Сви ми користимо датотеке или датотеке сваки дан, и сви га користимо фасцикле или директоријуми, било у фајл системима десктоп рачунара, лаптопова, мобилних уређаја итд. Стога ћу у овом чланку објаснити све што треба да знате о томе, како бисте разумели шта су информације и како се чувају у знак сећања на.
Шта је систем датотека?
Un систем датотека Систем датотека (FS) је метода и структура података коју оперативни систем користи за контролу начина складиштења и преузимања информација. Без система датотека, подаци сачувани на медијуму за складиштење били би јединствени ентитет података без начина да се разликује где се један скуп података завршава, а следећи почиње, или где се било који скуп података налази када га је потребно преузети. То би били оно што је познато као сирови подаци.
Када форматирате диск за складиштење података користећи NTFS, FAT, ext4, btrfs, HFS+ итд., заправо креирате фајл систем за управљање подацима на том диску. Другим речима, оно што називамо форматима је заправо FS.
Раздвајањем података на делове и именовањем сваког дела, лПодаци се могу лако изоловати и идентификоватиДа би све ово било могуће, систем датотека се састоји од два или три слоја. Понекад су ови слојеви експлицитно одвојени, а понекад су функције комбиноване. Слојеви о којима говоримо су:
- Логички фајл систем: је одговоран за интеракцију са корисничком апликацијом. Пружа API за операције са датотекама, као што су Отвори, Затвори, Читај итд., и прослеђује захтевану операцију слоју испод њега на обраду. Логички систем датотека управља отвореним уносима у табелу датотека и дескрипторима датотека по процесу. Овај слој обезбеђује приступ датотекама, операције директоријума, безбедност и заштиту.
- Виртуелни фајл системОвај интерфејс омогућава подршку за више истовремених инстанци физичких фајл система. Овај слој је опционалан и није увек присутан.
- Физички фајл систем: Рукује физичким радом уређаја за складиштење. Обрађује физичке блокове који се читају или пишу. Рукује баферовањем, управљањем меморијом и одговоран је за физичко постављање блокова на одређене локације на медијуму за складиштење. Физички фајл систем комуницира са драјверима хардвера за складиштење или каналом како би усмерио уређај за складиштење.
Карактеристике ФС-а
Сваки постојећи фајл систем има своја ограничења и карактер које треба да знате, на пример:
- Управљање простором или расподела: Системи датотека распоређују простор грануларно, обично на више физичких дискова на уређају. Системи датотека су одговорни за организовање датотека и директоријума и праћење који делови медија припадају којим датотекама, а који су неискоришћени.
- Фрагментација: Ово се дешава када се иста датотека чува на различитим деловима диска за складиштење, што значи да појединачни делови датотеке нису суседни. Како се датотеке креирају, мењају и бришу, то може довести до подручја коришћеног и неискоришћеног простора различитих величина. Не само то, ово утиче на неке системе датотека (нпр. Мајкрософтове FAT и NTFS), успоравајући читање датотека.
- Имена датотека: Системи датотека управљају ограничењима дужине, осетљивошћу на велика и мала слова и употребом специјалних знакова у именима датотека.
- Именици: Често имају директоријуме за организовање датотека у одвојене колекције. Могу бити равни или хијерархијски. О томе ћу детаљније говорити касније, јер је то управо оно што је важно...
- Метаподаци: Има повезане метаподатке, који укључују детаље као што су дужина података, временске ознаке, дозволе приступа и атрибути датотеке.
- Комуналне услуге и приступ: Користе се за иницијализацију, модификацију и брисање инстанци фајл система, као и за креирање, преименовање и брисање директоријума и датотека, шифровање, квоте, миграцију, конверзију, прављење резервних копија итд.
- Интегритет и управљање грешкама: ФС мора да одржава интегритет структура фајл система на секундарној меморији или екстерним дисковима, чак и у случају квара оперативног система или нестанка струје.
- Кориснички подаци: мора омогућити управљање корисничким подацима, укључујући складиштење, преузимање и ажурирање података.
- Вишеструки фајл системи: Могуће је имати више фајл система на једном систему.
- Ограничења дизајна: Системи датотека имају функционална ограничења која дефинишу максимални капацитет складиштења унутар тог система, максималну величину датотека, број датотека итд.
Шта је партиција?
А партиција Партиција је логички одељак или подела уређаја за складиштење података, као што су HDD, SSD, флеш диск итд. Ова партиција служи у неколико сврха, омогућавајући бољу организацију и управљање сачуваним подацима. На пример, свака партиција може да се користи за одређену сврху, на њој може да се инсталира више оперативних система итд.
Важно је напоменути да креирање, брисање и промена величине Промене партиције могу довести до губитка података, па је важно да се ове операције изводе са опрезом и да се направе резервне копије критичних података пре него што се направе веће измене у структури партиције.
С друге стране, укратко, требало би да разумете и да постоје разне врсте преграда фундаментални у MBR систему (могућности су проширене у GPT-у, са до 128 могућих партиција на истој јединици, мада је то друга тема…):
- Примарна партиција: Сваки диск за складиштење може имати до четири примарне партиције. То су главне партиције на којима су инсталирани оперативни системи и где се налазе подаци. Једна од примарних партиција може бити означена као активна или партиција за покретање, са које се оперативни систем покреће.
- Проширена партиција: Проширена партиција је посебна примарна партиција која се користи за креирање додатних логичких партиција унутар ње. Она не садржи директно податке, већ делује као контејнер за логичке партиције. Можете имати више логичких партиција унутар проширене партиције. Ово вам омогућава да превазиђете ограничење од четири примарне партиције на чврстом диску.
- Логичка партиција: Оне се креирају унутар проширене партиције. Не користе се за покретање оперативног система и генерално се користе за организовање података или датотека. Можете имати више логичких партиција унутар проширене партиције, што олакшава организацију података.
Шта је табела партиција?
La табела партиција То је структура података која се налази на почетку чврстог диска и садржи информације о томе како је диск подељен на партиције. Обично се чува у главном сектору за покретање (MBR) на системима заснованим на BIOS-у или у GPT-у (GUID табели партиција) на модернијим UEFI системима. Табела партиција садржи детаље као што су величина сваке партиције, њен тип (нпр. NTFS, FAT32, ext4, итд.) и њена локација на медијуму за складиштење.
Стога, веза између табеле партиција и система датотека лежи у чињеници да табела партиција указује где свака партиција почиње и завршава се на физичком диску. Свака партиција је форматирана са одређеним системом датотека. Када се партицији приступа ради читања или писања датотека, оперативни систем користи информације у табели партиција да би лоцирао и разумео како је систем датотека структуриран на тој одређеној партицији.
Типови датотека система
Међу различитим системима датотека, треба истаћи следеће типове:
- Системи датотека на диску: Ови системи користе могућност дисковних медија за складиштење података да приступају подацима насумично и брзо. Они омогућавају вишеструким корисницима или процесима приступ подацима на диску без обзира на његову секвенцијалну локацију. Примери укључују FAT, exFAT, NTFS, Reiser FS, HFS, HFS+, HPFS, APFS, UFS, ext2, ext3, ext4, XFS, btrfs, VMFS, ZFS, ReiserFS, NSS и ScoutFS. Поред ових, следеће би се такође могло размотрити:
- Оптички дискови: уобичајени формати као што су ISO 9660 и Универзални формат диска (UDF) који се користе на CD-овима, DVD-овима и Blu-ray-овима.
- Флеш фајл системи: Ови системи су посебно дизајнирани за флеш меморијске уређаје и узимају у обзир њихове карактеристике и ограничења. Препоручује се коришћење фајл система дизајнираних за флеш уређаје уместо прилагођавања диск система. Неки примери су JFFS, JFFS2, YAFFS, UBIFS, LogFS и F2FS.
- Системи датотека са магнетном траком: Ови системи управљају складиштењем на тракама, које имају дуже време случајног приступа од дискова. Разликују се у управљању директоријумима и наглашавају потребу за избегавањем честих линеарних кретања на тракама. Пример би био IBM-ов LTFS.
- Системи датотека базе података: Системи датотека засновани на базама података, где се датотеке идентификују карактеристикама као што су тип, аутор или метаподаци. Примери укључују IBM DB2, између осталог.
- Трансакциони фајл системи: Ови системи гарантују атомичност и изолацију операција на датотеци. Примери укључују NTFS у Microsoft Windows-у и друге прототипове трансакционих фајл система за UNIX/Linux, као што су LFS, ext3 итд.
- Мрежни фајл системи: Мрежни фајл системи који омогућавају приступ датотекама на удаљеним серверима путем протокола као што су NFS, AFS, SMB, FTP и WebDAV. То јест, дизајнирани су за дистрибуирано рачунарство.
- Дељени фајл системи: Ови системи омогућавају вишеструким серверима безбедан приступ истом подсистему диска. Примери укључују GFS2, GPFS, SFS, CXFS, StorNext и ScoutFS.
- Специјални фајл системи: Они су донекле специфични и немају елементе датотека као такве, али им се може приступити преко API-ја. На пример, дефинишемо систем датотека уређаја као devfs, који се користи у Линуксу итд. С друге стране, имамо и друге посебне системе попут configfs, sysfs и procfs, такође познате у свету Линукса.
- Минимални фајл систем / складиштење аудио-касета: Аудио касете су коришћене као системи за складиштење података за напајање неких модела микрорачунара тог времена, као што је Commodore PET.
- Системи равних датотека (равни систем датотека): Ови системи немају поддиректоријуме и чувају све уносе директоријума у једном главном директоријуму. Примери ових фајл система су онај који се користи у CP/M систему и Macintosh фајл систем за класичне Apple-ове Mac рачунаре.
ФС технологије
Сваки фајл систем има своје специфичности и они подржавају различите технологије. Неки од најважнијих су:
- Самоисцељење: Односи се на способност система датотека да аутоматски детектује и исправља грешке и проблеме који могу настати у систему за складиштење. Ове грешке могу укључивати лоше секторе на чврстом диску или друге врсте оштећења података. Када се открије грешка, систем датотека може покушати да опорави погођене податке враћањем из резервних копија или поправком оштећених података. Ово помаже у одржавању интегритета података сачуваних у систему датотека.
- Компресија: То је функција која вам омогућава да смањите величину датотека и података сачуваних у систему датотека. Компресовање података може уштедети простор на диску и убрзати пренос датотека. Када је компресија омогућена, систем датотека аутоматски компресује датотеке које су на њега записане и декомпресује датотеке када се читају. Ово може бити корисно на системима за складиштење података са ограниченим ресурсима, иако може успорити приступ.
- Шифровање: То је техника која се користи за заштиту поверљивости података сачуваних у систему датотека. Подаци се шифрују пре него што се запишу на диск и дешифрују се када се читају. Шифровање осигурава да су подаци нечитљиви за свакога без одговарајућег кључа за дешифровање. Ово је неопходно за заштиту приватности и безбедности осетљивих података. Као и компресија, може успорити и приступ.
- Вођење дневника (дневник трансакција): То је функција која чува евиденцију свих операција извршених на систему датотека, као што су креирање, модификација или брисање датотека. Овај запис се назива „дневник“ или „дневник трансакција“. У случају квара система, као што је неочекивани нестанак струје, систем датотека може да користи дневник трансакција да би се опоравио у конзистентно стање. Ово спречава оштећење података и осигурава интегритет система датотека.
- Капацитет снимања: Снимци су копије фајл система у одређеном тренутку. Ове копије су снимци и чувају се заједно са тренутним подацима у фајл систему. Снимци омогућавају враћање фајл система у претходно стање ако дође до грешака или нежељених промена. Ово је корисно за прављење резервних копија, опоравак података и тестирање промена пре него што се трајно имплементирају на систему.
Шта је директоријум или фасцикла?
Сада када знамо како се подаци чувају у јединицама за складиштење и које су потребне структуре података, време је да пређемо на објашњење шта је фасцикла или директоријум.
Директоријум или фасцикла је структура за каталогизацију других датотека унутар система датотека, дајући му интуитивнију хијерархију или организацију за корисника или оперативни систем. Да би се то постигло, садржи референце на друге датотеке и могуће друге директоријуме или фасцикле, у овом случају назване поддиректоријуми или подфасцикле.
Неки оперативни системи са хијерархијским фајл системима, као што је Јуникс, обично имају кеш директоријума са скорашњим путањама сачуваним у делу РАМ меморије. У Јуниксу, овај део је познат као DNLC (Directory Name Lookup Cache), док се у Линуксу зове dcache. Овај део меморије се ажурира са последње приступљеним путањама, док је у мрежним фајл системима потребан механизам за обезбеђивање конзистентности управљањем уносима који су поништени или су их креирали корисници.
У једном хијерархијски фајл систем Складиштење је попут стабла. Термини „родитељ“ и „дете“ се често користе за описивање односа између поддиректоријума и директоријума у којем је каталогизован, при чему је овај други родитељ. Директоријум највишег ранга у таквом систему датотека, који нема свог родитеља, назива се коренски директоријум. Ово се најбоље може видети у Јуниксу или Линуксу, где имате одређену хијерархију, а коренски директоријум је root или /, из којег се наслањају сви остали директоријуми, чак и ако нису на истој партицији.
Виртуелни директоријум је врста организације датотека која се не ослања на локацију у хијерархијском стаблу директоријума. Уместо тога, прикупља резултате из извора података, као што је база података или прилагођени индекс, и визуелно их представља у истом формату као и прикази фасцикли.
Ове фасцикле или директоријуми може се управљати коришћење алата, како графичког корисничког интерфејса (GUI), тако и командне линије (CLI). На пример, можемо користити команде или сам менаџер датотека за креирање, брисање, преименовање, премештање, копирање итд. Иако неки оперативни системи могу имати одређена ограничења у погледу дозвола и радњи које можете извршити над одређеним фасциклама...
Детаљи о фасцикли или директоријуму на различитим оперативним системима
У сваком фајл систем и оперативни систем, датотеке и фасцикле се третирају другачије:
- КоренОво је тачка са које се налази или налази остатак хијерархије фасцикли система. У оперативном систему Windows, ово је обично C:\, док је у Unix/Linux-у то коренска партиција или /.
- Пут или рутаОво је путања где се налази фасцикла или датотека унутар FS-а. На пример, у Windows-у бисмо могли имати C:\Program Files\Office\Word.exe. У Unix/Linux-у, то би било нешто попут /home/user/example.c. Као што видимо, у Windows-у се користи обрнута коса црта, док се у *nix свету користи традиционална коса црта.
- Име датотеке или име датотеке: Ово је име које се даје свакој датотеци унутар одређеног датотечног система. Сваки датотечни систем имаће своја ограничења у погледу максималног броја знакова за име датотеке. Штавише, мора се направити разлика између основног имена и екстензије. Неки рани системи су такође имали ограничења у погледу дужине екстензија, углавном три. Због тога ћете понекад видети .htm уместо .html, како би се осигурала компатибилност са DOS системима. Пример имена датотеке може бити example.txt, где је „example“ име, а „txt“ екстензија, што у овом случају указује да је у питању текст.
Посебан случај Јуникса/Линукса
Шта је суперблок?
Un суперблок То је фундаментална структура података која се налази на почетку фајл система. Суперблок садржи критичне информације о самом фајл систему и користи се за управљање и приступ подацима сачуваним на том фајл систему. Сваки Јуникс фајл систем има свој суперблок, а његов специфичан формат може да варира у зависности од коришћеног фајл система (нпр. ext4, XFS, UFS, итд.).
La информације које се чувају у суперблоку може да садржи:
- Величина фајл система: означава укупну величину датотечног система.
- Број инодова: Одређује број инодова доступних на систему датотека. Инодови су структуре података које представљају датотеке и директоријуме.
- Слободни блокови: Бележи број слободних блокова података који су преостали у систему датотека за чување информација.
- Тачка монтирања: означава директоријум у који је датотечни систем монтиран на оперативном систему.
- Идентификација фајл система: јединствени идентификатор за фајл систем који га разликује од других фајл система на истом систему.
- Датум и време окупљања: бележи када је фајл систем последњи пут монтиран.
- Коришћени бројачи инода и блокова: прати колико инода и блокова података се користи на датотечном систему.
- Контролни збир и други метаподаци интегритета: Неки модерни суперблокови могу да садрже додатне информације за проверу интегритета података сачуваних у систему датотека.
Када се монтира фајл систем, тј. форматирана партиција, оперативни систем приступа суперблоку како би добио виталне информације о структури и стању фајл система. Ове информације су неопходне за читање и писање података у фајл систем, као и за обезбеђивање интегритета и конзистентности сачуваних података.
Иноде и директоријуми
En Јуникс/Линукс, Све је датотека, као што су партиције, дискови уређаја итд. То није случај у другим системима, као што је Windows. Међутим, када је све датотека, чак се и фасцикле или директоријуми сматрају посебним типовима датотека.
Дакле, директоријум је посебна датотека која садржи имена датотека (и поддиректоријума) и бројеви инода за датотеке на истом систему датотека или имена симболичких веза ка датотекама или директоријумима на истим или различитим системима датотека. У случају тврдих веза, иноде прати колико је уноса директоријума наведено у њему и брише блокове датотека када број веза достигне нулу. Ово је другачије у случају меке везе или симболичке везе. Брисање симболичке везе не утиче на циљну датотеку. Међутим, ако се датотека са симболичким везама ка њој обрише, везе постају неупотребљиве.
У фајл системима Unix/Linux, датотека може имати више имена, са уносом директоријума за свако име у истим или различитим директоријумима, сви указујући на исту структуру инода која одржава листу блокова диска где су подаци сачувани.
Да бисмо боље разумели све ово, важно је запамтити шта је иноде (индексни чвор). То је фундаментална структура података у *nix фајл системима. Представља и чува битне информације на датотеци или директоријуму унутар система датотека. Стога ће систем и фасциклу и датотеку видети као иноде.
Да би ово било могуће, сваки иноде указује на следећи информације:
- Број инода: јединствени идентификатор за сваку датотеку или директоријум.
- Тип датотеке: Означава да ли се иноде односи на регуларну датотеку (f), директоријум (d), симболичку везу (l) или другу врсту датотеке.
- Величина фајла: тренутна величина датотеке у бајтовима.
- Дозволе и власник: Информације о томе ко има дозволу за приступ (читање, писање, извршавање) и измену датотеке, као и власник датотеке (корисник или root). Власник може бити чак и корисник који не постоји као такав, али може бити уређај итд.
- Датум и време креирања/измене: Записује када је индексни код први пут креиран и када је последњи пут измењен. Могу бити укључени и други метаподаци или проширене дозволе.
- Број линкова: Означава колико је имена датотека или директоријума повезано са овим инодом. Директоријуми имају најмање две везе: једну ка самима себи и једну ка свом матичном директоријуму.
- Показивачи ка блоковима података: Садржи референце на блокове података на јединици за складиштење који чувају стварни садржај датотеке. Ови блокови могу бити директне, индиректне или двоструко индиректне адресе, у зависности од специфичне имплементације система датотека и величине датотеке.
Инодови су кључни за функционисање фајл система, јер омогућавају оперативном систему да прати физичку локацију и информације повезане са сваком датотеком и директоријумом. Када се приступи датотеци или директоријуму, оперативни систем консултује одговарајући број инода како би пронашао локацију података и других информација везаних за ту датотеку.