Логическая файловая система Каталоги
7.3. Логическая файловая система. Каталоги
Логическая ФС рассматривает файл, как единицу хранения. Удачным нам представляется сравнение логической ФС с библиотекарем, который не должен знать содержание книги (файла), но обязан уметь быстро найти требуемую книгу в книгохранилище. Как бы продолжая это сравнение, файловые справочники ОС носят названия каталогов (catalog) или оглавлений (directory).
Файловые справочники - и это естественно - располагаются на тех же носителях, что и файлы данных. Первоначально с каждой единицей сменного носителя (пакет магнитных дисков, бобина магнитной ленты) жестко связывался свой единственный справочник и смена носителя вызывала смену справочника. Такая единица сменного носителя получила название тома (volume). Дальнейшее развитие вычислительных систем привело, с одной стороны, к увеличению объемов несменяемых носителей, так что несколько их единиц могут составлять один том, с другой, - к практике разбиения одного физического носителя на несколько логических томов. Таким образом, мы определяем том, как часть внешней памяти вычислительной системы, имеющую собственный справочник. Ниже мы рассмотрим вначале логическую структуру хранения файлов на отдельном томе, а затем - интеграцию томов.
Элемент каталога содержит, как минимум, символьное имя файла и адрес его дескриптора, иногда дескриптор файла может непосредственно входить в элемент каталога.
Прежде, чем переходить к структурам каталогов, остановимся на именовании файлов. Каждый файл имеет символьное имя, которое позволяет пользователю обращаться к данному конкретному файлу. Каждая ОС устанавливает собственные соглашения о формировании имен. Как правило, эти соглашения допускают или даже требуют разделения имени файла на составные части - компоненты. При записи символьного имени его компоненты обычно разделяются точкой. Разные ОС накладывают разные ограничения на количество и длины компонент имени - от двухкомпонентных имен с компонентами ограниченной длины до неограниченного их числа и практически неограниченной длины. Некоторые ОС резервируют одну из составляющих имени файла в качестве описателя типа информации, хранящейся в файле. Даже если ОС не предъявляет дополнительных требований к именованию, пользователи применяют составные имена файлов, как средство структурирования хранения своей информации. Для ОС, работающих с многокомпонентными именами, распространенной является практика применения "символа-джокера", обычно - "*" или "&". Употребление джокера вместо одной из компонент имени обеспечивает выполнение системных вызовов, адресованных логической ФС, как групповых операций - над всеми файлами с любыми значениями этой составляющей имени.
Каталоги файлов выполняют две функции: обеспечивают поиск файлов и структурирование хранения информации.
Простейшей структурой каталога является плоский (flat) каталог. Информация обо всех файлах сведена в одну таблицу, и поиск файла сводится к поиску в этой таблице - линейному или двоичному, если таблица упорядочена. Такая структура каталога не допускает, чтобы файлы имели одинаковые имена. Плоская структура не выполняет второй функции каталога - структурирования хранения и может быть эффективной только для ОС, работающих с томами носителей небольшого объема, когда том содержит файлы, принадлежащие одному пользователю. Если том содержит файлы, принадлежащие разным пользователям, то возможны конфликты имен - назначение разными пользователями одинаковых имен для своих файлов. Даже если такие конфликты предотвращаются (за счет многокомпонентных имен), то остается существенный недостаток: каталог открыт для чтения всем пользователям, а в некоторых случаях даже список имен файлов пользователя может быть его конфиденциальной информацией.
Простейшим решением разделения файлов между пользователями (или по другим признакам) является двухуровневая структура каталога. В этой структуре каждый пользователь имеет собственный каталог. Каталог именуется по правилам именования файлов, его имя также может быть составным. В такой структуре возникают понятия полного и локального имен файла. Полное имя файла состоит из имени каталога и имени файла в каталоге. Обычно эти имена разделяются наклонной чертой "\" или "/". Вторая часть полного имени является локальным именем файла. На томе не может быть двух файлов, имеющих одинаковые полные имена, но файлы с одинаковыми локальными именами могут находиться в разных каталогах. Для сокращения именования файлов процесс может сообщить ОС устанавливаемое по умолчанию имя каталога. Каталог, имя которого устанавливается по умолчанию называется рабочим или текущим. К файлам в текущем каталоге процесс может обращаться по локальным именам, к файлам в других каталогах - только по полным именам.
Нетрудно распространить двух- или трехуровневую структуру каталога на произвольное число уровней - каталог приобретает древовидную или иерархическую структуру. Пример такой структуры показан на Рисунке 7.2. Иерархическая структура каталогов практически исключает возможность конфликта имен. Полное имя файла складывается из перечисления через "/" всего пути (path) от корневого каталога, имеющего имя "/", до данного файла, например: /system/utility/disks/anti/test1
