Файл: Оглавление Раздел I. Основные понятия.pdf

128 щиты файлов от несанкционированного доступа, аналогично другим объектам операционной системы, используется избирательный или мандатный механизм безопасности.
Внешние устройства хранения имеют следующий простой ин- терфейс доступа к данным: по указанному адресу можно записать или считать блок данных фиксированного размера (в несколько ки- лобайт). Например, для доступа к блоку на диске требуется указать его физическое положение на поверхности носителя (номер поверх- ности, номер цилиндра (дорожки), номер сектора). Поэтому файло- вая система должна организовывать некоторый произвольный до- ступ, обеспечивая отличные от блочной модели способы работы с данными. Это логическая организация файлов. Также требуется поддерживать некоторую организацию физических блоков внутри файлов. Это физическая организация файлов.
Логическая организация файлов. Приведем некоторые рас- пространенные модели файлов.
Последовательность байт. Это типовая модель доступа, ис- пользуется как произвольный, так и последовательный доступ к хранимым данным.
Последовательность блоков переменной длины. Эта модель позволяет по логическому номеру блока адресовать его содержимое.
В некоторых файловых системах используется гибридная модель, когда в файле содержится несколько независимых последовательно- стей байт (потоков данных). Это может оказаться удобным, напри- мер, для хранения видео, звука и субтитров в отдельных потоках средствами файловой системы (рис.13.2).
Рис. 13.2. Последовательность блоков переменной длины
Упорядоченная или неупорядоченная последовательность
ключей. По ключу адресуется ассоциированный с ним блок данных
(рис.13.3). Если последовательность ключей упорядочена, то имеет-
1 2
3 номер блока

129 ся возможность выбрать следующий блок по порядку относительно текущего блока. Данная логическая организация удобна для управ- ления и организации доступа к файлами очень больших размеров.
Рис. 13.3. Последовательность ключей
Физическая организация файлов. Рассмотрим некоторые распространенные приемы физической организации файлов.
Последовательность блоков (непрерывное размещение). Бло- ки, принадлежащие файлу, следуют по порядку их физических адре- сов. В каталоге указывается адрес первого блока, количество блоков или последний блок. Достоинство этого способа – простота, а ос- новная проблема – фрагментация блоков. Этот способ, например, находит применение в файловых системах длительного хранения, в частности ленточных запоминающих устройствах.
Связанный список блоков. Простейший способ преодолеть фрагментацию (рис.13.4).
Рис. 13.4. Связанный список блоков
Проблемой является большое время доступа к информации в конце файла. Все блоки нужно последовательно перебрать. Инфор- мация о следующем блоке является частью блока, на это уходит не- которое количество памяти.
Ключ Данные

130
Связанный список индексов. Используемый на практике спо- соб организации файловых систем относительно небольшого разме- ра (рис.13.5). Он основан на применении таблицы размещения файла
(File Allocation Table, FAT). Файловые системы, использующие этот способ: FAT12, FAT16, FAT32, VFAT. Метод предложен Microsoft.
Рис. 13.5. Связанный список индексов
Идея заключается в переносе информации о следующем блоке в отдельную таблицу в начальных блоках физического носителя.
Индекс блока в таблице и его физическое положение на диске связа- ны линейным преобразованием. Блоки таблицы индексов считыва- ются в оперативную память. Благодаря этому можно быстро пере- брать цепочку индексов блоков файла в памяти и запросить нужный блок на диске. Поэтому эффективность произвольного доступа ока- зывается высокой. Преимуществом также является целостность файловой системы, поддерживаемая несколькими копиями таблицы индексов и хранением информации о состоянии каждого физическо- го блока в таблице индексов. Недостатком является рост размера требуемой служебной информации при увеличении размеров файло- вой системы (фактически предел 8 тебибайт при 2 Кб кластерах).
Непосредственное перечисление блоков и способы, использу- ющие сбалансированные деревья (рис.13.6).
Это наиболее распространенная группа способов физической организации файлов. Часть физических блоков в произвольной об- ласти дискового пространства отводится под ссылочные структуры для доступа к блокам с данными. Например, на рисунке показана структура таких блоков. В корневом блоке, адрес которого записы- таблица индексов
Положение в таблице (индекс блока) однозначно определяет смещение блока на физическом носителе.

131 вается в каталоге, хранится 13 полей, содержащих адреса других блоков. Первые 10 полей непосредственно адресуют блоки файла.
Если их недостаточно, то используется следующее поле, адресую- щее блок, в котором может быть записано 256 адресов следующих блоков файла. Если размер файла превышает 266 блоков, то исполь- зуется двенадцатая запись корневого блока, с использованием кото- рой физические блоки адресуются уже с двойным уровнем косвен- ности и так далее. Общее количество физических блоков в файле, таким образом, может достигать 16.843.018.
Рис. 13.6. Непосредственное перечисление блоков
В настоящее время разработано большое количество файло- вых систем различного назначения и устройства. Помимо логиче- ской и физической организации при рассмотрении архитектур фай- ловых систем обсуждаются методы обеспечения надежности
(например, журналирование), повышения скорости доступа (экстен- ты), хранения больших объемов данных (распределенные парал- лельные файловые системы), защиты данных (шифрованные файло- вые системы) и другие.
256 256x256x256 256x256 256 256 10 13 1
1 1

132
Экзаменационные вопросы по разделу V
1. Архитектура программного обеспечения ввода-вывода. Средства программного взаимодействия с внешними устройствами. Архи- тектура программного стека, функции слоев.
2. Общие принципы организации файловых систем и файлов.
Идентификация файлов в файловых системах, логическая и фи- зическая организация файлов.

133
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Бэкон, Дж. Операционные системы: параллельные и распредели- тельные системы / пер. с англ. СПб.: Питер, 2004.
2. Гордеев, А.В. Операционные системы: учеб. для вузов. Изд. 2-е.
СПб.: Питер, 2005.
3. Дейтел Х., Дейтел П., Чофнес Д. Операционные системы: 2 т.
Т. 1. Основы и принципы / пер. с англ. М.: Бином-Пресс, 2007.
4. Дейтел Х., Дейтел П., Чофнес. Д. Операционные системы: 2 т.
Т. 2. Распределенные системы, сети, безопасность / пер. с англ.
М.: Бином-Пресс, 2007.
5. Олифер В.Г., Олифер Н.А. Сетевые операционные системы: учеб. для вузов. СПб.: Питер, 2007.
6. Столлингс, В. Операционные системы: внутреннее устройство и принципы проектирования / пер. с англ. М. [и др.]: Вильямс,
2004.
7. Таненбаум Э., Вудхал А. Операционные системы. Разработка и реализация / пер. с англ. СПб.; М.; Нижний Новгород, Питер,
2007.
8. Таненбаум Э., Бос. Х. Современные операционные системы.
Изд. 4-е. – СПб.: Питер, 2015.