Моя страничка

12.3. Примеры файловых систем

Файловая система FAT
Файловая система FAT(File Allocation Table) поддерживается всеми ОС для ПК. Она проста, надежна и занимает мало места на диске. Система FAT была разработана в течение нескольких дней Биллом Гейтсом в феврале 1976 при создании среды программирования Basic.
Основное назначение файловой системы отслеживать распределение пространства диска между файлами. Все пространство диска разбивается на участки фиксированной длины – кластеры. Кластер представляет собой один или несколько смежных секторов в логическом дисковом адресном пространстве. Файл может занимать не менее одного кластера. Размер кластера зависит от размера виртуального диска. Для каждого файла в FAT создается цепочка элементов каждый из которых указывает на определенный кластер. В каталоге содержащем имя файла имеется указатель на начало цепочки.
ПРИМЕР:

. . .	15	16	17	18	19	20	. . .
	кластеры файла		дефектный	свободный	кл. файла

PR1.txt 15

. . .
16

19
деф.

своб.

посл.

. . .

15
16
17

18

19

Э лемент каталога

Каталог – это справочник, который содержит сведения о местонахождении файла, размере, дате создания, времени обновления, атрибутах. Атрибуты файла сообщают системный он или нет, скрытый или нет, должен ли архивироваться при резервном копировании, доступен ли только для чтения.
Для каждого файла на диске имеется один элемент в определенном каталоге, для каждого каталога имеется элемент в его родительском каталоге и т. д. Т.о. структура является иерархической. Корневой каталог отличается от обычного каталога тем, что он размещен в фиксированном месте логического диска и имеет фиксированную длину(512 элементов).
При удалении файла из файловой системы FAT в первый байт соответствующей записи каталога заносится специальный признак, который показывает, что эта запись свободна, во все индексные указатели таблицы FAT заносится признак того, что кластер свободен. Данные в записи каталога , в том числе и номер первого кластера файла, остаются нетронутыми, что помогает восстановить файл, если он удален ошибочно. Восстановить надежно можно только файлы, расположенные в последовательных кластерах диска.
Достоинством такой организации является возможность осуществления прямого доступа к данным файла, а недостатком - постоянное фрагментирование диска, т. е. данные одного файла могут располагаться не в смежных кластерах, а иногда в очень удаленных друг от друга, что приводит к образованию сложных цепочек и увеличивает доступ к данным.
Используемый в FAT метод хранения информации не отличается высокой надежностью, т. к. при разрыве списка адресных указателей, например, из-за сбоя в работе ОС из-за внешних электромагнитных помех, теряется информация обо всех последующих кластерах файла.
FAT используется при доступе к диску очень интенсивно, поэтому она обычно загружается в ОП. Т. к. в FAT хранится очень важная информация, то FAT хранится на диске в двух экземпляра, второй экземпляр следует непосредственно за первым. Обновляются копии FAT одновременно. Используется же только первый экземпляр. Если он по каким-то причинам окажется разрушенным, то произойдет обращение ко второму экземпляру FAT .
Элемент таблицы FAT имеет длину 16 битов, следовательно, можно иметь до 2¹⁶ кластеров (с номерами от 0 до 65535). Если дисковый раздел 32МБ, то размер кластера=512б. С увеличением раздела будет увеличиваться и размер кластера
Если файл будет иметь размер 33К, размер кластера 32К, то файл будет занимать 2 кластера, причем 31К будет свободен. Следовательно, еще одним недостатком FAT являются большие потери дискового пространства. Для диска 1-1,2Гб потери могут составить около 200Мб. Чтобы исправить этот недостаток большие диски можно разбивать на несколько виртуальных дисков меньшего размера.
Файловая система FAT считается неэффективной для дисков >500Мб.
Логический раздел, отформатированный под файловую систему FAT состоит из следующих областей(рис.):

1. 
   Загрузочный сектор – содержит программу начальной загрузки ОС. Вид этой программы зависит от типа ОС, которая будет загружаться из этого раздела.
   
2. 
   Основная копия FAT содержит информацию о размещении файлов и каталогов на диске.
   
3. 
   Резервная копия FAT.
   
4. 
   Корневой каталог занимает фиксированную обласить размером в 32 сектора (16Кбайт), что прозволяет хранить 512 записей о файлах и каталогах, т. к. каждая запись каталога состоит из 32 байт
   
5. 
   Область данных предназначена для размещения всех файлов и каталогов, кроме корневого.
   

З Элементы (указатели) FAT 32 бита одна запись каталога Кластеры данных агрузочный сектор 512 байт
0	1	2	3	...
FAT1
FAT2 (копия)
Root directory . . .
0	1	2

Одной из важнейших характеристик FAT было использование имен файлов формата 8.3. К стандартной FAT(реализация FAT16 ) добавились еще 2 разновидности, используемые в Windows95 и Windows NT: VFAT (виртуальная FAT) и FAT32. Сейчас FAT32 поддерживается и Windows Millennium Edition и всеми ОС семейства Windows 2000.

В файловую систему VFAT добавилась поддержка длинных имен файлов, для чего используются блоки каталогов. В исходной версии Windows95 основной файловой системой была VFAT. Windows95, начиная с версии OSR2 (12 августа 1996г.), поддерживает 32 разрядную FAT (FAT32), которая было разработана для поддержки больших разделов диска. Принципиальное отличие FAT32 заключается в том, что она намного эффективнее расходует дисковое пространство, т. к. использует кластеры меньшего размера.
В результате экономится 10-15% дискового пространства. FAT32 также может перемещать корневой каталог и использовать резервную копию FAT вместо стандартной. Корневой каталог представлен в виде обычной цепочки кластеров. Следовательно, корневой каталог может находиться в произвольном месте диска, что снимает ограничение на его размер. Т. к. в FAT32 по сравнению с каталогами FAT используются новые элементы, то для проверки структуры FAT32 требуются специальные служебные утилиты, также требуется специальное антивирусное ПО. Для обеспечения максимальной совместимости с существующими прикладными программами и драйверами устройств, FAT32 была реализована с минимумом возможных изменений по сравнению с FAT16. Все утилиты Microsoft, предназначенные для работы с дисками (Format, FDISK,Defrag и ScanDisk) были переработаны для поддержки FAT32.
Таким образом, FAT32 обеспечивает следующие преимущества по сравнению с FAT16:

1. 
   Поддержка дисков размером до 2 Тб;
   
2. 
   Более эффективное расходование дискового пространства, т. к. использует более мелкие кластеры;
   
3. 
   Нет ограничения на количество элементов в корневом каталоге;
   
4. 
   Более быстрая загрузка программ.