Como o sistema de um sistema operacional arquivo funciona

Sistemas de arquivo são uma parte integrante de qualquer sistema de operação com a capacidade de armazenamento a longo prazo. Há duas partes distintas de um sistema de arquivos, o mecanismo de armazenamento de arquivos e da estrutura de diretório em que eles são organizados. Nos sistemas operacionais modernos, onde é possível para o usuário vários para acessar os mesmos arquivos simultaneamente também se tornou necessário para recursos como controle de acesso e as diferentes formas de proteção de arquivos a serem implementadas.

Um arquivo é uma coleção de dados binários. Um arquivo pode representar um programa, um documento ou em alguns casos, parte do sistema de arquivos em si. Em computação moderna, é bastante comum para o seu ser vários dispositivos de armazenamento diferentes conectados ao mesmo computador. Uma estrutura de dados comum, como um sistema de arquivos permite que o computador para acessar muitos dispositivos de armazenamento diferentes, da mesma forma, por exemplo, quando você olha para o conteúdo de um disco rígido ou um CD que você vê-lo através da mesma interface, embora sejam médiuns completamente diferentes, com dados mapeados sobre eles de formas completamente diferentes. Os arquivos podem ter estruturas muito diferentes de dados dentro deles, mas podem ser acessados ​​pelos mesmos métodos incorporadas ao sistema de arquivos. A disposição dos dados dentro do arquivo é, então, decidiu pelo programa de criação. Os sistemas de arquivos também armazena um número de atributos para os arquivos dentro dele.

Todos os ficheiros têm um nome pelo qual eles podem ser acessados ​​pelo usuário. Em sistemas de arquivos mais modernos do nome consiste em três partes, o nome exclusivo, um período e uma extensão. Por exemplo 'bob.jpg' o arquivo é unicamente identificado por 'bob' a primeira palavra, a extensão jpg indica que é um arquivo de imagem jpeg. A extensão do arquivo permite que o sistema operacional para decidir o que fazer com o arquivo se alguém tentar abri-lo. O sistema operacional mantém uma lista de associações de extensão de arquivo. Caso um usuário tentar acessar 'bob.jpg', então seria mais provável ser aberto em qualquer visualizador de imagens do sistema padrão é.

O sistema também armazena a localização de um ficheiro. Em alguns sistemas de ficheiros ficheiros só pode ser armazenada como um bloco contíguo. Isto simplifica o armazenamento e acesso ao arquivo como o sistema, então, só precisa saber onde o arquivo começa no disco e como é grande. Isto, contudo, levar a complicações se o arquivo deve ser estendido ou removidos, como pode não haver espaço suficiente para caber a maior versão do arquivo. Sistemas de arquivos mais modernos superar esse problema usando alocação de arquivo vinculado. Isto permite que o arquivo para ser armazenado em qualquer número de segmentos. O sistema de arquivos, então tem que armazenar onde cada bloco do arquivo e como eles são grandes. Isso simplifica muito a alocação de espaço de arquivo, mas é mais lento do que a alocação contígua como é possível que o arquivo a ser espalhados por todo o disco. Os sistemas operacionais modernos overome esta falha, proporcionando um desfragmentador de disco. Este é um utilitário que reorganiza todos os arquivos no disco de forma que todos eles estão em blocos contíguos.

Informações sobre a proteção de arquivos também é integrado ao sistema de arquivos. A proteção pode variar de sistemas simples implementadas no sistema FAT de janelas iniciais onde os arquivos podem ser marcados como somente leitura ou oculto para os sistemas mais seguros implementados em NTFS, onde o administrador do sistema pode configurar arquivo separado ler e escrever os direitos de acesso para diferentes usuários ou grupos de usuários. Embora a proteção de arquivos acrescenta uma grande dose de dificuldades de complexidade e potencial é essencial em um ambiente onde muitos computadores diferentes ou usuário pode ter acesso às mesmas unidades através de um sistema de rede ou tempo compartilhado, como raptor.

Alguns sistemas de arquivos também armazenar dados sobre o usuário que criou um arquivo e em que momento eles criaram. Embora este não é essencial para o funcionamento do sistema de arquivos é útil para os usuários do sistema.

Para que um sistema de arquivos para funcionar corretamente eles precisam de um número de operações definidas para criar, abrir e editar um arquivo. Quase todos os sistemas de arquivos fornecem o mesmo conjunto básico de métodos para a manipulação de arquivos.

Um sistema de arquivos deve ser capaz de criar um arquivo. Para fazer isso, deve haver espaço suficiente no disco para ajustar o arquivo. Também deve haver nenhum outro ficheiro no directório, é para ser colocado com o mesmo nome. Uma vez que o arquivo é criado o sistema irá fazer um registro de todos os atributos acima referidos.

Uma vez que um arquivo foi criado nós podemos precisar de editá-lo. Isso pode ser simplesmente acrescentar alguns dados para o final do mesmo ou de remover ou substituir os dados já armazenados no seu interior. Ao fazer isso, o sistema mantém um ponteiro de gravação impressão em que a operação de gravação ao lado do arquivo deverá ter lugar.

Para que um arquivo para ser útil deve, naturalmente, ser legível. Para fazer isso tudo que você precisa saber o nome eo caminho do arquivo. A partir deste sistema de arquivos pode determinar onde no disco o arquivo está armazenado. Durante a leitura de um arquivo do sistema mantém um ponteiro de leitura. Isso lojas que parte da unidade é para ser lido em seguida.

Em alguns casos, não é possível simplesmente ler todo o arquivo na memória. Os sistemas de arquivos também permitem que você reposicionar o ponteiro de leitura dentro de um arquivo. Para realizar esta operação, o sistema precisa saber o quão longe no arquivo que você deseja que o ponteiro de leitura para saltar. Um exemplo de onde isso seria útil é um sistema de banco de dados. Quando é feita uma consulta na base de dados, é, obviamente, ineficiente para ler o ficheiro inteiro, até ao ponto onde os dados necessária é, em vez da aplicação de gestão de base de dados poderia determinar onde no arquivo o bit de dados é necessária e saltar para ele. Esta operação é muitas vezes conhecido como um arquivo de procura.

Os sistemas de arquivos também permitem que você apague arquivos. Para fazer isso ele precisa saber o nome eo caminho do arquivo. Para apagar um arquivo do sistema simplesmente remove a entrada da estrutura de diretório e adiciona todo o espaço que anteriormente ocupado à lista de espaço livre (ou qualquer outro sistema de gestão de espaço livre ele usa).

Estas são as operações mais básicas exigidas por um sistema de arquivos para funcionar corretamente. Eles estão presentes em todos os sistemas de arquivos modernos de computador, mas a forma como eles funcionam pode variar. Por exemplo, para executar a operação de arquivo de exclusão em um sistema de arquivos modernos, como NTFS que tem proteção de arquivos integrado seria mais complicado do que a mesma operação em um sistema de arquivos mais antigos como o FAT. Ambos os sistemas que primeiro verificar para ver se o arquivo estava em uso antes de continuar, NTFS, então, tem que verificar se o usuário está apagando o arquivo tem permissão para fazer isso. Alguns sistemas de arquivos também permitem que várias pessoas para abrir o mesmo arquivo ao mesmo tempo e tem que decidir se os usuários têm permissão para gravar um arquivo de volta para o disco se outros usuários têm actualmente aberto. Se dois usuários ler e escrever permissão para protocolar um deve ser autorizados a substituí-lo, enquanto o outro ainda tem que abrir? Ou, se um usuário tenha permissão de leitura e escrita e outra só tem permissão de leitura em um arquivo deve o usuário com permissão de gravação ser autorizados a substituí-lo se não há nenhuma chance de o outro usuário também está tentando fazê-lo?

Diferentes sistemas de arquivos também suportam métodos de acesso diferentes. O método mais simples de acessar informações em um arquivo é o acesso sequencial. Este é o lugar onde as informações em um arquivo é acessado a partir do registro início um de cada vez. Para alterar a posição em um arquivo que pode ser rebobinado ou encaminhados um número de registros ou redefinir para o início do arquivo. Este método de acesso é baseado em sistemas de armazenamento de arquivos para a unidade de fita, mas funciona bem em dispositivos de acesso seqüencial (como unidades de fita DAT mordern) como faz em de acesso aleatório (como os discos rígidos). Embora este método é muito simples em sua operação e ideal para determinadas tarefas, como reprodução de mídia é muito ineficiente para tarefas mais complexas, tais como gestão de banco de dados. Uma abordagem mais moderna que facilita a leitura melhor tarefas que não são susceptíveis de ser seqüencial é o acesso direto. acesso direto permite que os registros ser lido ou escrito sobre em qualquer ordem o aplicativo requer. Este método de permitir que qualquer parte do arquivo a ser lido em qualquer ordem é mais adequado para os discos rígidos modernos como eles também permitir que qualquer parte da unidade para ser lido em qualquer ordem, com pequena redução da taxa de transferência. O acesso direto é mais adequada para a maioria das aplicações de acesso seqüencial, como ele é projetado em torno do meio de armazenamento mais comum em uso hoje em vez de um que não é mais muito usada, exceto para offline grande back-ups. Dada a forma como funciona o acesso direto também é possível construir outros métodos de acesso em cima de acesso direto, como o acesso seqüencial ou a criação de um índice de todos os registros do arquivo de excesso de velocidade para acelerar a localização de dados em um arquivo.

Em cima de armazenamento e gerenciamento de arquivos em um disco do sistema de arquivos também mantém um sistema de diretórios em que os arquivos são referenciados. Modern discos rígidos armazenar centenas de gigabytes. O sistema de arquivo ajuda a organizar esses dados, dividindo-se em diretórios. Um diretório pode conter arquivos ou diretórios mais. Como os arquivos existem várias operações básicas que um sistema de arquivos precisa de um ser capaz de realizar em sua estrutura de diretório para funcionar corretamente.

Ele precisa ser capaz de criar um arquivo. Este também é coberto pela visão geral de peração em um arquivo, mas, assim como a criação do arquivo precisa ser adicionado à estrutura de diretório.

Quando um arquivo é excluído o espaço ocupado pelo arquivo precisa ser marcado como espaço livre. O arquivo em si também precisa ser removido da estrutura de diretório.

Arquivos podem precisar ser renomeado. Isso requer uma alteração na estrutura do diretório, mas o arquivo em si permanece inalterada.

Lista de um diretório. A fim de usar o disco corretamente o usuário precisa saber o que está em todos os diretórios armazenados nele. Em cima disto, o usuário precisa ser capaz de navegar através dos diretórios no disco rígido.

Desde que as estruturas de diretórios primeiro foram projetados eles passaram por diversas evoluções grandes. Antes de estruturas de diretórios foram aplicados a sistemas de arquivos de todos os arquivos foram armazenados no mesmo nível. Este é basicamente um sistema com um diretório no qual todos os arquivos são mantidos. O próximo avanço sobre esta que seria considerada a estrutura de diretórios primeiro é o diretório de nível dois. Neste Há uma lista singe de diretórios que estão todos no mesmo nível. Os arquivos são armazenados nestes diretórios. Isso permite que diferentes usuários e aplicações para armazenar há arquivos separadamente. Depois vieram as estruturas de diretório primeira como os conhecemos hoje, árvores de diretório. Diretórios estrutura de árvore melhora em dois diretórios de nível, permitindo que os diretórios e arquivos a serem armazenados em diretórios. Todos os sistemas de arquivos modernos usam diretórios estrutura de árvore, mas muitos têm características adicionais, tais como segurança construída em cima deles.

A protecção pode ser implementada de várias maneiras. Alguns sistemas de arquivos permitem que você tenha diretórios protegidos por senha. Neste sistema. O sistema de arquivos não vai permitir o acesso a um diretório antes de ser dado um nome de usuário e senha para ele. Outros estendem este sistema, dadas diferentes usuários ou grupos permissões de acesso. O sistema operacional requer que o usuário faça login antes de usar o computador e, em seguida, restringir o seu acesso a áreas que eles não têm permissão para. O sistema utilizado pelo departamento de ciência da computação de espaço de armazenamento e apresentação de curso sobre raptor é um bom exemplo disso. Em um sistema de arquivo NTFS como todo o tipo de armazenamento de acesso à rede do espaço, e utilização de tais dispositivos como impressoras pode ser controlada desta maneira. Outros tipos de controlo de acesso pode também ser implementada do lado de fora do sistema de ficheiros. Por exemplo aplicações como zip vitória permitem que você senha proteger arquivos.

Existem muitos sistemas de arquivos diferentes atualmente disponíveis para nós em muitas plataformas diferentes e, dependendo do tipo de aplicação e tamanho da unidade situações sistema de naipe diferente de arquivo diferente. Se você fosse para projetar um sistema de arquivos para um sistema de backup em fita, então, um método de acesso seqüencial seria mais adequado do que um método de acesso direto dadas as limitações do hardware. Além disso, se você tinha um pequeno disco rígido de um computador em casa, então não haveria nenhuma vantagem real de usar um sistema de arquivos mais complexos com recursos como proteção, pois não é provável que seja necessário. Se eu fosse para projetar um sistema de arquivos para uma unidade de 10 gigabyte eu usaria alocação ligada mais contíguo ao fazer o uso mais eficiente do espaço em disco e limitar o tempo necessário para manter a unidade. Também gostaria de projetar um método de acesso direto sobre um acesso seqüencial um para fazer o melhor uso dos pontos fortes do hardware. A estrutura de diretório seria árvore com base para permitir uma melhor organização das informações no disco e permitiria diretórios acíclicos para torná-lo mais fácil para que vários usuários trabalhem em um mesmo projeto. Ele também tem um sistema de proteção de arquivos que permitia aos direitos de acesso diferentes para diferentes grupos de usuários e proteção de senha em diretórios e sistemas de arquivos individuais files.Several que já implementam as características que eu descrevi acima como ideal para uma unidade 10GIG rígido são atualmente disponíveis, que incluem NTFS para o Windows NT e XP operacionais e ext2 que é usado em linux.

Atenciosamente,

Sam Harnett MSc MBCS

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