Контрольная работа по информатике на тему Файловые системы

Введение

Актуальность
В настоящее время в связи с переходом на технологии безбумажного документооборота актуальность приобретают вопросы эффективного хранения информации на электронных носителях. Для обеспечения сохранности информации, обеспечения доступа к данным необходимо выбирать файловые системы, в наибольшей степени соответствующие типу носителя информации, используемым операционным системам, системам безопасности, используемым в локальных сетях, а также правилам именования файлов.
Степень изученности темы.
Тематика организации хранения информации на жестких дисках в настоящее время является достаточно изученной. При разработке новых файловых систем выпускаются пакеты технической документации, в которой приводится описание возможностей работы с файловыми ресурсами. Также разработчиками программного обеспечения проводится изучение возможности разработки различных дисковых утилит, позволяющих проводить операции с файловой системой (оптимизация дискового пространства, восстановление удаленных данных, форматирование, работа с дисковыми разделами).
С помощью файловых систем решаются задачи хранения данных в компьютерных системах. Специфика файловых систем определяет наличие ограничений, связанных с доступом к файлам, скорость чтения данных, а также особенности работы с накопителями. При выборе файловых систем необходимо учитывать особенности хранения данных на используемых накопителях.
Также выбор типа и параметров файловой системы необходим при выполнении операций по установке операционных систем, создании различных файловых хранилищ. Для обеспечения скорости доступа к данным необходимо проведение операций индексирования, которые позволяют обеспечивать быстрый поиск, а проведение предварительного резервирования свободных блоков позволит упростить процесс перезаписи часто изменяющихся файлов. Проведенная оптимизация хранимых данных в оперативной памяти позволяет сократить количество необходимых операций ввода-вывода.
Увеличить продолжительность безотказной эксплуатации жестких дисков возможно посредством использования таких возможностей файловых систем, как операции отложенной записи, дедупликации и других современных алгоритмов. Данные операции используются для SSD-накопителей, оснащенных чипами памяти TLC, а также флеш-накопителей и карт памяти.
Отдельные оптимизации существуют для дисковых массивов разных уровней: например, когда файловые системы может поддерживают возможности упрощенного зеркалирования томов, мгновенного создания снимков или динамического масштабирования без отключения тома.
Цель работы: анализ возможностей использования файловых систем.
Задачи работы:
- анализ структуры наиболее части используемых файловых систем;
- анализ особенностей доступа к данным в наиболее распространенных файловых системах;
- практическая демонстрация возможностей файловых систем;
- анализ функционала программных систем, используемых для восстановления информации с жестких дисков с учетом особенностей работы с файловыми системами.
Объект исследования: технологии доступа к данным.
Предмет исследования: файловые системы.
Практическая значимость работы: данные, полученные в результате исследования могут быть использованы при организации работы с файловыми системами при организации хранения информации на носителях различных типов.

 
1.Теоретическая часть
1.1. Общая характеристика файловых систем

Файловые системы (ФС) являются важной частью операционных систем и отвечают за порядок хранения и доступа к данным на каких-либо носителях информации. Проведем анализ использования наиболее распространенных файловых систем. Как известно, хранение данных на жестких дисках осуществляется в секторах (размер которых, как правило, составляет 512 байт) и на самом устройстве возможно выполнение команд чтения и записи данных в определенные сектора на диске. Файловые системы позволяют пользователям работать с файловой структурой хранения информации. Файловая система является инструментом организации взаимодействия программного обеспечения с файлами, хранящимися на дисках. Для идентификации файлов используются имена. Именование файлов определяется ограничениями файловых систем. Современные файловые системы позволяют использовать достаточно длинные имена, включающие большое количество специальных символов.
Каталоги в файловых системах представляют собой группу файлов, которые объединены пользователями исходя из определенных соображений. При этом каталог представляет собой файл, в котором содержится системная информация о группе файлов, относящихся к нему. Файловые системы, как правило, имеют иерархическую структуру, в которой управление уровнями иерархии производится за счет каталогов, в которых содержится информация о файлах и каталогах, находящихся более низком уровне.
Проведем анализ структуры жестких дисков. В качестве базовой единицы жестких дисков выступают разделы, создаваемые при разметке жестких дисков. В каждом разделе содержится один том, который обслуживается файловыми системами и имеет таблицу, содержащую оглавление файлов в форме корневого каталога. В некоторых операционных системах поддерживается создание томов, в которых присутствует несколько разделов. На жестких дисках возможно создание до четырех основных разделов. Данное ограничение обусловлено спецификой организации хранения данных на жестких дисках. При этом, во многих операционных системах возможно создание расширенных (extended) разделов, которые по аналогии с разделами возможно разбивать на определенное количество логических дисков.
Первый физический сектор жесткого диска содержит головную запись загрузки и таблица разделов, структура которой приведена в таблице 1. В головной запись загрузки (master boot record, MBR) содержится первая часть данных на жестком диске. Она резервируется для работы программ начальной загрузки BIOS (ROM Bootstrap routine), которая при загрузке с жестких дисков проводит считывание и загрузку в память первого физического сектора на активном разделе диска, называемого загрузочным сектором (Boot Sector). В каждой записи в таблице разделов (partition table) содержатся данные о начальной позиции и размере раздела на жестком диске, а также данные о том, на первом секторе какого раздела содержится загрузочный сектор.
Таблица 1 – Описание структуры деления жестких дисков
Размер (байт) Описание
446 Загрузочная запись (MBR)
16 Запись 1 раздела
16 Запись 2 раздела
16 Запись 3 раздела
16 Запись 4 раздела
2 Сигнатура 055AAh

В понятие файловой системы включаются [6]:
 данные всех хранимых файлах на диске;
 информация о служебных структурах данных, которые используются для управления файлами, включающая данные о каталогах фай