Определение файловой структуры базируется на таких понятиях как

Обновлено: 05.07.2024

9. В процессе преобразования растрового графического файла количество цветов уменьшилось с 65536 до 256. Во сколько раз уменьшится информационный объем файла?

– уменьшится в 2 раза

10. Даны десятичное число 100 и двоичное число 110. Их произведение в десятичной системе счисления равно

– 600

11. В операционной системе Windows логической единицей хранения данных является

– файл

12. Укажите три верных высказывания

– первое поколение компьютеров – это – третье поколение компьютеров – это персональные компьютеры серии Pentium III

13. Энтропия – это свойство

– информации

14. В текстовом файле хранится текст объемом в 400 страниц. Каждая страница содержит 3200 символов. Если используется кодировка KOI-8 (8 бит на один символ), то размер файла составит

– 1250 Кб

15. Числа в двоичной системе счисления имеют вид 1110 и 1110. Тогда их сумма в десятичной системе счисления равна

– 28

16. С помощью одного бита можно запомнить _____ число различных состояний

– 256

17. Степень соответствия информации реальности характеризует такое ее свойство, как

– адекватность

18. Радикально изменить элементную базу ЭВМ позволяет

– кибернетика

19. В вычислительной технике используется в качестве основной _____ система счисления

– двоичная

20. В коммуникативных и управленческих функциях информации НЕ отражены такие проблемы, как

– «ЭВМ – динамическая система»

21. Историческая неизбежность безбумажной технологии сложилась в результате

– появления информационных барьеров социально-экономического управления, превосходящих возможности человека

22. Скорость передачи информации тем выше, чем

– меньше уровень помех

23. Разные файлы могут иметь одинаковые имена, если

– они хранятся в различных папках

24. Семантический аспект информация

– дает возможность раскрыть ее содержание и показать отношение между смысловыми значениями ее элементов

25. Представленная таблица истинности соответствует логической операции

– ИЛИ

26. При переносе запятой вправо на два разряда число в двоичной системе счисления

– увеличится в 4 раза

27. Если размер кластера 512 байт, а размер файла 768 байт, то файл займет на диске

– два кластера

28. Единица измерения информации при ее вычислении по формуле I(A)=lg N – это

– дит

29. Логическим высказыванием является

– любое восклицательное предложение

– повествовательное предложение, истинность или ложность которого можно оценить

– любое вопросительное предложение

– любое повествовательное предложение

30. Правильный порядок значений по убыванию

– 1 петабайт, 1 терабайт, 1 гигабайт, 1 мегабайт

31. Для хранения текста объемом 32 символа в кодировке KOI-8 (8 бит на один символ) потребуется

– 32 байта

32. Выражение (a+b)+c=a+(b+c) соответствует _______ закону

– сочетательному

33. Последняя цифра числа 5643892815743 в двоичной системе счисления равна

– 1

34. Файлы на дисках имеют 4 атрибута, которые могут сбрасываться и устанавливаться пользователем – архивный, только чтение, скрытый и

– системный

35. Среди приведенных ниже утверждений неправильно следующее

– бит

37. Младший разряд двоичной записи числа, кратного 2, равен

– 0

38. При вычислении логических выражений логические операции выполняются в соответствии с приоритетом (1 – дизъюнкция, 2 – инверсия, 3 – конъюнкция) в порядке

– 2-3-1

39. Система распознает формат файла по его

40. Формула Шеннона, учитывающая вероятность p_i наступления i-го события из набора N событий

используется для определения

– данными

42. Выберите вариант, в котором объемы памяти расположены в порядке возрастания

Файл – это поименованная область внешней памяти.

Операции над файлами:

Копирование
Перемещение
Переименование
Удаление
Поиск

Маска представляет собой последовательность букв, цифр и прочих допустимых символов, среди которых также могут встречаться следующие символы:

? – означает ровно один произвольный символ

* – означает любую последовательность символов, в том числе, и пустую.

Каталог – это поименованная совокупность файлов и подкаталогов.

Файловая структура – это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними.

Простые файловые структуры могут использоваться для дисков с небольшим (до нескольких десятков) количеством файлов.

Иерархические файловые структуры используются для хранения большого (сотни и тысячи) количества файлов.

Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом.

Последовательно записанные: путь к файлу и имя файла, составляют полное имя файла.

Основная литература:

1. Босова Л. Л. Информатика: 7 класс. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2017. – 226 с.

Дополнительная литература:

Босова Л. Л. Информатика: 7–9 классы. Методическое пособие. // Босова Л. Л., Босова А. Ю., Анатольев А. В., Аквилянов Н.А. – М.: БИНОМ, 2019. – 512 с.
Босова Л. Л. Информатика. Рабочая тетрадь для 7 класса. Ч 1. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2019. – 160 с.
Босова Л. Л. Информатика. Рабочая тетрадь для 7 класса. Ч 2. // Босова Л. Л., Босова А. Ю. – М.: БИНОМ, 2019. – 160 с.
Гейн А. Г. Информатика: 7 класс. // Гейн А. Г., Юнерман Н. А., Гейн А.А. – М.: Просвещение, 2012. – 198 с.

Теоретический материал для самостоятельного изучения.

Компьютер человеку даёт большие возможности: создавать, копировать, передавать, хранить информацию различного рода. Данные в компьютере могут быть разными, это и документы, и рисунки, и программы, и музыка и многое другое. Так вот, все данные и программы в компьютере хранятся в виде файлов. Сегодня на уроке мы и узнаем, что такое файл.

Вам уже известно, что все программы и данные хранятся во внешней памяти компьютера в виде файлов. Файл – это поименованная область внешней памяти.

Файл характеризуется набором параметров: именем, размером, датой создания, датой последней модификации и атрибутами, которые используются операционной системой для его обработки: является ли файл системным, скрытым или предназначен только для чтения. Размер файла выражается в байтах.

Файлы, которые содержат данные – графические, текстовые называются документами, а файлы, содержащие прикладные программы, – файлами-приложениями.

Причём, файлы-документы создаются и обрабатываются с помощью файлов-приложений.

Имя файла состоит из двух частей, разделённых точкой: собственно имени файла и расширения. Имя файлу даёт пользователь, делать это нужно осмысленно, отражая в имени содержание файла. Имя файла может содержать до 255 символов национальных алфавитов и пробелы. Но в имени файлов есть и запрещённые символы, например, знак вопроса, звёздочка. Расширение имени файла задаётся программой автоматически, оно содержит 3–4 символа, которые записываются после точки.

Над файлами можно выполнять следующие действия: копирование, перемещение, переименование, удаление, поиск.

Если имя файла указано неточно, то можно использовать маску имени файла. Маска представляет собой последовательность букв, цифр и прочих допустимых символов.

На каждом компьютерном носителе информации может храниться большое количество файлов. Для удобства поиска информации файлы объединяют в группы, называемые каталогами или папками. Каталогам, как и файлам, дают собственные имена. Каждый каталог может содержать множество файлов и вложенных каталогов, может входить в состав другого каталога, тем самым, образуя определённую структуру хранения файлов. Её называют файловой структурой. Файловая структура – это совокупность файлов на диске и взаимосвязей между ними.

Любой информационный носитель операционной системы Windowsимеет корневой каталог, который создаётся без участия человека. Корневые каталоги имеют специальное обозначение с указанием имени соответствующего устройства и знака «\» (обратный слэш).

Простые файловые структуры могут использоваться для дисков с небольшим количеством файлов. В этом случае оглавление диска представляет собой линейную последовательность имён файлов.

Иерархические файловые структуры используются для хранения большого количества файлов. Иерархия – это расположение частей целого в порядке от высшего к низшим. Корневой каталог содержит файлы и вложенные каталоги первого уровня.

Графическое изображение иерархической файловой структуры называется деревом, его можно изображать вертикально и горизонтально.

Чтобы обратиться к нужному файлу, который хранится, например, на жёстком диске, можно указать путь к файлу. То есть имена всех каталогов от корневого до того, в котором находится файл. Такую запись называют полным именем файла.

Учитель работал в каталоге Д:\Уроки\7 класс \Практические работы. Затем перешёл в дереве каталогов на уровень выше, спустился в подкаталог Презентации и удалил из него файл Введение.ppt. Каково полное имя файла, который удалил учитель?

Учитель работал с каталогом: Д:\Уроки\7 класс\Практические работы. Поднявшись на один уровень вверх, он оказался в каталоге Д:\Уроки\7 класс. После этого учитель спустился в каталог Презентации, путь к файлам которого имеет вид: D:\Уроки\7 класс \Презентации. В этом каталоге он удалил файл Введение.ppt, полное имя которого Д:\Уроки\7 класс \Презентации\ Введение.ppt.

Итак, сегодня мы узнали, что такое файл, какое имя он может иметь, какие операции можно выполнять над файлами. Также познакомились с понятиями каталог, файловая структура диска.

Материал для углубленного изучения темы.

Файловый менеджер Double Commander.

Double Commander‑ бесплатный файловый менеджер с двухоконным интерфейсом. Программа работает на разных операционных системах: Windows, Linux, MAC OS.

В программу встроены инструменты для группового переименования файлов и синхронизации, все операции выполняются в фоновом режиме, реализована поддержка вкладок, встроен просмотр файлов, эскизов, работа с архивами, расширенный поиск файлов, функция приостановки файловых операций, имеется поддержка некоторых плагинов для TotalCommander и т. д.

Внешний вид DoubleCommader является традиционным для программ подобного типа. Сверху расположены панели инструментов, список дисков, вкладки, собственно, список файлов, внизу находится командная строка и кнопки для тех, кто еще не запомнил наиболее часто используемые файловые операции, но можно скрыть эту панель,

DoubleCommander имеет огромное количество настроек. Настроить можно практически каждый элемент окна, главное найти нужные галочки или поля ввода.

Работа с избранными папками осуществляется с помощью меню, выпадающего при нажатии на кнопку «*». Выглядит оно следующим образом:

Сверху перечислены папки, добавленные в избранные, а снизу два пункта меню для добавления/удаления папки из выбранной панели в список.

Что касается группового переименования, то интерфейс для него выглядит следующим образом:

При переименовании можно использовать регулярные выражения и различные поля вроде счетчика (чтобы добавлять к каждому последующему файлу свой номер), даты, времени создания файла.

В DoubleCommander есть возможность с помощью горячих клавиш (или пункта меню) копировать в буфер обмена имя файла или полный путь до него, Правда, это решается двумя горячими клавишами: сначала переходим к «редактированию пути» в заголовке панели, затем выделенный путь можно скопировать с помощью стандартной комбинации Ctrl+C. Панель быстрого фильтра, позволяет искать файлы/папки в текущей папке, а при необходимости скрыть все файлы и папки, не удовлетворяющие критерию поиска.

Для поиска файлов в DoubleCommander довольно удобный интерфейс. Есть возможность вынесения результатов поиска на панель.

Программа DoubleCommander создана коллективом разработчиков из России, которые стремятся создать файловый менеджер, аналогичный по функциональности TotalCommander. Программа активно развивается.

Разбор решения заданий тренировочного модуля.

№1.Тип задания: выделение цветом.

Укажите, какое из указанных ниже имён файлов удовлетворяет маске ?ese*ie.?t*

Так как маска – это последовательность букв, цифр и других, допустимых в именах файлов символов, среди которых встречаются следующие: «?» – означает ровно один последовательный символ, «*» – означает любую (в том числе и пустую) последовательность символов произвольной длины. Рассмотрев маску?ese*ie.?t*, вопросительный знак – это один символ, т.е. s, * – это последовательность символов произвольной длины, т.е. может подойти ответ первый и последний, т.к. * – это ещё и пустой символ. Но, рассматривая расширение, и также рассуждая, последний вариант ответа не подходит, потому что на втором месте стоит буква t. Следовательно, выделяем цветом первый вариант ответа.

Ответ: seseie.ttx

№2.Тип задания: восстановление последовательности элементов.

Восстановите полное имя файла.

Файл Онегин.doc хранится на жёстком диске в каталоге ПОЭЗИЯ, который является подкаталогом каталога ЛИТЕРАТУРА. В таблице приведены фрагменты полного имени файла:

Логическая запись при хранении на внешних носителях является той же информационной единицей, что и при хранении в ОЗУ. Отличие состоит в том, что при хранении на носителе запись является минимальным и неделимым элементом представления данных. Это означает, что после размещения записи на носителе отсутствует доступ к ее отдельным полям, а операции переноса на носитель и считывание с него производятся целиком со всей записью. Поскольку обработка записей при их хранении не происходит, не требуется и различия типов данных, т.е. запись может состоять из одного элементарного данного, группы данных или содержать структурированные данные. Единственной характеристикой отдельной записи является ее длина, а допустимыми операциями - перенос на носитель и считывание и него.

После размещения данных на носителе они превращаются в физическую запись.

Физическая запись – элемент поверхности носителя, на котором в соответствии с физическими принципами функционирования носителя размещаются данные, составляющие логическую запись.

Объединение физических записей образует файл.

Файл – поименованная совокупность данных, хранящихся на внешнем носителе.

Любые файлы содержат данные, закодированные с помощью двоичного алфавита. Однако способы кодирования и назначение файлов могут быть различными. По этой причине файлам приписывается еще одна характеристика – тип. Тип входит в идентификатор файла и указывается в виде расширения имени, например, Глава_7.doc, proba.pas или calc.exe. Принципиально различными по типам следует считать программные (исполняемые) файлы и файлы данных. Программные файлы содержат тексты программ в машинном коде; они могут быть загружены в ОЗУ и исполняться. Программные файлы имеют расширение com или exe; к этой же категории относятся так называемые командные файлы (расширение bat), содержащие в текстовом формате команды MS DOS, которые могут последовательно выполняться как программа. Файлы данных формируются в результате работы какой-либо программы; они не являются исполняемыми и служат только в качестве хранилищ данных. Многие программные системы при формировании файлов данных приписывают им вполне определенные расширения – по ним можно установить, какой программой файл создан; например, расширения txt, doc, rtf имеют файлы, подготовленные в текстовых редакторах, bmp, jpg, gif, cdr – графические файлы, pas, bas, c – файлы с текстами программ и т.д. Тип файла, как и его, собственно имя, являются частью описания файла и сохраняются системой, ведающей размещением файлов на носителе.

Самым верхним уровнем представления данных на внешних носителях являются структуры файлов – каталоги (в операционной системе Windows-95, 98 принят термин «папки»).

Каталог – это поименованная совокупность файлов и подкаталогов (т. е. вложенных каталогов). Каталог самого верхнего уровня иерархии называется корневым. Он не вложен ни в какие другие каталоги.

Создает и поддерживает файловые структуры, определяет максимальный уровень вложенности каталогов, а также производит все операции с файлами и каталогами часть операционной системы компьютера – файловая система.

Путь к файлу – это последовательность, состоящая из имен каталогов (разделенных символом «\»), начиная от корневого и заканчивая тем, в котором непосредственно хранится файл.

Полное имя файла состоит из имени логического диска, пути к файлу и имени файла. В одном каталоге не может быть нескольких файлов и каталогов с одинаковыми именами. В разных каталогах это допустимо.

Логический диск – это физический (реальный) диск или часть физического диска, которому присвоено собственное имя.

Имена логических дисков задаются первыми буквами латинского алфавита с двоеточием: A:,B:,C: и т.д. Обычно с одним гибким магнитным диском связан один логический диск (A:, B:), а жесткий диск делится на несколько логических (C:, D: и т.д.).

Дерево: графическое изображение иерархической файловой структуры диска.

Структура дисков

Устройства внешней памяти: магнитные диски и ленты, оптические (лазерные) диски, магнитооптические диски.

Дисководы – устройства чтения/записи информации на диски. Различают гибкие магнитные диски – дискеты и жесткие магнитные диски. Жесткие магнитные диски встроены в дисковод и в отличие от дискет являются несъемными.

Структура магнитного диска: одна или несколько сторон (магнитных поверхностей), разделенных на концентрические дорожки, каждая из которых, в свою очередь, поделена на сектора, состоящие из «клеточек» - байтов. Все секторы на одном диске имеют фиксированный размер. Вся работа по считыванию и записи данных на дисках производится только полными секторами. Полный объем памяти диска определяется формулой:

ОБЪЕМ = СТОРОНЫ * ДОРОЖКИ * СЕКТОРА * БАЙТЫ,

Где СТОРОНЫ – количество сторон диска, ДОРОЖКИ – количество дорожек на стороне, СЕКТОРА – количество секторов на дорожке, БАЙТЫ – количество байт в секторе.

Информация на устройствах внешней памяти имеет файловую организацию.

Примеры решенных задач.

Пример №1.
Дано дерево файловой структуры диска. Заглавными буквами обозначены имена каталогов, строчными – имена файлов.

Перечислить имена каталогов 1-го, 2-го, 3-го уровней. Указать путь к файлу letter.txt от корневого каталога. Указать путь к файлу letter1.doc от корневого от корневого каталога, а к файлу letter2.doc – от каталога WORK. Указать полные имена файлов letter.txt и letter1.doc, если файловая структура хранится на диске C.

Каталоги 1-го уровня COMPUTER, WORK,UROK. Каталоги второго уровня – IBM, APPLE, DOCUMENT, PRINT. Каталоги 3-го уровня – DOC1, DOC2.

Путь к файлу letter.txt от корневого каталога: \WORK\PRINT. Путь к файлу letter1.doc от корневого каталога: \WORK\DOCUMENT\DOC2. Пут к файлу letter2.doc от каталога WORK\DOCUMENT\DOC2.

Полные имена файлов letter.txt и letter1.doc:

C:\WORK\PRINT\letter.txt и
C:\WORK\DOCUMENT\DOC2\letter1.doc

Задания для самостоятельной работы.

№1. Двухсторонняя дискета имеет объем 1200 Кбайт. Сколько дорожек на одной стороне дискеты, если каждая дорожка содержит 15 секторов по 4096 бит?

№2. Какой объем имеет двухсторонняя дискета, если каждая сторона ее разбита на 80 дорожек по 20 секторов на дорожке? Объем каждого сектора составляет 0.5 Кбайт.

№3. Какой объем имеет каждый сектор двухсторонней дискеты емкостью 1440 Кбайт, если каждая сторона дискеты разбита на 80 дорожек по 18 секторов на дорожке?

№4. Сколько файлов размером 100 Кбайт каждый можно разместить на дискете объемом 1) 1,2 Мбайт; 2) 1.44 Мбайт?

№5. В результате повреждения односторонней дискеты 10% секторов оказались дефектными, что составило 36864 байта. Какой объем имеет дискета?

№6. На скольких дискетах емкостью 1440 Кбайт можно разместить содержимое жесткого диска объемом 1 Гбайт?

№7. Дано дерево иерархической файловой структуры на магнитном диске. Заглавными буквами обозначены имена каталогов, строчными – имена файлов:

Перечислить каталоги 1-го, 2-го, 3-го уровней, если они есть. Указать пути от корневого каталога к каждому из файлов.

№8. Указаны пути от корневого каталога к некоторым файлам, хранящимся на магнитном диске. Заглавными буквами обозначены имена каталогов, строчными – имена файлов:

Рядовому пользователю компьютерных электронных устройств редко, но приходится сталкиваться с таким понятием, как «выбор файловой системы». Чаще всего это происходит при необходимости форматирования внешних накопителей (флешек, microSD), установке операционных систем, восстановлении данных на проблемных носителях, в том числе жестких дисках. Пользователям Windows предлагается выбрать тип файловой системы, FAT32 или NTFS, и способ форматирования (быстрое/глубокое). Дополнительно можно установить размер кластера. При использовании ОС Linux и macOS названия файловых систем могут отличаться.

Возникает логичный вопрос: что такое файловая система и в чем ее предназначение? В данной статье дадим ответы на основные вопросы касательно наиболее распространенных ФС.

Что такое файловая система

Обычно вся информация записывается, хранится и обрабатывается на различных цифровых носителях в виде файлов. Далее, в зависимости от типа файла, кодируется в виде знакомых расширений – *exe, *doc, *pdf и т.д., происходит их открытие и обработка в соответствующем программном обеспечении. Мало кто задумывается, каким образом происходит хранение и обработка цифрового массива в целом на соответствующем носителе.

Операционная система воспринимает физический диск хранения информации как набор кластеров размером 512 байт и больше. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги, которые также являются файлами, содержащими список других файлов в этом каталоге. Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Запись файлов большого объема приводит к необходимости фрагментации, когда файлы не сохраняются как целые единицы, а делятся на фрагменты. Каждый фрагмент записывается в отдельные кластеры, состоящие из ячеек (размер ячейки составляет один байт). Информация о всех фрагментах, как части одного файла, хранится в файловой системе.

Файловая система связывает носитель информации (хранилище) с прикладным программным обеспечением, организуя доступ к конкретным файлам при помощи функционала взаимодействия программ A PI. Программа, при обращении к файлу, располагает данными только о его имени, размере и атрибутах. Всю остальную информацию, касающуюся типа носителя, на котором записан файл, и структуры хранения данных, она получает от драйвера файловой системы.

На физическом уровне драйверы ФС оптимизируют запись и считывание отдельных частей файлов для ускоренной обработки запросов, фрагментации и «склеивания» хранящейся в ячейках информации. Данный алгоритм получил распространение в большинстве популярных файловых систем на концептуальном уровне в виде иерархической структуры представления метаданных (B-trees). Технология снижает количество самых длительных дисковых операций – позиционирования головок при чтении произвольных блоков. Это позволяет не только ускорить обработку запросов, но и продлить срок службы HDD. В случае с твердотельными накопителями, где принцип записи, хранения и считывания информации отличается от применяемого в жестких дисках, ситуация с выбором оптимальной файловой системы имеет свои нюансы.

Основные функции файловых систем

Файловая система отвечает за оптимальное логическое распределение информационных данных на конкретном физическом носителе. Драйвер ФС организует взаимодействие между хранилищем, операционной системой и прикладным программным обеспечением. Правильный выбор файловой системы для конкретных пользовательских задач влияет на скорость обработки данных, принципы распределения и другие функциональные возможности, необходимые для стабильной работы любых компьютерных систем. Иными словами, это совокупность условий и правил, определяющих способ организации файлов на носителях информации.

Основными функциями файловой системы являются:

размещение и упорядочивание на носителе данных в виде файлов;
определение максимально поддерживаемого объема данных на носителе информации;
создание, чтение и удаление файлов;
назначение и изменение атрибутов файлов (размер, время создания и изменения, владелец и создатель файла, доступен только для чтения, скрытый файл, временный файл, архивный, исполняемый, максимальная длина имени файла и т.п.);
определение структуры файла;
поиск файлов;
организация каталогов для логической организации файлов;
защита файлов при системном сбое;
защита файлов от несанкционированного доступа и изменения их содержимого.

Задачи файловой системы

Функционал файловой системы нацелен на решение следующих задач:

присвоение имен файлам;
программный интерфейс работы с файлами для приложений;
отображение логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
поддержка устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
содержание параметров файла, необходимых для правильного взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр.).

В многопользовательских системах реализуется задача защиты файлов от несанкционированного доступа, обеспечение совместной работы. При открытии файла одним из пользователей для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

Вся информация о файлах хранится в особых областях раздела (томах). Структура справочников зависит от типа файловой системы. Справочник файлов позволяет ассоциировать числовые идентификаторы уникальных файлов и дополнительную информацию о них с непосредственным содержимым файла, хранящимся в другой области раздела.

Операционные системы и типы файловых систем

Существует три основных вида операционных систем, используемых для управления любыми информационными устройствами: Windows компании Microsoft, macOS разработки Apple и операционные системы с открытым исходным кодом на базе Linux. Все они, для взаимодействия с физическими носителями, используют различные типы файловых систем, многие из которых дружат только со «своей» операционкой. В большинстве случаев они являются предустановленными, рядовые пользователи редко создают новые дисковые разделы и еще реже задумываются об их настройках.

В случае с Windows все выглядит достаточно просто: NTFS на всех дисковых разделах и FAT32 (или NTFS) на флешках. Если установлен NAS (сервер для хранения данных на файловом уровне), и в нем используется какая-то другая файловая система, то практически никто не обращает на это внимания. К нему просто подключаются по сети и качают файлы.

На мобильных гаджетах с ОС Android чаще всего установлена ФС версии ext4 во внутренней памяти и FAT32 на карточках microSD. Владельцы продукции Apple зачастую вообще не имеют представления, какая файловая система используется на их устройствах – HFS+, HFSX, APFS, WTFS или другая. Для них существуют лишь красивые значки папок и файлов в графическом интерфейсе.

Более богатый выбор у линуксоидов. Но здесь настройка и использование определенного типа файловой системы требует хотя бы минимальных навыков программирования. Тем более, мало кто задумывается, можно ли использовать в определенной ОС «неродную» файловую систему. И зачем вообще это нужно.

Рассмотрим более подробно виды файловых систем в зависимости от их предпочтительного использования с определенной операционной системой.

Файловые системы Windows

Исходный код файловой системы, получившей название FAT, был разработан по личной договоренности владельца Microsoft Билла Гейтса с первым наемным сотрудником компании Марком Макдональдом в 1977 году. Основной задачей FAT была работа с данными в операционной системе Microsoft 8080/Z80 на базе платформы MDOS/MIDAS. Файловая система FAT претерпела несколько модификаций – FAT12, FAT16 и, наконец, FAT32, которая используется сейчас в большинстве внешних накопителей. Основным отличием каждой версии является преодоление ограниченного объема доступной для хранения информации. В дальнейшем были разработаны еще две более совершенные системы обработки и хранения данных – NTFS и ReFS.

FAT (таблица распределения файлов)

Числа в FAT12, FAT16 и FAT32 обозначают количество бит, используемых для перечисления блока файловой системы. FAT32 является фактическим стандартом и устанавливается на большинстве видов сменных носителей по умолчанию. Одной из особенностей этой версии ФС является возможность применения не только на современных моделях компьютеров, но и в устаревших устройствах и консолях, снабженных разъемом USB.

Пространство FAT32 логически разделено на три сопредельные области:

зарезервированный сектор для служебных структур;
табличная форма указателей;
непосредственная зона записи содержимого файлов.

К недостатком стандарта FAT32 относится ограничение размера файлов на диске до 4 Гб и всего раздела в пределах 8 Тб. По этой причине данная файловая система чаще всего используется в USB-накопителях и других внешних носителях информации. Для установки последней версии ОС Microsoft Windows 10 на внутреннем носителе потребуется более продвинутая файловая система.

С целью устранения ограничений, присущих FAT32, корпорация Microsoft разработала обновленную версию файловой системы exFAT (расширенная таблица размещения файлов). Новая ФС очень схожа со своим предшественником, но позволяет пользователям хранить файлы намного большего размера, чем четыре гигабайта. В exFAT значительно снижено число перезаписей секторов, ответственных за непосредственное хранение информации. Функция очень важна для твердотельных накопителей ввиду необратимого изнашивания ячеек после определенного количества операций записи. Продукт exFAT совместим с операционными системами Mac, Android и Windows. Для Linux понадобится вспомогательное программное обеспечение.

NTFS (файловая система новой технологии)

Стандарт NTFS разработан с целью устранения недостатков, присущих более ранним версиям ФС. Впервые он был реализован в Windows NT в 1995 году, и в настоящее время является основной файловой системой для Windows. Система NTFS расширила допустимый предел размера файлов до шестнадцати гигабайт, поддерживает разделы диска до 16 Эб (эксабайт, 10 18 байт ). Использование системы шифрования Encryption File System (метод «прозрачного шифрования») осуществляет разграничение доступа к данным для различных пользователей, предотвращает несанкционированный доступ к содержимому файла. Файловая система позволяет использовать расширенные имена файлов, включая поддержку многоязычности в стандарте юникода UTF, в том числе в формате кириллицы. Встроенное приложение проверки жесткого диска или внешнего накопителя на ошибки файловой системы chkdsk повышает надежность работы харда, но отрицательно влияет на производительность.

ReFS (Resilient File System)

Последняя разработка Microsoft, доступная для серверов Windows 8 и 10. Архитектура файловой системы в основном организована в виде B + -tree. Файловая система ReFS обладает высокой отказоустойчивостью благодаря реализации новых функций:

Copy-on-Write (CoW) – никакие метаданные не изменяются без копирования;
данные записываются на новое дисковое пространство, а не поверх существующих файлов;
при модификации метаданных новая копия хранится в свободном дисковом пространстве, затем система создает ссылку из старых метаданных на новую версию.

Все это позволяет повысить надежность хранения файлов, обеспечивает быстрое и легкое восстановление данных.

Файловые системы macOS

Для операционной системы macOS компания Apple использует собственные разработки файловых систем:

HFS+, которая является усовершенствованной версией HFS, ранее применяемой на компьютерах Macintosh, и ее более соверешенный аналог APFS. Стандарт HFS+ используется во всех устройствах под управлением продуктов Apple, включая компьютеры Mac, iPod, а также Apple X Server.
Кластерная файловая система Apple Xsan, созданная из файловых систем StorNext и CentraVision, используется в расширенных серверных продуктах. Эта файловая система хранит файлы и папки, информацию Finder о просмотре каталогов, положениях окна и т.д.

Файловые системы Linux

В отличие от ОС Windows и macOS, ограничивающих выбор файловой системы предустановленными вариантами, Linux предоставляет возможность использования нескольких ФС, каждая из которых оптимизирована для решения определенных задач. Файловые системы в Linux используются не только для работы с файлами на диске, но и для хранения данных в оперативной памяти или доступа к конфигурации ядра во время работы системы. Все они включены в ядро и могут использоваться в качестве корневой файловой системы.

Основные файловые системы, используемые в дистрибутивах Linux:

Ext2, Ext3, Ext4 или Extended Filesystem – стандартная файловая система, первоначально разработанная еще для Minix. Содержит максимальное количество функций и является наиболее стабильной в связи с редкими изменениями кодовой базы. Начиная с ext3 в системе используется функция журналирования. Сегодня версия ext4 присутствует во всех дистрибутивах Linux.

JFS или Journaled File System разработана в IBM в качестве альтернативы для файловых систем ext. Сейчас она используется там, где необходима высокая стабильность и минимальное потребление ресурсов (в первую очередь в многопроцессорных компьютерах). В журнале хранятся только метаданные, что позволяет восстанавливать старые версии файлов после сбоев.

ReiserFS также разработана в качестве альтернативы ext3, поддерживает только Linux. Динамический размер блока позволяет упаковывать несколько небольших файлов в один блок, что предотвращает фрагментацию и улучшает работу с небольшими файлами. Недостатком является риск потери данных при отключении энергии.

XFS рассчитана на файлы большого размера, поддерживает диски до 2 терабайт. Преимуществом системы является высокая скорость работы с большими файлами, отложенное выделение места, увеличение разделов на лету, незначительный размер служебной информации. К недостаткам относится невозможность уменьшения размера, сложность восстановления данных и риск потери файлов при аварийном отключении питания.

Btrfs или B-Tree File System легко администрируется, обладает высокой отказоустойчивостью и производительностью. Используется как файловая система по умолчанию в OpenSUSE и SUSE Linux.

Другие ФС, такие как NTFS, FAT, HFS, могут использоваться в Linux, но корневая файловая система на них не устанавливается, поскольку они для этого не предназначены.

Дополнительные файловые системы

В операционных системах семейства Unix BSD (созданы на базе Linux) и Sun Solaris чаще всего используются различные версии ФС UFS (Unix File System), известной также под названием FFS (Fast File System). В современных компьютерных технологиях данные файловые системы могут быть заменены на альтернативные: ZFS для Solaris, JFS и ее производные для Unix.

Кластерные файловые системы включают поддержку распределенных хранилищ, расширяемость и модульность. К ним относятся:

ZFS – «Zettabyte File System» разработана для распределенных хранилищ Sun Solaris OS;
Apple Xsan – эволюция компании Apple в CentraVision и более поздних разработках StorNext;
VMFS (Файловая система виртуальных машин) разработана компанией VMware для VMware ESX Server;
GFS – Red Hat Linux именуется как «глобальная файловая система» для Linux;
JFS1 – оригинальный (устаревший) дизайн файловой системы IBM JFS, используемой в старых системах хранения AIX.

Практический пример использования файловых систем

Владельцы мобильных гаджетов для хранения большого объема информации используют дополнительные твердотельные накопители microSD (HC), по умолчанию отформатированные в стандарте FAT32. Это является основным препятствием для установки на них приложений и переноса данных из внутренней памяти. Чтобы решить эту проблему, необходимо создать на карточке раздел с ext3 или ext4. На него можно перенести все файловые атрибуты (включая владельца и права доступа), чтобы любое приложение могло работать так, словно запустилось из внутренней памяти.

Операционная система Windows не умеет делать на флешках больше одного раздела. С этой задачей легко справится Linux, который можно запустить, например, в виртуальной среде. Второй вариант - использование специальной утилиты для работы с логической разметкой, такой как MiniTool Partition Wizard Free . Обнаружив на карточке дополнительный первичный раздел с ext3/ext4, приложение Андроид Link2SD и аналогичные ему предложат куда больше вариантов.

Флешки и карты памяти быстро умирают как раз из-за того, что любое изменение в FAT32 вызывает перезапись одних и тех же секторов. Гораздо лучше использовать на флеш-картах NTFS с ее устойчивой к сбоям таблицей $MFT. Небольшие файлы могут храниться прямо в главной файловой таблице, а расширения и копии записываются в разные области флеш-памяти. Благодаря индексации на NTFS поиск выполняется быстрее. Аналогичных примеров оптимизации работы с различными накопителями за счет правильного использования возможностей файловых систем существует множество.

Надеюсь, краткий обзор основных ФС поможет решить практические задачи в части правильного выбора и настройки ваших компьютерных устройств в повседневной практике.

Читайте также: