутов.

Базовая единица распределения дискового пространства для файловой системы NTFS — кластер. Размер кластера выражается в байтах и всегда равен целому количеству физических секторов. В качестве адреса файла NTFS использует номер кластера, а не физическое смещение в секторах или байтах.

Загрузочный сектор тома NTFS располагается в начале тома, а его копия — в середине тома. Загрузочный сектор состоит из стандартного блока параметров BIOS, количества секторов в томе, а также начального логического номера кластера основной копии MFT и зеркальной копии MFT.

Каждый атрибут файла NTFS состоит из полей: тип атрибута, длина атрибута, значение атрибута и, возможно, имя атрибута.

Имеется системный набор атрибутов, определяемых структурой тома NTFS. Системные атрибуты имеют фиксированные имена и коды их типа, а также определенный формат. Могут применяться также атрибуты, определяемые пользователями. Их имена, типы и форматы задаются исключительно пользователем. Атрибуты файлов упорядочены по убыванию кода атрибута, причем атрибут одного и того же типа может повторяться несколько раз. Существует два способа хранения атрибутов файла— резидентное  хранение  в записях таблицы MFT и нерезидентное хранение вне ее. Сортировка может осуществляться только по резидентным атрибутам.

Рис. 1.19. Размещение файлов в NTFS:

а— небольшие файлы: Н — заголовок (header); SI — стандартная информация (standard information); FN — имя файла (file name); Data — данные; SD — дескриптор безопасности (security descriptor); б — большие файлы; в — очень большие файлы: ЕА — внешний атрибут (external attribute); г — сверхбольшие файлы из-за переменного размера атрибутов нельзя наверняка утверждать, что файл уместится внутри записи. Однако обычно файлы размером менее 1500 байт помещаются внутри записи MFT.

Большие файлы (large). Если файл не вмещается в одну запись MFT, этот факт отображается в значении атрибута «данные», который содержит признак того, что файл является нерезидентным и находится вне таблицы MFT. В этом случае атрибут «данные» содержит номер кластера для первого кластера каждого фрагмента данных (data run), а также количество непрерывных кластеров в каждом фрагменте (рис. 1.19, б).

Очень большие файлы (huge). Если файл настолько велик, что его атрибут данных не помещается в одной записи, этот атрибут становится нерезидентным, т. е. он размещается в другой записи таблицы MFT, ссылка на которую помещена в исходной записи о файле (рис. 1.19, в). Эта ссылка называется внешним атрибутом (external attribute). Нерезидентный атрибут содержит указатели на фрагменты данных.

Сверхбольшие файлы (extremely huge). Для сверхбольших файлов внешний атрибут может указывать на несколько нерезидентных атрибутов (рис. 1.19, г). Кроме того, внешний атрибут, как и любой другой, может храниться в нерезидентной форме, поэтому в NTFS не может быть атрибутов слишком большой длины, иначе система не сможет их обработать.

Имена файлов. NTFS поддерживает имена файлов длиной до 255 символов. Имена файлов NTFS используют набор символов UNICODE с 16-битовыми символами. NTFS автоматически генерирует поддерживаемое MS-DOS имя для каждого файла. Таким образом, файлы NTFS могут использоваться в сети операционными системами MS-DOS и OS/2.

Поскольку NTFS использует набор символов UNICODE для имен файлов, существует возможность использования некоторых запрещенных в MS-DOS символов. Для генерации короткого имени файла в стиле MS-DOS NTFS удаляет все запрещенные символы, точки (кроме одной), а также любые пробелы из длинного имени файла. Далее имя файла усекается до 6 символов, добавляется тильда (~) и номер. Расширение имени файла усекается до 3 символов.

Короткие имена файлов с длинными русскими именами образуются по особой схеме, в зависимости от типа используемой файловой системы.

Каталоги. Каждый каталог NTFS представляет собой один вход в таблицу MFT, содержащий список файлов специальной формы, называемый индексом (index). Индексы позволяют сортировать файлы для ускорения поиска, основанного на значении определенного атрибута. В файловых системах FAT и HPFS используется сортировка файлов по имени. NTFS позволяет использовать для сортировки любой атрибут, если он хранится в резидентной форме. Имеется две формы списка файлов.

Небольшие списки файлов (small indexes). Если количество файлов в каталоге невелико, список файлов может быть резидентным в записи в MFT, являющейся каталогом. В этом случае он называется небольшим каталогом (рис. 1.20, а). Небольшой список файлов содержит значения атрибутов файла. По умолчанию это имя файла, а также номер записи MTF, содержащей начальную запись файла.

Большие списки файлов (large index). По мере того как каталог растет, список файлов может потребовать нерезидентной формы хранения. Однако начальная часть списка всегда остается резидентной в корневой записи каталога в таблице MFT (рис. 1.20, б). Имена файлов резидентной части списка файлов являются узлами

Рис. 1.20. Каталоги в NTFS:

В-дерева. Остальные части списка файлов размещаются вне MFT. Для их поиска используется специальный атрибут «размещение списка» (Index Allocation — 1А), представляющий собой набор номеров кластеров, которые указывают на остальные части списка. Одни части списков являются листьями дерева, а другие — промежуточными узлами, т. е. содержат наряду с именами файлов атрибут Index Allocation, указывающий на списки файлов более низких уровней.