Принципы построения файловых систем

Принципы построения файловых систем — это фундаментальные концепции и методы организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах и других электронных устройствах: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т.д. Файловая система определяет формат содержимого, способы физического хранения информации и взаимодействие с приложениями и операционной системой.

Основные понятия

Файл — именованная область данных на носителе информации.
Каталог (или папка) — специальный файл, содержащий список файлов и подкаталогов.
Кластер — минимальная единица хранения данных на диске, как правило, размером кратным 512 байтам. Размер кластера может быть вычислен как:

 :Размер\ кластера = n \times 512\ байт
 где n — целое число.

Атрибуты файла — свойства файла, такие как размер, имя, права доступа, время создания и изменения.

Иерархия каталогов

Файловые системы организуют файлы и каталоги в иерархическую структуру, облегчая управление и поиск данных.

Одноуровневая файловая система: все файлы находятся в одном каталоге. Примером является ранняя версия MS-DOS 1.0.
Иерархическая файловая система: файлы распределены по вложенным каталогам, образуя древовидную структуру.

Пример структуры каталогов в Windows

C:\
 ├── Program Files
 │   └── Application
 │       ├── app.exe
 │       └── app.hlp
 └── Users
     ├── Documents
     │   └── file.txt
     └── Pictures
         └── image.jpg

Пример структуры каталогов в UNIX

/
 ├── usr
 │   └── bin
 │       ├── ls
 │       └── grep
 └── home
     └── user
         ├── documents
         │   └── report.txt
         └── pictures
             └── photo.png

Основные функции файловых систем

Размещение и упорядочивание данных в виде файлов.
Управление доступом к файлам и их атрибутами.
Поддержка именования файлов и каталогов.
Обеспечение надежности и устойчивости к сбоям.
Организация эффективного доступа к данным.

Классификация файловых систем

Файловые системы классифицируются по назначению и типу носителя:

Для носителей с произвольным доступом: FAT16, FAT32, NTFS, ext2, ext4.
Для оптических носителей: ISO 9660, UDF.
Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS.
Виртуальные файловые системы: FUSE, procfs.
Для флеш-памяти: exFAT, F2FS, YAFFS.

Задачи файловой системы

Основные задачи файловых систем:

Именование и организация файлов и каталогов.
Предоставление программного интерфейса для работы с файлами приложениями.
Отображение логической структуры файловой системы на физическую организацию носителя.
Обеспечение устойчивости к сбоям и поддержание целостности данных.
Управление правами доступа и разграничение прав пользователей.

Заключение

Понимание принципов построения файловых систем является ключевым для эффективного использования и управления данными в компьютерных системах. Файловые системы обеспечивают структуру хранения информации, предоставляют средства для безопасного доступа и управления файлами, а также играют важную роль в производительности и надежности системы.

Литература

Босова Л. Л., Босова А. Ю. Информатика: учебник для 9 класса (рус.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2013.
Семакин И. Г., Залогова Л. А., Русаков С. В., Шестакова Л. В. Информатика: учебник для 9 класса (рус.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2015. — Т. 3-е изд..
Поляков К. Ю., Еремин Е. А. Информатика. 9 класс (рус.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2017.
Угринович Н. Д. Информатика и ИКТ: учебник для 9 класса (рус.). — М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2012. — Т. 6-е изд..