Физическая организация различных файловых систем - Программирование, компьютеры и кибернетика курсовая работа

Главная

Программирование, компьютеры и кибернетика
Физическая организация различных файловых систем

Организация хранения информации на накопителях. Цели и задачи файловой системы, ее физическая организация и адресация файла. Виды файловых систем. Проектирование символов для матричных принтеров. Приемы управления работой печатающих устройств в MS-DOS.


посмотреть текст работы


скачать работу можно здесь


полная информация о работе


весь список подобных работ


Нужна помощь с учёбой? Наши эксперты готовы помочь!
Нажимая на кнопку, вы соглашаетесь с
политикой обработки персональных данных

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
"Северо-Кавказский государственный технический университет"
"Теоретические основы компьютерной безопасности"
" Физическая организация различных файловых систем "
Проверил: к. т. н., доцент Гайчук Д.В.
файловая система печатающее устройство
- комплекс системных программных средств, реализующих различные операции над файлами, такие как создание, уничтожение, чтение, запись, именование и поиск файлов.
Файловая система позволяет программам обходиться набором достаточно простых операций для выполнения действий над некоторым абстрактным объектом, представляющим файл. При этом программистам не нужно иметь дело с деталями действительного расположения данных на диске, буферизацией данных и другими низкоуровневыми проблемами передачи данных с долговременного запоминающего устройства. Все эти функции файловая система берет на себя. Файловая система распределяет дисковую память, поддерживает именование файлов, отображает имена файлов в соответствующие адреса во внешней памяти, обеспечивает доступ к данным, поддерживает разделение, защиту и восстановление файлов.
Таким образом, файловая система играет роль промежуточного слоя, экранирующего все сложности физической организации долговременного хранилища данных, и создающего для программ более простую логическую модель этого хранилища, а также предоставляя им набор удобных в использовании команд для манипулирования файлами.
Задачи, решаемые ФС, зависят от способа организации вычислительного процесса в целом. Самый простой тип - это ФС в однопользовательских и однопрограммных ОС, к числу которых относится, например, MS-DOS. Основные функции ОС в такой ФС нацелены на решение следующих задач:
- программный интерфейс для приложений;
- отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
- устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств.
Задачи ФС усложняются в операционных однопользовательских мультипрограммных ОС, которые, хотя и предназначены для работы одного пользователя, но дают ему возможность запускать одновременно несколько процессов. К перечисленным выше задачам добавляется новая задача совместного доступа к файлу из нескольких процессов. Файл в этом случае является разделяемым ресурсом, а значит, файловая система должна решать весь комплекс проблем, связанных с такими ресурсами. В частности, в ФС должны быть предусмотрены средства блокировки файла и его частей, предотвращения гонок, исключение тупиков, согласование копий и т.п.
В многопользовательских системах появляется еще одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя и ещё более сложными становятся функции ФС, которая работает в составе сетевой ОС.
Содержит полный список файлов тома NTFS
Зеркальная копия первых трех записей MFT
Список транзакций, который используется для восстановления файловой системы после сбоев
Имя тома, версия NTFS и другая информация о томе
Таблица имен, номеров и описаний атрибутов
Разметка использованных кластеров тома
Файл, содержащий список всех обнаруженных на томе плохих кластеров
Квоты используемого пространства на диске для каждого пользователя
Таблица преобразования регистра символов
Используется для преобразования регистра символов для кодировки Unicode
Зарезервированы для будущего использования
В NTFS файл целиком размещается в записи таблицы MFT, если это позволяет сделать его размер. В том же случае, когда размер файла больше размера записи MFT, в запись помещаются только некоторые атрибуты файла, а остальная часть файла размещается в отдельном отрезке тома (или нескольких отрезках). Часть файла, размещаемая в записи MFT, называется резидентной частью, а остальные части - нерезидентными. Адресная информация об отрезках, содержащих нерезидентные части файла, размещается в атрибутах резидентной части.
Некоторые системные файлы являются полностью резидентными, а некоторые имеют и нерезидентные части, которые располагаются после первого отрезка MFT. Нулевая запись MFT содержит описание самой MFT, в том числе и такой ее важный атрибут, как адреса всех ее отрезков. После форматирования MFT состоит из одного отрезка, но после создания первого несистемного файла для хранения его атрибутов требуется еще один отрезок, так как изначально непрерывная последовательность кластеров MFT уже завершена системными файлами.
Из приведенного описания видно, что сама таблица MFT рассматривается как файл, к которому применим метод размещения в томе в виде набора произвольно расположенных нескольких отрезков.
Каждый файл и каталог на томе NTFS состоит из набора атрибутов. Важно отметить, что имя файла и его данные также рассматриваются как атрибуты файла, то есть в трактовке NTFS, кроме атрибутов у файла нет никаких других компонентов.
Каждый атрибут файла NTFS состоит из полей: тип атрибута, длина атрибута, значение атрибута и, возможно, имя атрибута. Тип атрибута, длина и имя образуют заголовок 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. Существуют два способа хранения атрибутов файла - резидентное хранение в записях таблицы MFT и нерезидентное хранение вне ее, во внешних отрезках. Таким образом, резидентная часть файла состоит из резидентных атрибутов, а нерезидентная - из нерезидентных атрибутов. Сортировка может осуществляться только по резидентным атрибутам.
Системный набор включает следующие атрибуты:
- Attribute List (список атрибутов) - список атрибутов, из которых состоит файл; содержит ссылки на номер записи MFT, где расположен каждый атрибут; этот редко используемый атрибут нужен только в том случае, если атрибуты файла не умещаются в основной записи и занимают дополнительные записи MFT;
- File Name (имя файла) - этот атрибут содержит длинное имя файла в формате Unicode, а также номер входа в таблице MFT для родительского каталога; если этот файл содержится в нескольких каталогах, то у него будет несколько атрибутов типа File Name; этот атрибут всегда должен быть резидентным;
- MS-DOS Name (имя MS-DOS) - этот атрибут содержит имя файла в формате 8.3;
- Version (версия) - атрибут содержит номер последней версии файла;
- Security Descriptor (дескриптор безопасности) - этот атрибут содержит информацию о защите файла: список прав доступа ACL и поле аудита, которое определяет, какого рода операции над этим файлом нужно регистрировать;
- Volume Version (версия тома) - версия тома, используется только в системных файлах тома;
- Volume Name (имя тома) - имя тома;
- Data (данные) - содержит обычные данные файла;
- MFT bitmap (битовая карта MFT) - этот атрибут содержит карту использования блоков на томе;
- Index Root (корень индекса) - корень В-дерева, используемого для поиска файлов в каталоге;
- Index Allocation (размещение индекса) - нерезидентные части индексного списка В-дерева;
- Standard Information (стандартная информация) - этот атрибут хранит всю остальную стандартную информацию о файле, которую трудно связать с каким-либо другим атрибутом файла, например, время создания файла, время обновления и другие.
Файлы NTFS в зависимости от способа размещения делятся на небольшие, большие, очень большие и сверхбольшие.
Небольшие файлы (small). Если файл имеет небольшой размер, то он может целиком располагаться внутри одной записи MFT, имеющей, например, размер 2 Кбайт. Небольшие файлы NTFS состоят, по крайней мере, из следующих атрибутов (рисунок 9):
- стандартная информация (SI - standard information);
- дескриптор безопасности (SD - security descriptor).
Из-за того что файл может иметь переменное количество атрибутов, а также из-за переменного размера атрибутов нельзя наверняка утверждать, что файл уместится внутри записи. Однако обычно файлы размером менее 1500 байт помещаются внутри записи MFT (размером 2 Кбайт).
Большие файлы (large). Если данные файла не помещаются в одну запись MFT, то этот факт отражается в заголовке атрибута Data, который содержит признак того, что этот атрибут является нерезидентным, то есть находится в отрезках вне таблицы MFT. В этом случае атрибут Data содержит адресную информацию (LCN, VCN, k) каждого отрезка данных (рисунок 10).
Очень большие файлы (huge). Если файл настолько велик, что его атрибут данных, хранящий адреса нерезидентных отрезков данных, не помещается в одной записи, то этот атрибут помещается в другую запись MFT, а ссылка на такой атрибут помещается в основную запись файла (рисунок 11). Эта ссылка содержится в атрибуте Attribute List. Сам атрибут данных по-прежнему содержит адреса нерезидентных отрезков данных.
Сверхбольшие файлы (extremely huge). Для сверхбольших файлов в атрибуте Attribute List можно указать несколько атрибутов, расположенных в дополнительных записях MFT (рисунок 12). Кроме того, можно использовать двойную косвенную адресацию, когда нерезидентный атрибут будет ссылаться на другие нерезидентные атрибуты, поэтому в NTFS не может быть атрибутов, слишком большой для системы длины.
Каждый каталог NTFS представляет собой один вход в таблицу MFT, который содержит атрибут Index Root. Индекс содержит список файлов, входящих в каталог. Индексы позволяют сортировать файлы для ускорения поиска, основанного на значении определенного атрибута. Обычно в файловых системах файлы сортируются по имени. NTFS позволяет использовать для сортировки любой атрибут, если он хранится в резидентной форме.
Имеются две формы хранения списка файлов.
Небольшие каталоги (small indexes). Если количество файлов в каталоге невелико, то список файлов может быть резидентным в записи в MFT, являющейся каталогом (рисунок 13). Для резидентного хранения списка используется единственный атрибут - Index Root. Список файлов содержит значения атрибутов файла. По умолчанию - это имя файла, а также номер записи MTF, содержащей начальную запись файла.
Большие каталоги (large indexes). 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 (рисунок 14). Имена файлов резидентной части списка файлов являются узлами, так называемого В-дерева (двоичного дерева). Остальные части списка файлов размещаются вне MFT. Для их поиска используется специальный атрибут Index Allocation, представляющий собой адреса отрезков, хранящих остальные части списка файлов каталога. Одни части списков являются листьями дерева, а другие являются промежуточными узлами, то есть содержат наряду с именами файлов атрибут Index Allocation, указывающий на списки файлов более низких уровней.
Узлы двоичного дерева делят весь список файлов на несколько групп. Имя каждого файла-узла является именем последнего файла в соответствующей группе.
Поиск в каталоге уникального имени файла, которым в NTFS является номер основной записи о файле в MFT, по его символьному имени происходит следующим образом. Сначала искомое символьное имя сравнивается с именем первого узла в резидентной части индекса. Если искомое имя меньше, то это означает, что его нужно искать в первой нерезидентной группе, для чего из атрибута Index Allocation извлекается адрес отрезка (VCN j , LCN j K j ), хранящего имена файлов первой группы. Среди имен этой группы поиск осуществляется прямым перебором имен и сравнением до полного совпадения всех символов искомого имени с хранящимся в каталоге именем. При совпадении из каталога извлекается номер основной записи о файле в MFT и остальные характеристики файла берутся уже оттуда.
Если же искомое имя больше имени первого узла резидентной части индекса, то его сравнивают с именем второго узла, и если искомое имя меньше, то описанная процедура применяется ко второй нерезидентной группе имен, и т.д.
В результате вместо перебора большого количества имен (в худшем случае - всех имен каталога) выполняется сравнение с гораздо меньшим количеством имен узлов и имен в одной из групп каталога.
Если одна из групп каталога становится слишком большой, то ее также делят на группы, последние имена каждой новой группы оставляют в исходном нерезидентном атрибуте Index Root, а все остальные имена новых групп переносят в новые нерезидентные атрибуты типа Index Root (на рисунке этот случай не показан). К исходному нерезидентному атрибуту Index Root добавляется атрибут размещения индекса, указывающий на отрезки индекса новых групп. Если теперь при поиске искомого имени в нерезидентной части индекса первого уровня какое-либо сравнение показывает, что искомое имя оказывается меньше, чем одно из хранящихся там имен, то это говорит о том, что в данном атрибуте точного сравнения имени уже быть не может и нужно перейти к подгруппе имен следующего уровня дерева.
Описание группы блоков (Group Description)
Битовая карта блоков (Block Bitmap)
Битовая карта индексных дескрипторов (Inode Bitmap)
Таблица индексных дескрипторов (Inode Table)
Рисунок 15 - Обобщенная структурная схема ФС ext2
Суперблок - основной элемент файловой системы ext2. Он содержит общую информацию о файловой системе:
- общее число блоков и индексных дескрипторов в файловой системе,
- число свободных блоков и индексных дескрипторов в файловой системе,
- количество блоков и индексных дескрипторов в группе блоков,
Суперблок находится в 1024 байтах от начала раздела. От целостности суперблока напрямую зависит работоспособность файловой системы. Операционная система создаёт несколько резервных копий суперблока на случай повреждения раздела. В следующем блоке после суперблока располагается глобальная дескрипторная таблица - описание групп блоков, представляющее собой массив, содержащий общую информацию обо всех группах блоков раздела.
Все блоки раздела ext2 разбиваются на группы блоков. Для каждой группы создаётся отдельная запись в глобальной дескрипторной таблице, в которой хранятся основные параметры:
- номер блока в битовой карте блоков,
- номер блока в битовой карте inode,
- число индексных дескрипторов, содержащих каталоги.
Битовая карта блоков - это структура, каждый бит которой показывает, отведён ли соответствующий ему блок какому-либо файлу. Если бит равен 1, то блок занят. Аналогичную функцию выполняет битовая карта индексных дескрипторов, которая показывает, какие именно индексные дескрипторы заняты, а какие нет. Ядро Linux, используя число индексных дескрипторов, содержащих каталоги, пытается равномерно распределить inode каталогов по группам, а inode файлов старается по возможности переместить в группу с родительским каталогом. Все оставшееся место, обозначенное в таблице как данные, отводится для хранения файлов.
Файловая система ext2 использует следующую схему адресации блоков файла. Для хранения адреса файла выделено 15 полей, каждое из которых состоит из 4 байт. Если файл умещается в 12 блоков, то номера соответствующих кластеров непосредственно перечисляются в первых двенадцати полях адреса. Если размер файла превышает 12 блоков, то следующее поле содержит адрес кластера, в котором могут быть расположены номера следующих блоков файла. Таким образом, 13-е поле используется для косвенной адресации.
При максимальном размере блока в 4096 байт кластер, соответствующий 13-му полю, может содержать до 1024 номеров следующих блоков файла. Если размер файла превышает 12+1024 блоков, то используется 14-е поле, в котором находится адрес кластера, содержащего 1024 номеров кластеров, каждый из которых ссылается на 1024 блока файла. Здесь применяется уже двойная косвенная адресация. И наконец, если файл включает более 12+1024+1048576 блоков, то используется последнее 15-е поле для тройной косвенной адресации.
Данная система адресации позволяет при максимальном размере блока в 4096 байт иметь файлы, размер которых превышает 2 ТБ.
ext3 или ext3fs - журналируемая файловая система, используемая в операционных системах на ядре Linux. Основана на ФС ext2.
Основное отличие от ext2 состоит в том, что ext3 журналируема, то есть в ней предусмотрена запись некоторых данных, позволяющих восстановить файловую систему при сбоях в работе компьютера.
Стандартом предусмотрено три режима журналирования:
- writeback: в журнал записываются только метаданные файловой системы, то есть информация о её изменении. Не может гарантировать целостности данных, но уже заметно сокращает время проверки по сравнению с ext2;
- ordered: то же, что и writeback, но запись данных в файл производится гарантированно до записи информации о изменении этого файла. Немного снижает производительность, также не может гарантировать целостности данных (хотя и увеличивает вероятность их сохранности при дописывании в конец существующего файла);
- journal: полное журналирование как метаданных ФС, так и пользовательских данных. Самый медленный, но и самый безопасный режим; может гарантировать целостность данных при хранении журнала на отдельном разделе (а лучше - на отдельном жёстком диске).
Файловая система ext3 может поддерживать файлы размером до 1 ТБ. С Linux-ядром 2.4 объём файловой системы ограничен максимальным размером блочного устройства, что составляет 2 терабайта. В Linux 2.6 (для 32-разрядных процессоров) максимальный размер блочных устройств составляет 16 ТБ, однако ext3 поддерживает только до 4 ТБ.
e xt4 - файловая система, основанная на ext3 и совместимая с ней (прямо и обратно). Отличается от ext3 поддержкой extent'ов, групп смежных физических блоков, управляемых как единое целое; повышенной скоростью проверки целостности и рядом других усовершенствований.
Новые возможности ext4 (в сравнении с ext3):
1) Использование экстентов. В файловой системе ext3 адресация данных выполнялась традиционным образом, поблочно. Такой способ адресации становится менее эффективным с ростом размера файлов. Экстенты позволяют адресовать большое количество (до 128 MB) последовательно идущих блоков одним дескриптором. До 4х указателей на экстенты может размещаться непосредственно в inode, что достаточно для файлов маленького и среднего размера.
2) 48-битные номера блоков. При размере блока 4K это позволяет адресовать до одного экзабайта (2 48 *4KB = 2 50 *1KB = 2 60 B = 1 EB).
3) Выделение блоков группами (multiblock allocation). Файловая система хранит не только информацию о местоположении свободных блоков, но и количество свободных блоков, идущих друг за другом. При выделении места файловая система находит такой фрагмент, в который данные могут быть записаны без фрагментации. Это снижает уровень фрагментации файловой системы в целом.
4) Отложенное выделение блоков (delayed allocation). Выделение блоков для хранения данных файла происходят непосредственно перед физической записью на диск (например, при вызове sync), а не при вызове write. В результате, операции выделения блоков можно делать не по одной, а группами, что в свою очередь минимизирует фрагментацию и ускоряет процесс выделения блоков. С другой стороны, увеличивает риск потери данных в случае внезапного пропадания питания.
5) Превышен лимит в 32000 каталогов.
6) Резервирование inode'ов при создании каталога (directory inodes reservation). При создании каталога резервируется несколько inode'ов. Впоследствии, при создании файлов в этом каталоге сначала используются зарезервированные inode'ы, и если таких не осталось, выполняется обычная процедура.
7) Размер inode. Размер inode (по умолчанию) увеличен с 128 до 256 байтов. Это дало возможность реализовать те преимущества, которые перечислены ниже.
8) Временные метки с наносекундной точностью (nanosecond timestamps). Более высокая точность времён, хранящихся в inode. Диапазон хранящихся времён тоже расширен: если раньше верхней границей хранимого времени было 18 января 2038 года, то теперь это 25 апреля 2514 года.
9) Версия inode. В inode появился номер, который увеличивается при каждом изменении inode файла.
10) Хранение расширенных атрибутов в inode (EA in inode). Хранение расширенных атрибутов, таких как ACL, атрибутов SELinux и прочих, позволяет повысить производительность. Атрибуты, для которых недостаточно места в inode, хранятся в отдельном блоке размером 4KB.
11) Контрольное суммирование в журнале (Journal checksumming). Контрольные суммы журнальных транзакций. Позволяют лучше найти и (иногда) исправить ошибки при проверке целостности системы после сбоя.
12) Предварительное выделение (persistent preallocation). Сейчас для того, чтобы приложению гарантированно занять место в файловой системе, оно заполняет его нулями. В ext4 появилась возможность зарезервировать множество блоков для записи и не тратить на инициализацию лишнее время. Если приложение попробует прочитать данные, оно получит сообщение о том, что они не проинициализированы. Таким образом, несанкционированно прочитать удалённые данные не получится.
13) Дефрагментация без размонтирования (online Defragmentation).
14) Неинициализированные блоки (uninitialised groups). Позволяет ускорить проверку файловой системы. Блоки, отмеченные как неиспользуемые, проверяются группами, и детальная проверка производится, только если проверка группы показала, что внутри есть повреждения.
Обеспечение использования принтера в прикладных пакетах. Приемы управления работой печатающих устройств в MS-DOS. Стандартныe файлы ввода и вывода, пeрeнаправлeниe вывода. Обмен данными с файлом. Проектирование символов для матричных принтеров. курсовая работа [2,0 M], добавлен 26.06.2011
Переход от коротких имен файлов к длинным. Особенности кэширования диска. Логическая организация файла. Его физическая организация. Права доступа к файлу. Общая модель файловой системы. Отображаемые в память файлы. Современные архитектуры файловых систем. презентация [85,4 K], добавлен 18.02.2010
Приемы управления работой печатающих устройств в MS-DOS. Формирование новых символов для матричного принтера. Разработка команд для их загрузки в оперативную память данного устройства. Подбор программы, реализующей процесс печати заданных символов. курсовая работа [814,6 K], добавлен 29.06.2011
Порядок, определяющий организацию, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах. Классификация файловых систем. Основные функции файловой системы Linux. Нарушения целостности файловой системы при некорректном завершении работы. презентация [405,2 K], добавлен 10.10.2011
Понятие файла, его сущность и особенности, общие сведения и характеристика файловых систем. Классификация файлов, их разновидности и отличительные черты. Содержание и структура файловой системы FAT, ее элементы и предназначение. Особенности FAT32. реферат [276,4 K], добавлен 04.04.2009
Ознакомление с приемами управления работой печатающих устройств в MS-DOS. Формирование новых символов для матричного принтера, разработка команд загрузки символов в оперативную память принтера и программы, реализующей процесс печати заданных символов. курсовая работа [1,2 M], добавлен 22.06.2011
Общий вид вычислительной системы. Начальная последовательность действий. Элементы организации основных блоков ЭВМ. Архитектурная организация процессора ЭВМ. Организация систем адресации и команд ЭВМ. Система внешних устройств. Средства вывода информации. курсовая работа [39,5 K], добавлен 28.01.2012
Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д. PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах. Рекомендуем скачать работу .

© 2000 — 2021



Физическая организация различных файловых систем курсовая работа. Программирование, компьютеры и кибернетика.
Реферат по теме Гигиена труда в производстве сульфаниламидных препаратов
Реферат: Эволюция концептуальных подходов к логистике. Скачать бесплатно и без регистрации
Реферат: Роман Уласа Самоука Марія один з найдовершеніших творів про трагічну долю України про голод
Доклад: Внимание
Реферат: Розвиток постави за допомогою гімнастики
Изложение: Капитанская дочка. Пушкин А.С.
Сочинение Егэ Материнская Любовь
Курсовая Экономический Анализ Источников Оборотного Капитала
Контрольная работа по теме Система организации денежных отношений
Дипломная Работа На Тему Технология Строительного Производства
Скачать Реферат На Тему Спид
Зарождение магии и ее отражение в монотеистических религиозных системах на примере Христианства
Реферат по теме Анализ универсальных вакуумных постов для оборудования производства изделий электронной техники
Доклад по теме Тайны монетного двора
Сочинение по теме Софья и Лиза в комедии Грибоедова “Горе от ума”
Пособие по теме Проектирование технологии изготовления детали средней сложности в условиях серийного производства
Практическая Работа Банка
Реферат: Расчетно-кассовое обслуживание юридических лиц
Курсовая работа по теме Разработка грунта в котловане под здание с подвалом
Реферат: Место ноотропов в геронтопсихиатрии. Скачать бесплатно и без регистрации
Хронический холецистопанкреатит - Медицина история болезни
Развитие творческих способностей младших школьников на уроках окружающего мира по проекту Н.Ф. Виноградовой - Педагогика курсовая работа
Административно-правовые отношения - Государство и право контрольная работа