Физическая организация файловой системы

Представление пользователя о ФС и физическое хранение файлов на диске имеет мало общего. Диск, в общем случае состоит из пакета пластин. На каждой пластине – две поверхности. На каждой пластине размечены дорожки (traks), на которых хранятся данные. Дорожки нумеруются с 0, начиная от края к середине Для каждой поверхности пластины имеется магнитная головка, которая перемещаясь, может позиционировать над каждой дорожкой Все головки закреплены на одном механизме и перемещаются синхронно Дорожки одного радиуса на всех поверхностях называются цилиндром (cylinder) Каждая дорожка делятся на фрагменты, называемые секторами (sectors). Чаще размер сектора равен 512 байт. Сектор – наименьшая адресуемая единица обмена. Для поиска, контроллер должен задать: номер цилиндра, поверхности и сектора.

ОС для работы с диском использует собственную единицу – кластер (cluster). В ОС Unix кластер называют блоком. Кластер – это минимальная адресуемая единица дисковой памяти, выделяемая файлу. Размер кластера часто = 1024 байта. Дорожки и секторы создаются в результате низкоуровневого форматирования диска и не зависит от типа ОС Диск может быть разделен на логические устройства разделы (тома): а, в, с, ... Разметка раздела под конкретный тип файловой системы выполняют процедуры логического форматирования. При этом определяется размер кластера и записывается информация о границах файлов и каталогов, поврежденных областях, о доступном пространстве. Также записывается загрузчик ОС. В одном разделе может быть создана только одна ФС, но любого доступного типа (FAT, FAT32, NTFS и ...)

Физическая организация файла описывает правила расположения файла на устройстве внешней памяти, в частности на диске.

Основные способы физического размещения файлов на диске:

a) Непрерывное размещение

b) Связанный список кластеров

c) Связанный список индексов

d) Перечень номеров кластеров

а) Непрерывное размещение - простейший вариант физической организации (рисунок a), при котором файлу предоставляется последовательность блоков диска, образующих единый сплошной участок дисковой памяти. Для задания адреса файла в этом случае достаточно указать только номер начального блока. Другое достоинство этого метода - простота. Но имеются и два существенных недостатка. Во-первых, во время создания файла заранее не известна его длина, а значит не известно, сколько памяти надо зарезервировать для этого файла, во-вторых, при таком порядке размещения неизбежно возникает фрагментация, и пространство на диске используется не эффективно, так как отдельные участки маленького размера (минимально 1 блок) могут остаться не используемыми.

б) Следующий способ физической организации - размещение в виде связанного списка блоков дисковой памяти (рисунок б). При таком способе в начале каждого блока содержится указатель на следующий блок. В этом случае адрес файла также может быть задан одним числом - номером первого блока. В отличие от предыдущего способа, каждый блок может быть присоединен в цепочку какого-либо файла, следовательно фрагментация отсутствует. Файл может изменяться во время своего существования, наращивая число блоков. Недостатком является сложность реализации доступа к произвольно заданному месту файла: для того, чтобы прочитать пятый по порядку блок файла, необходимо последовательно прочитать четыре первых блока, прослеживая цепочку номеров блоков. Кроме того, при этом способе количество данных файла, содержащихся в одном блоке, не равно степени двойки (одно слово израсходовано на номер следующего блока), а многие программы читают данные блоками, размер которых равен степени двойки.

в) Популярным способом, используемым, например, в файловой системе FAT операционной системы MS-DOS, является использование связанного списка индексов. С каждым блоком связывается некоторый элемент - индекс. Индексы располагаются в отдельной области диска (в MS-DOS это таблица FAT). Если некоторый блок распределен некоторому файлу, то индекс этого блока содержит номер следующего блока данного файла. При такой физической организации сохраняются все достоинства предыдущего способа, но снимаются оба отмеченных недостатка: во-первых, для доступа к произвольному месту файла достаточно прочитать только блок индексов, отсчитать нужное количество блоков файла по цепочке и определить номер нужного блока, и, во-вторых, данные файла занимают блок целиком, а значит имеют объем, равный степени двойки.

г) В заключение рассмотрим задание физического расположения файла путем простого перечисления номеров блоков, занимаемых этим файлом. Этот перечень и служит адресом файла. Недостаток данного способа очевиден: длина адреса зависит от размера файла. Достоинством же является высокая скорость доступа к произвольному кластеру файла. ОС UNIX использует модифицированный вариант данного способа, позволяющий обеспечить фиксированную длину адреса, независимо от размера файла. Для хранения адреса файла выделено 15 полей. Если размер файла меньше или равен 12 блокам, то номера этих блоков непосредственно перечислены в первых десяти полях адреса. Если размер файла больше 12 блоков, то следующее 13-е поле содержит адрес блока, в котором могут быть расположены еще 2048 номеров следующих блоков файла (при размере кластера 8Кбайт). Если файл больше, чем 12+2048 блоков, то используется 14-е поле, в котором находится номер блока, содержащего 2048 номеров блоков, которые содержат по 2048 номеров блоков данного файла. И, наконец, если файл больше 12+2048+2048+2048, то используется последнее 15-е поле для тройной косвенной адресации, что позволяет задать адрес файла, имеющего размер максимум 8192*(12+2048+2048+2048)=7*10байт.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 246; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!