Тема: Файловая система ОС.

Часть операционной системы, работающей с файлами, называется файловой системой (ФС)

Аспекты ФС (с точки зрения пользователя) является ее внешнее представление, т.е.

именование и защита файлов;

операции с файлами;

Именование файлов :

При создании файла процесс дает файлу имя. Когда процесс завершает работу, файл продолжает свое существование, и по его имени к файлу могут иметь доступ другие процессы.

Все современные ОС в качестве имен файлов используют 8-ми символьные текстовые строки. Также в именах файлов также разрешается использование цифр и специальных символов. Многие файловые системы поддерживают имена файлов до 255 символов.

В некоторых файловых системах есть различие между прописными и строчными буквами (например, Unix). В ОС MS-DOS такого различия нет.

Многие ОС, например, Windows 95 , Windows 98 используют ФС ОС MS - DOS , и наследуют многие ее свойства, включая именование файлов. ОС Windows NT , Windows 2000 также поддерживают ФС MS - DOS и наследуют ее свойства. Однако у последних двух ОС имеется своя ФС ( NTFS ) , обладающая своими свойствами (например, именами файлов в кодировке Unicode ).

Во многих ОС имена файлов могут состоять из 2-х частей, разделенных точкой

(имя файла. расширение файла) и обычно означает тип файла.

В MS - DOS имя файла содержит 8 символов + 3 символа отводится на расширение файла. В некоторых ОС (например, Unix ) расширения файлов являются просто соглашениями , которые могут придерживаться пользователи.

Способы структурирования файлов:

Неструктурированная последовательность байтов .

В этом случае ОС не интересуется содержимым файла . Все что она видит, это байты. Значения этим байтам придается программами уровня пользователя. Такой подход используется в ОС Windows , Unix . Такой подход обеспечивает максимальную гибкость .

Последовательность записей

первый шаг к структурированию файлов. В данной модели файл- последовательность записей фиксированной длины, каждая со своей внутренней структурой. В этом подходе важным является то, что операция чтения возвращает одну запись, а операция записи перезаписывает или дополняет одну запись.

Третий вариант – файл представляет собой дерево записей , не обязательно одной и той же длины.

Каждая запись в фиксированной позиции содержит поле ключа. Дерево сортировано по ключевому полю, что обеспечивает быстрый поиск заданного ключа. Такой вариант представления файловых систем широко применяются на больших мэйнфреймах, которые используются для коммерческой обработки данных.

Типы файлов:

Регулярные файлы – к ним относятся все файлы, содержащие информацию пользователя.

Каталоги – системные файлы, обеспечивающие поддержку структуры ФС.

Символьные специальные файлы – имеют отношение к вводу-выводу и используются для моделирования последовательных устройств ввода-вывода, таких, как терминалы, принтеры, сети.

Блочные специальные файлы – используются для моделирования дисков.

Регулярные файлы в основном являются либо ASCII-файлами, либо двоичными файлами. ASCII-файлы состоят из текстовых строк. В некоторых ОС каждая строка завершается символом возврата каретки. В некоторых (unix) используется символ перевода строки . В ОС MS-DOS используются оба символа. Строки не обязаны иметь одну и ту же длину.

Остальные файлы называются двоичными файлами, т.е. они не являются ASCII-файлами. Обычно у них есть некая внутренняя структура, известная программе, использующей их (рисунок 6.2).

Доступ к файлам:

В старых ОС предоставлялся только один доступ к файлам – последовательный. При последовательном доступе к файлу процесс может читать байты файла или его записи только последовательно.

Файлы, байты которых могут быть прочитаны в произвольном порядке, называются файлами произвольного (прямого ) доступа. Используются например для приложений БД.

Атрибуты файла:

Дополнительные сведения о файле (дата, время создания) называют атрибутами файла. Список атрибутов может быть разным в зависимости от ОС.

Атрибут Значение

Защита Кто и каким образом может получить доступ к файлу

Пароль Пароль для получения доступа к файлу

Создатель Идентификатор пользователя, создавшего файл

Владеделец Текущий владелец

Флаг «Только чтение» 0 –для чтения/записи; 1- только чтение

Флаг «Скрытый» 0 – нормальный, 1 – не отображать в перечне файлов каталога

Флаг «Системный» 0 – нормальный; 1- системный

Флаг «Архивный» 0 – заархивирован; 1 – требуется архивация

Флаг ASCII/двоичный0 – ASCII ; 1- двоичный

Флаг произвольного доступа 0 – только последовательный доступ; 1 – произвольный доступ

Флаг «временный» 0 – нормальный, 1- для удаления файла по окончании процесса

Флаги блокировки 0 – неблокированный; отличный от нуля для блокированного

Длина записи Количество байтов в записи

Время создания Дата и время создания файла

Время последнего

доступа Дата и время последнего изменения файла

Текущий размер Количество байтов в файле

Максимальный размер Кол-во байтов до которого можно увеличивать размер файла

Операции с файлами

Для работы с файлами могут использоваться в ос следующие системные функции:

Create (Создание). Файл создается без данных. Этот системный вызов объявляет о появлении нового файла и позволяет установить некоторые его атрибуты.

Delete (Удаление). Удаление файла.

Open (Открытие) – перед работой с файлом, необходимо его открыть. Данный системный вызов позволяет системе прочитать в оперативную память атрибуты файла и список дисковых адресов для быстрого доступа к содержимому файла при последующих вызовах.

Close (закрытие).

Read (чтение). Чтение данных из файла.

Write (запись). Если текущая позиция находится в конце файла, размер файла автоматически увеличивается. В противном случае запись производится поверх существующих данных, которые теряются навсегда

Append (добавление). Усеченная форма Write. Может добавлять данные только в конец файла.

Seek (поиск). Для файлов произвольного доступа. Устанавливает файловый указатель в определенную позицию в файле. После выполенения этого системного вызова данные могут читаться или записываться в этой позиции.

Get attributes (получение атрибутов).

Set attributes (Установка атрибутов)

Rename (переименование) – изменение имени файла.

Типы файловых систем (форма каталога):

Одноуровневая ФС. Наличие корневого каталога.

Двухуровневая система каталогов. Наличие корневого каталога - каталоги пользователей.

Иерархическая (многоуровневая) каталоговая система – множество каталогов и подкаталогов.

Системные вызовы для работы с каталогами:

Create – создание каталога.

Delete – удаление каталога.

Opendir – открытие каталога.

Closedir – закрытие каталога.

Readdir – чтение следующего элемента открытого каталога.

Rename – переименование каталога.

Link – Установление связей.

Структура файловой системы (разработчик)

Файловые системы хранятся на дисках. Большинство дисков могут делиться на несколько разделов с независимой ФС на каждом разделе.

Сектор 0 диска называется главной загрузочной записью (MBR , Master Boot Record ) и используется для загрузки компьютера.

В конце главной загрузочной записи содержится таблица разделов. В этой таблице хранятся начальные и конечные адреса (номера блоков) каждого раздела. Один из разделов помечен в таблице как активный.

При загрузке компьютера BIOS считывает и исполняет MBR – запись, после чего загрузчик в MBR-записи определяет активный раздел диска, считывает его первый блок, называемый загрузочным, и исполняет его.

Программа, находящаяся в загрузочном блоке, загружает ОС, находящуюся в этом разделе.

Каждый дисковый раздел начинается с загрузочного блока, даже если в нем не содержится загружаемой ОС.

Часто ФС содержат некоторые из элементов, показанных на рис. 6.8. Один из таких элементов, называемый суперблоком , содержит ключевые параметры ФС и считывается в память при загрузке компьютера или при первом обращении к ФС. Типичная информация, хранящаяся в суперблоке, включает магическое число, позволяющее различать системные файлы, количество блоков в ФС, а также ключевую административную информацию.

Следом располагается информация о свободных блоках файловой системы, например в виде битового массива или списка указателей . За этими данными может следовать информация об i -узлах , представляющих собой массив структур данных, по одной структуре на файл, содержащих всю информацию о файлах.

Следом может размещаться корневой каталог , содержащий вершину дерева ФС. Остальное место дискового раздела занимают все остальные файлы и каталоги.

Структура ФС MS - DOS

Жесткие диски предназначены для постоянного хранения информации.

Диск имеет равномерное покрытие, в котором запоминаются данные. DOS располагает данные последовательностями по 512 байт , которые называются секторами , но в принципе операционная система может организовывать данные на диске как угодно.

Представьте, что вы получаете почту от своих друзей или коллег, а во вложении они отправили вам какой-то документ в виде прикреплённого к письму файла, в котором есть нужная вам информация. Вы сохраняете этот файл на свой компьютер, но видите, что вместо привычных значков какой-либо программы (Word, Excel, PDF и т.д.) никакого значка нет, а Windows считает, что это какой-то файл с неизвестным форматом. Зачастую это происходит из-за того, что файл в процессе прикрепления к письму отправителем (или при сохранении файла на компьютер получателем) теряет своё расширение, и операционная система Windows перестаёт понимать, что за тип файла перед ней, и соответственно не знает, какой программой нужно открывать такой файл. Что такое расширение файла, и как их отображать и скрывать в различных версиях Windows, вы можете прочитать в .

Второй наиболее частой причиной потери расширения файла является неаккуратное переименование файла, когда у вас в Windows задан режим отображения расширений всех известных типов файлов, и вы при попытке переименовать файл случайно стираете расширение файла и получаете в итоге документ неизвестного происхождения, который уже не сможете открыть двойным щелчком мышки. Например, файл у вас назывался «Письмо.doc», который раньше легко открывался с помощью программы Word, а после переименования он стал называться «Письмо по работе». Обратите внимание, что у файла теперь нет расширения «.doc», которое было случайно стёрто при изменении имени файла, и теперь этот файл не будет открываться двойным щелчком мышки, а попытается спросить у вас, какой именно программой нужно открывать этот файл.

Хорошо, если вы точно знаете, какой тип файла перед вами, и можете просто добавить ему нужное расширение, например, doc или xls, чтобы он автоматически открывался с помощью двойного щелчка мышки по нему. В отдельной статье вы можете прочитать о . Но что делать, если перед вами файл, тип которого вы не знаете? Есть как минимум два способа узнать, какой перед вами тип файла, и задать ему правильное расширение.

В этой статье мы с вами проведём эксперимент — возьмём несколько готовых файлов разных форматов, которые рассматривали в вышеуказанной статье, сотрём им расширения, как будто они были утеряны или случайно удалены, и попытаемся узнать, какой тип имеет каждый файл, и какое ему нужно добавить расширение, чтобы легко открыть его.

В нашем эксперименте будут участвовать несколько файлов:

1. Bonnie Tyler — Turn around.mp3 — песня в формате mp3
2. bonus.mp4 — небольшое видео в формате mp4
3. KeePass-2.28.exe — установочный файл программы KeePass (об этой замечательной программе я расскажу вам в одной из следующих статей)
4. math.zip — архив zip
5. Point Break.avi — небольшое видео формата avi
6. Tulips.jpg — картинка с тюльпанами
7. Доклад.ppt — презентация, сделанная в MS PowerPoint 2003
8. Материалы к совещанию.pptx — презентация, сделанная в MS PowerPoint 2007
9. Письмо.doc — текстовый файл, сделанный в редакторе MS Word 2003
10. Приказ.docx — текстовый файл, сделанный в редакторе MS Word 2007
11. Приложение 4.rar — архив rar
12. резолюция.pdf — файл в формате pdf
13. Таблица соответствия.xlsx — файл с данным, сделанный в табличном редакторе MS Excel 2007
14. Табличные данные.xls — файл с данным, сделанный в табличном редакторе MS Excel 2003

На картинке ниже у всех файлов стоят свои расширения (выделены рамочками с красными краями):

Удаляем все расширения файлов, и после этого пропадают все значки программ, с помощью которых можно открывать эти файлы. В Windows XP это выглядит так:

В Windows 7 это выглядит немного по-другому, но смысл тот же — операционная система не знает, какой программой открывать эти файлы.

Теперь при попытке открыть любой файл Windows предложит нам сначала выбрать программу, которой нужно открывать этот файл:

И здесь надо быть аккуратным, поскольку неправильный выбор программы для данного типа файла приведёт к тому, что файл не откроется, и программа выдаст ошибку, а за данным файлом закрепится неправильная ассоциация программы его открытия.

Иногда о том, какой перед нами тип файла и какое расширение у должно быть, можно догадаться и по названию файла. Но мы возьмём тот случай, когда это сделать невозможно.

Итак, перед нами куча файлов с неизвестными форматами и расширениями, и нам надо понять, что это за файлы.

Первый способ узнать, что за тип файла перед нами — это посмотреть содержимое этих файлов с помощью простых текстовых редакторов, например, Блокнота, а лучше — либо с помощью встроенных программ просмотра различных файловых менеджеров, таких, как Total Commander или Far, либо с помощью бесплатного усовершенствованного текстового редактора Notepad++. Рекомендую вам скачать и установить его, поскольку у него есть множество преимуществ перед обычным блокнотом.

Берём первый файл «Bonnie Tyler — Turn around», в списке программ для открытия выбираем Notepad++ (если не установили его — используйте обычный Блокнот, но лучше всё-таки Notepad++, поскольку при открытии больших файлов Блокнот просто зависает), и видим какие-то кракозябры:

Смущать это не должно, поскольку для определения типа файла достаточно посмотреть первую строчку содержимого файла. Здесь видно, что файл начинается с букв «ID3″.

Итак, запоминаем, что если внутри файла его содержимое начинается на «ID3 «, то это музыкальный файл формата mp3, и именно это расширение необходимо ему прописать. После указания расширения файл будет распознан системой как музыкальный, и вы сможете его прослушать.

Открываем второй файл «bonus» той же программой Notepad++ и смотрим его содержимое:

Как видим в первой строчке содержимого файла, в ней неоднократно упоминается, что это видеофайл формата mp4 (выделил красным на скриншоте выше). Да и в целом, если вы видите внутри файла текст вроде «ftypmp42 «, то, как правило, это видеофайл формата mp4.

Проделывая ту же самую операцию по просмотру содержимого со всеми остальными файлами, получаем следующую информацию:

1. При открытии содержимого файла KeePass-2.28 видно, что файл начинается с букв MZ — это признак того, что перед нами исполняемый файл exe.
2. При открытии содержимого файла math.zip видно, что файл начинается с букв PK — это говорит нам о том, что данный файл представляет собой архив. Учитывая, что архивы Rar имеют другую запись в содержимом файла, скорее всего это архив Zip, но при этом будьте внимательны и обратите внимание на пункт 6 ниже.
3. При открытии содержимого файла Point Break в первой же строчке видим подсказку, что перед нами видеофайл формата avi.

1. При открытии содержимого файла Tulips видим два определяющих формат файла слова — в начале строки «яШя» и затем — «Exif». Эти слова определяют графический формат файла, в частности jpg, и в данном случае мы точно уверены, что перед нами файл-картинка.

1. Касательно файлов MS Office 2003 «Доклад», «Письмо» и «Табличные данные» — все они во внутреннем содержании начинаются с «РП», поэтому определить сразу, какой из них сделан в Word, Excel или PowerPoint, достаточно сложно. Единственное, в чём можно быть точно уверенным — это то, что данные файлы относятся к одному из приложений MS Office версии 2003 и ниже. Поэтому для открытия таких типов файлов можно использовать перебор трёх расширений, начиная с «doc», затем «xls», затем «ppt». Как правило, одно из них подойдёт.
2. С файлами «Материалы к совещанию», «Приказ», «Таблица соответствия» немного сложнее — поскольку они сделаны в приложениях MS Office 2007, то по сути они представляют собой архивы, и поэтому в начале их содержимого вы увидите те же буквы, что и в архиве Zip — это буквы «PK». Тем не менее, далее в этой же строке можно увидеть строчку .xml, именно она нам подскажет, что перед нами не просто архив, а документ из серии MS Office Так же, как и в предыдущем пункте, можно использовать последовательный перебор трёх расширений «docx», затем «xlsx», затем «pptx». Одно из них должно подойти.

1. При открытии содержимого файла «Приложение 4″ видим, что он начинается со слова «Rar» — это самое простое указание на то, что перед нами архив формата rar.
2. При открытии содержимого файла «резолюция» с самого начала видно указание, что это за файл, поскольку он начинается со строчки «%PDF-1.3″. Цифры могут меняться, но тем не менее аббревиатура pdf обычно присутствует, и указывает на формат файла.

Второй способ определения типа файла требует наличия интернет-соединения, а также желательно, чтобы размер файла был небольшим, поскольку мы будем использовать интернет-сервис для определения формата файла.

Нажимаем мышкой на кнопку «выберите файл», указываем наш файл для анализа (я попробую проанализировать один из сложных файлов «Материалы к совещанию», чтобы увидеть, сможет ли этот анализатор справиться и понять, что этот файл был создан в MS PowerPoint 2007 (у него было расширение pptx, и мы его удалили при нашем эксперименте). После выбора файла нажимаем кнопку «Analize» и получаем следующий результат:

Как видим, сервис с 97%-ой вероятностью определил, что это файл PowerPoint с расширением pptx. И поскольку этот файл также является архивом-контейнером, содержащим внутри себя другие файлы, анализатор также указал трёхпроцентную вероятность, что это может быть архив zip.

Попробуем также проверить, сможет ли этот сервис определить тип нашего файла «резолюция», у которого мы стёрли расширение pdf. Загружаем файл на сервис, нажимаем кнопку «Analize» и видим, что сервис отлично справился с поставленной задачей:

Как я уже говорил, недостатком данного сервиса может быть то, что для анализа файла ему необходимо его полностью загрузить, и если у вас файл большого размера, то этот процесс может затянуться надолго, а то и вовсе не дойти до конца. Поэтому при больших размерах неопознанных файлов попробуйте сначала воспользоваться первым способом определения его типа, а именно — просмотр содержимого файла через файловый менеджер или редактор Notepad++.

Можно конечно воспользоваться специальными программами для определения типа файла, например, File Type Verificator, но на мой взгляд, гораздо проще и быстрее будет воспользоваться одним из двух предложенных выше способов.

Итак, уважаемые посетители сайта, сегодня мы с вами разобрали, как можно определить формат (тип) файла, если было утеряно его расширение. Если у вас появятся какие-либо вопросы, прошу задавать их в комментариях к этой статье.

Навигация записи

Конечно, в ней перечислены не все возможные расширения и типы файлов. Каждая вновь создаваемая программа может использовать как уже имеющийся стандартный тип для своих рабочих файлов, так и иметь свой собственный. Например, графический редактор Adobe Photoshop работает со стандартными форматами рисунков (BMP, JPG, TIF и пр.), но в то же время имеет свой собственный файловый формат (PSD). В музыкальной программе Cubase можно работать со стандартными MIDI-файлами (MID) или звуковыми файлами (WAV), однако чаще используется оригинальный формат (CPR).

Кроме того, поскольку программ существует очень много, возможна ситуация, когда две или более программы будут стараться использовать одинаковое расширение для файлов своего формата. Например, расширение MUS традиционно применяется для нотных файлов формата Finale, однако его же имеют и нотные файлы совершенно другого формата MusicTime.

Получив команду открыть файл (это обычно осуществляется с помощью двойного щелчка мыши на имени или значке этого файла), система прежде всего определяет тип данного файла (как правило, по его расширению). Если файл окажется программой, то его содержимое загружается в память и передается процессору для исполнения. Если же файл имеет другой известный тип, то система сначала открывает ту программу, которая работает с таким типом файлов, и затем открывает его из нее. Если тип файла системе неизвестен, то пользователю будет предложено выбрать рабочую программу самому (рис. 6.1).

Рис. 6.1. Выбор программы для открытия файла.

Большинству пользователей известно, что каждый файл имеет свое наименование, состоящее из самого имени и расширения. Между собой эти два элемента обычно бывают разделены точкой. Имя файла пользователь может выбрать самостоятельно. А вот с расширением все немного сложнее.

Дело в том, что оно привязано к типу файла. Изменять его не рекомендуется. Чаще всего человек работает с одним и тем же форматом файлов, который непосредственно связан с родом его деятельности. Так, например, профессиональные музыканты часто работают со звуковыми файлами. Но есть наиболее распространенные типы файлов, которые используют практически все пользователи в своей повседневной жизни.

К ним относятся:

1. Архивы.

Rar –группа файлов или один файл, который сжат с использованием технологии сжатия rar. Коэффициент сжатия более высокий, чем у формата zip. Аббревиатура rar расшифровывается следующим образом: roshal Archive от имени разработчика, Евгения Рошаля.

— zip – файл, сжатый при помощи технологии zip. Данный формат поддерживается большинством современных архиваторов. Пользователи Windows могут создавать такие архивы, используя программу WinZip.

2. Видео

— Avi — видео файлы с данными, закодированными при помощи различных кодеков. Формат использует меньшую степень сжатия, чем аналогичные форматы. Для воспроизведения avi файлов могут быть использованы различные медиа-плееры. Главное, чтобы программа поддерживала кодек, используемый при кодировании файла.

— mpeg1-2 (MPG) – формат для хранения звука и видео с потерей данных и компрессией.

— mpeg4 (MP4) – клип или видео, сжатый в формате MP4 обычно используется для передачи и обмена файлами в интернете. Также в данном формате могут использоваться различные технологии сжатия для видео и аудио дорожек.

— SWF – файлы с таким расширением создаются при помощи программы Macromedia Flash. Данный формат используется для хранения анимационных клипов и векторной графики. Файлы могут содержать звук. Для их просмотра нужен проигрыватель Flash Player и современный интернет-браузер. Файлы с расширением swf нельзя редактировать.

3. Графические файлы

— bmp – растровый графический формат. Это стандартный формат, используемый для графических файлов в ОС Windows. Сегодня практически все программы и приложения для редактирования изображений, могут читать и редактировать файлы в этом формате. Отличительной чертой формата является то, что изображение не подвергается сжатию.

— gif – Graphics Interchange Format – стандарт, разработанный фирмой CompuServe. Используется для хранения цветных растровых изображений. Формат был создан для использования в сети, поэтому файлы в этом формате имеют малый размер. Gif можно использовать для записи черно-белого изображения. Также можно использовать для сохранения анимации.

JPG — обычно используется для хранения растровых изображений. Формат JPEG отличается высокой степенью сжатия. Это позволяет значительно уменьшить размер файлов. Однако для данного формата характерна потеря качества. Сегодня JPEG считается одним из лучших форматов для хранения цветных изображений и фотографий. Его удобно использовать в Интернете и для рассылки по электронной почте.

— psd – графический формат, используемый при работе с программой Photo Shop.

— tif (tiff) – Тегированный формат, растровый графический формат. Данное расширение используется для сохранения изображений высокого качества. На сегодняшний день данный формат является стандартным для обмена данными. При использовании tif, можно сжимать изображение без потери информации. Tif широко используется пользователями цифровых фотоаппаратов.

4. Текстовые файлы

— doc – текстовый документ, созданный при помощи программы Microsoft Word. В нем может содержаться текст, таблицы, графики, диаграммы, параметры печати и форматирования.

— pdf – текстовый документ, используемый в программе Adobe Acrobat. Подходит для предоставления документов в фиксированной форме. Отображение документа не будет зависеть от типа устройства, но котором оно будет открыто. Это означает, что документ будет отображаться в таком виде, в каком он был создан.

— rtf – формат, используемый для хранения размеченных текстовых документов. Предложен компанией Microsoft. Документы в формате rtf сегодня поддерживается в большинстве текстовых редакторов. Также в наиболее распространенных редакторах реализована возможность импорта и экспорта в формат rtf. В связи с этим формат Rtf довольно часто используется для переноса текста из одной программы в другую. Встроенный в ОС Windows редактор текста WordPad сохраняет все документы в формате rtf по умолчанию.

— txt – стандартный текстовый формат. Позволяет сохранять неформатированный текст. Открыть документ в формате txt можно в любой программе для обработки текста.

5. Звуковые файлы

— midi – с помощью данного формата можно создавать схожие звуки на различных устройствах. Кроме того, этот формат позволяет организовать обмен данными между устройствами.

— mp3 – параметры сжатия, используемые формате MP3 аналогичны тем, которые используют в JPG изображениях. Используя данных формат можно добиться десятикратного сжатия, с соответственной потерей качества звука. Конечно, качество звука в этом формате является предметов споров, но для не профессиональных музыкантов этого вполне достаточно.

— wav – формат, разработанный компанией Microsoft. Используется в операционной системе Windows. При помощи данного формата можно достаточно точно передать звук. При этом формат не занимает много места на диске. Но для передачи в сети интернет формат Wav не подходит.

— wma – формат также разработан компанией windows. Используется для трансляции и хранения звуковых файлов.
Другие распространенные форматы

— exe – в данном формате хранятся приложения и программы. Запускается файл в формате exe при двойном клике мыши.

— html – Hyper Text Markup language – формат, используемый для создания интернет-страниц.