14. Операционные системы: управление файловыми системами и вводом-выводом. Файловая система
Операционная система – комплекс системных и управляющих программ, предназначенных для наиболее эффективного использования всех ресурсов вычислительной системы и удобства работы с ней [30].
Назначение операционной системы – организация рабочего процесса в вычислительной системе, рациональное распределение аппаратных ресурсов между отдельными решаемыми задачами; предоставление пользователям многочисленных сервисных средств, облегчающих процесс программирования и отладки задач. Операционная система исполняет роль своеобразного интерфейса между пользователем и вычислительной системой, то есть операционная система предоставляет пользователю виртуальную вычислительную систему. Любая Ос состоит из 3 компонентов: ядро (отвеств за функционирование основных подсистем; библиотеки( кот используют программисты), пользовательский интерфейс. В ядре Ос выделяют 5 подсистем: 1. Управление процессами,2. Памяти, 3. Файловая, 4. Ввода и вывода 5. Безопасности. Подробнее о управление файловыми системами и вводом-выводом
Одной из главных функций ОС является управление всеми устройствами ввода-вывода ВМ. ОС должна передавать устройствам команды, перехватывать прерывания и обрабатывать ошибки; она также должна обеспечивать интерфейс между устройствами и остальной частью машины. В целях развития интерфейс должен быть одинаковым для всех типов устройств (принцип независимости от устройств).
Для периферийных устройств ввода-вывода необходимо правильно подобрать и корректно установить драйвера. Это- это компьютерная программа, с помощью которой ОС получает доступ к аппаратному обеспечению некоторого устройства. В общем случае, для использования любого устройства (как внешнего, так и внутреннего) необходим драйвер. Обычно с операционными системами поставляются драйверы для ключевых компонентов аппаратного обеспечения, без которых система не сможет работать. Однако для некоторых устройств (таких, как видеокарта или принтер) могут потребоваться специальные драйверы, обычно предоставляемые производителем устройства.
Под файлом обычно понимают набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для управления этими данными создаются соответствующие системы управления файлами. Файловая система – это набор спецификаций и соответствующее им программное обеспечение, которые отвечают за создание, уничтожение, организацию, чтение, запись, модификацию и перемещение файловой информации, а также за управление доступом к файлам и за управление ресурсами, которые используются файлами. Файлы идентифицируются символьными именами, которые дают им пользователи. При этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени.
Система управления файлами – это ком¬плекс программных модулей, обеспечивающих работу с файлами в конкретной операционной системе.
Различают логическую и физическую организации файла. Логическая организация представляет файл в виде определенным образом организованных логических записей. Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске.
Для того чтобы можно было загрузить с магнитного диска собственно саму ОС, а уже с ее помощью и организовать работу той или иной системы управления файлами, были приняты специальные системные соглашения о структуре диска. Информация на магнитных дисках размещается и передается бло¬ками. Каждый такой блок называется сектором (sector), секторы расположены на концентрических дорожках поверхности диска. Каждый сектор состоит из поля данных и поля служебной информации, ограни¬чивающей и идентифицирующей его. Обмен информацией между оперативной памятью и дисками физически осуществ¬ляется только секторами.
Жесткий диск может быть разбит на несколько разделов (partition), которые затем могут использоваться либо одной ОС, либо различными ОС. Причем в каждом разделе может быть органи¬зована своя файловая система.
Раздел (англ. partition) — часть долговременной памяти жёсткого диска, выделенная для удобства работы, и состоящая из смежных блоков.
Информация о размещении разделов на жёстком диске хранится в таблице разделов (англ. partition table), которая является частью главной загрузочной записи (MBR). MBR располагается в первом физическом секторе жёсткого диска.
Раздел может быть либо первичным (основным), либо дополнительным. В первом секторе каждого основного раздела находится загрузочный сектор (Boot Record), отвечающий за загрузку операционной системы с этого раздела.
FAT и NTFS
Файловая система NTFS обеспечивает производительность, надежность и совместимость, которые не в состоянии предоставить файловая система FAT. NTFS разрабатывалась с целью обеспечения скоростного выполнения стандартных операций над файлами (включая чтение, запись, поиск) и предоставления продвинутых возможностей, включая восстановление поврежденной файловой системы на чрезвычайно больших дисках.
Как FAT, так и NTFS поддерживают длинные имена файлов (до 255 символов), поэтому соглашения об именах файлов не имеют принципиального значения при выборе файловой системы.
Использование файловой системы FAT является лучшим выбором для томов небольшого размера, так как FAT стартует с минимальными накладными расходами. На томах, размер которых не превышает 500 Mb, она работает очень хорошо. Однако, на больших томах (1 Gb и более) FAT становится крайне неэффективной. Для томов, размер которых находится в пределах 400-500 Mb, система FAT является предпочтительным выбором по сравнению с NTFS, поскольку лишена накладных расходов NTFS, связанных с дисковым пространством. При форматировании тома для использования файловой системы NTFS создается целый ряд системных файлов и файл журнала транзакций, которые потребляют некоторый процент дискового пространства (и для небольших томов этот процент значителен).
Файловая система NTFS является наилучшим выбором для использования на томах большого объема (свыше 400 Mb). Это связано с тем, что с увеличением объема тома его производительность при использовании NTFS падает значительно меньше, чем производительность тома аналогичного размера, использующего FAT.
Плюсы NTFS по сравнению с FAT: 1. Функция ограничение на объем 1-го файла. В FATне более 4 ГБ,2. Организация разрешения на право доступа к файловому объекту 3. Дисковые квоты- ограничение пользователя на объем используемой информации 4. Архивация ср-ми файловой системы. 5. Шифрование ср-ми файловой системы. 6. Файлов сист NTFS поддерживает аудит (регистрация в спец журнале событий, потенциально опасных для поддержки безопасности ОС)