Физическая организация и адресация файла

Важным компонентом физической организации файловой системы является физическая организация файла, то есть способ размещения файла на диске. Основными критериями эффективности физической организации файлов являются:

¨ скорость доступа к данным;

¨ объем адресной информации файла;

¨ степень фрагментированности дискового пространства;

¨ максимально возможный размер файла.

В настоящее время популярными способами физического размещения файлов на диске являются способы:

1. Использование таблицы связанного списка индексов размещения файла на диске. Этот способ используется в файловой системе FAT, название которой определено по имени системных таблиц FAT - (File Allocation Table - таблицы размещения файлов),.

2. Перечисление номеров кластеров, которые занимает этот файл. Такой способ используется в файловой системе ufs операционной системы UNIX, а также в новой файловой системе NTFS операционной системы Windows NT(ХР).

На Рис. 20 схематично изображены адресные пространства дисков, разделенные на кластеры с различными способами размещения файлов: а) способ с использованием таблицы индексов и б) способ адресации файла путем простого перечисления номеров кластера, в которых он размещен.

Рис. 20. Способы физического размещения файла на диске. а) с таблицей индексов, б) перечислением номеров кластеров, занимаемых файлом

Способ с использованием таблицы индексов. Файлу выделяется память в виде связанного списка кластеров. Номер первого кластера запоминается в записи каталога, где хранятся характеристики этого файла. Остальная адресная информация отделена от кластеров файла. С каждым кластером диска связывается некоторый элемент — индекс таблицы, которые располагаются в отдельной области диска это таблица FAT. Когда память свободна, все индексы имеют нулевое значение. Если некоторый кластер N назначен некоторому файлу, то индекс этого кластера становится равным либо номеру М следующего кластера данного файла, либо принимает специальное значение, являющееся признаком того, что этот кластер является для файла последним, например - к. Индекс же предыдущего кластера файла принимает значение N, указывая на вновь назначенный кластер.

При такой физической организации файловая система имеет следующие достоинства: минимальность адресной информации, отсутствие фрагментации, отсутствие проблем при изменении размера файла. Кроме того для доступа к произвольному кластеру файла не требуется последовательно считывать его кластеры, достаточно прочитать только секторы диска, содержащие таблицу индексов, отсчитать нужное количество кластеров файла по цепочке и определить номер нужного кластера.

Способ задания физического расположения файла путем перечисления номеров кластеров, занимаемых этим файлом. Этот перечень и служит адресом файла. Недостаток данного способа очевиден: длина адреса зависит от размера файла и для большого файла может составить значительную величину. Достоинством же является высокая скорость доступа к произвольному кластеру файла, так как здесь применяется прямая адресация, которая исключает просмотр цепочки указателей при поиске адреса произвольного кластера файла. Фрагментация на уровне кластеров в этом способе также отсутствует.

Для того чтобы корректно принимать решение о выделении файлу набора кластеров, файловая система должна отслеживать информацию о состоянии всех кластеров диска: свободен/занят. Эта информация может храниться как отдельно от адресной информации файлов, так и вместе с ней.