Файловая система | это… Что такое Файловая система?

В этой статье не хватает ссылок на источники информации. Информация должна быть проверяема, иначе она может быть поставлена под сомнение и удалена. Вы можете отредактировать эту статью, добавив ссылки на авторитетные источники. Эта отметка установлена 15 мая 2011.

Фа́йловая систе́ма (англ. file system) — порядок, определяющий способ организации, хранения и именования данных на носителях информации в компьютерах, а также в другом электронном оборудовании: цифровых фотоаппаратах, мобильных телефонах и т. п. Файловая система определяет формат содержимого и способ физического хранения информации, которую принято группировать в виде файлов. Конкретная файловая система определяет размер имени файла (папки), максимальный возможный размер файла и раздела, набор атрибутов файла. Некоторые файловые системы предоставляют сервисные возможности, например, разграничение доступа или шифрование файлов.

Файловая система связывает носитель информации с одной стороны и API для доступа к файлам — с другой. Когда прикладная программа обращается к файлу, она не имеет никакого представления о том, каким образом расположена информация в конкретном файле, так же, как и на каком физическом типе носителя (CD, жёстком диске, магнитной ленте, блоке флеш-памяти или другом) он записан. Всё, что знает программа — это имя файла, его размер и атрибуты. Эти данные она получает от драйвера файловой системы. Именно файловая система устанавливает, где и как будет записан файл на физическом носителе (например, жёстком диске).

С точки зрения операционной системы (ОС), весь диск представляет собой набор кластеров (как правило, размером 512 байт и больше)^[1]. Драйверы файловой системы организуют кластеры в файлы и каталоги (реально являющиеся файлами, содержащими список файлов в этом каталоге). Эти же драйверы отслеживают, какие из кластеров в настоящее время используются, какие свободны, какие помечены как неисправные.

Однако файловая система не обязательно напрямую связана с физическим носителем информации. Существуют виртуальные файловые системы, а также сетевые файловые системы, которые являются лишь способом доступа к файлам, находящимся на удалённом компьютере.

Содержание 1 Иерархия каталогов 2 Классификация файловых систем 3 Задачи файловой системы 4 См. также 5 Примечания

Иерархия каталогов

Практически всегда файлы на дисках объединяются в каталоги.

В простейшем случае все файлы на данном диске хранятся в одном каталоге. Такая одноуровневая схема использовалась в CP/M и в первой версии MS-DOS 1.0. Иерархическая файловая система со вложенными друг в друга каталогами впервые появилась в Multics, затем в UNIX.

Wiki.txt
Tornado.jpg
Notepad.exe
(Одноуровневая файловая система)

Каталоги на разных дисках могут образовывать несколько отдельных деревьев, как в DOS/Windows, или же объединяться в одно дерево, общее для всех дисков, как в UNIX-подобных системах.

C:
  \Program files
      \CDEx
           \CDEx.exe
           \CDEx.hlp
           \mppenc.exe
  \Мои документы
      \Wiki.txt
      \Tornado.jpg
D:
  \Music
      \ABBA
           \1974 Waterloo
           \1976 Arrival
               \Money, Money, Money.ogg
           \1977 The Album
(Иерархическая файловая система Windows/DOS)

В UNIX существует только один корневой каталог, а все остальные файлы и каталоги вложены в него. Чтобы получить доступ к файлам и каталогам на каком-нибудь диске, необходимо смонтировать этот диск командой mount. Например, чтобы открыть файлы на CD, нужно, говоря простым языком, сказать операционной системе: «возьми файловую систему на этом компакт-диске и покажи её в каталоге /mnt/cdrom». Все файлы и каталоги, находящиеся на CD, появятся в этом каталоге /mnt/cdrom, который называется

точкой монтирования (англ. mount point).^[2] В большинстве UNIX-подобных систем съёмные диски (дискеты и CD), флеш-накопители и другие внешние устройства хранения данных монтируют в каталог /mnt, /mount или /media. Unix и UNIX-подобные операционные системы также позволяет автоматически монтировать диски при загрузке операционной системы.

/
    /usr                                  
        /bin                              
            /arch                        
            /ls                         
            /raw                     
        /lib                           
            /libhistory.so.5.2           
            /libgpm.so.1                
    /home                                
        /lost+found                      
            /host.sh                    
        /guest                         
            /Pictures                   
                /example.png        
            /Video                     
                /matrix.avi            
                /news                
                    /lost_ship.mpeg    
(Иерархическая файловая система в Unix и UNIX-подобных операционных системах)

Обратите внимание на использование слешей в файловых системах Windows, UNIX и UNIX-подобных операционных системах (В Windows используется обратный слеш «\», а в UNIX и UNIX-подобных операционных системах простой слеш «/»)

Кроме того, следует отметить, что вышеописанная система позволяет монтировать не только файловые системы физических устройств, но и отдельные каталоги (параметр —bind) или, например, образ ISO (опция

loop). Такие надстройки, как FUSE, позволяют также монтировать, например, целый каталог на FTP и ещё очень большое количество различных ресурсов.

Ещё более сложная структура применяется в NTFS и HFS. В этих файловых системах каждый файл представляет собой набор атрибутов. Атрибутами считаются не только традиционные только для чтения, системный, но и имя файла, размер и даже содержимое. Таким образом, для NTFS и HFS то, что хранится в файле, — это всего лишь один из его атрибутов.

Если следовать этой логике, один файл может содержать несколько вариантов содержимого. Таким образом, в одном файле можно хранить несколько версий одного документа, а также дополнительные данные (значок файла, связанная с файлом программа). Такая организация типична для HFS на Macintosh.

Классификация файловых систем

По предназначению файловые системы можно классифицировать на нижеследующие категории.

• Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT32, HPFS, ext2 и др. Поскольку доступ к дискам в разы медленнее, чем доступ к оперативной памяти, для прироста производительности во многих файловых системах применяется асинхронная запись изменений на диск. Для этого применяется либо журналирование, например в ext3, ReiserFS, JFS, NTFS, XFS, либо механизм soft updates и др. Журналирование широко распространено в Linux, применяется в NTFS. Soft updates — в BSD системах.
• Для носителей с последовательным доступом (например, магнитные ленты): QIC и др.
• Для оптических носителей — CD и DVD: ISO9660, HFS, UDF и др.
• Виртуальные файловые системы: AEFS и др.
• Сетевые файловые системы: NFS, CIFS, SSHFS, GmailFS и др.
• Для флэш-памяти: YAFFS, ExtremeFFS, exFAT.
• Немного выпадают из общей классификации специализированные файловые системы: ZFS (собственно файловой системой является только часть ZFS), VMFS (т. н. кластерная файловая система, которая предназначена для хранения других файловых систем) и др.

Задачи файловой системы

Основные функции любой файловой системы нацелены на решение следующих задач:

• именование файлов;
• программный интерфейс работы с файлами для приложений;
• отображения логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
• организация устойчивости файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств;
• содержание параметров файла, необходимых для правильного его взаимодействия с другими объектами системы (ядро, приложения и пр. ).

В многопользовательских системах появляется ещё одна задача: защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя, а также обеспечение совместной работы с файлами, к примеру, при открытии файла одним из пользователей, для других этот же файл временно будет доступен в режиме «только чтение».

См. также

• Список файловых систем
• Сравнение файловых систем
• Расширение имени файла
• RAID-массивы
• Filesystem in Userspace — модуль для ядер Unix-подобных ОС, позволяющий непривилегированным пользователям создавать собственные файловые системы. Предназначено для обхода технических ограничений (когда нельзя или затруднительно вносить изменения в ядро для реализации особенностей конкретной файловой системы) и для обхода лицензионных ограничений (когда лицензия файловой системы и лицензия ядра несовместимы). Имеет ряд интересных приложений.
• Виртуальная файловая система
• API файловой системы
• Enterprise Volume Management System
• «Грязный бит»

Примечания

1. ↑
   В современных (2010 год) жёстких дисках, размер кластера стал 4096 байт
2. ↑ Здесь создаётся виртуальная файловая система, служащая стыковочным элементом между разными форматами файловых систем.

Системное программирование

Предыдущий раздел

Оглавление

Следующий раздел

5.3. РЕАЛИЗАЦИЯ ФАЙЛОВОЙ СИСТЕМЫ

5.3.1. Структура файловой системы

Файловые системы располагаются на физических дисках. Диски иногда разбиваются на несколько разделов, каждый из которых будет содержать отдельную независимую файловую систему. Для загрузки компьютера используется главная загрузочная запись (Master Boot Record (MBR)), которая расположена в секторе с индексом 0 на физическом диске. Таблица разделов, из которой извлекаются начальные и конечные адреса разделов диска, содержится в конце MBR. В этой таблице один раздел помечается активным. Базовая система ввода-вывода (BIOS) производит считывание MBR с диска и выполняет ее при загрузке компьютера. Программа MBR в первую очередь находит активный раздел, считывает первый

загрузочный блок этого раздела и выполняет его. Загрузочный блок обычно содержит программу, загружающую операционную систему, которая содержится в активном разделе. Однако, каждый раздел имеет в начале загрузочный блок, даже на нем нет загружаемой системы. Сделано это для единообразия структуры разделов и для того, чтобы оставалась возможность загрузки какой-нибудь операционной системы, которая в будущем может быть записана в другой раздел.

Рис. 5.4. Возможная структура файловой системы

Кроме обязательного наличия загрузочного блока во всем остальном структура дискового раздела в различных системах имеет значительные отличия. В большинстве случаев файловая система содержит некоторые изображенные на рис. 5.4 элементы. Первым элементом после загрузочного блока является так называемый суперблок, который содержит все главные характеристики файловой системы. Эти параметры будут считываться в память, когда будет производиться загрузка компьютера или будет осуществлено первое обращение к файловой системе. Обычно суперблок содержит «магическое» число, определяющее тип файловой системы, количество существующих в файловой системе блоков. Кроме того, суперблок также содержит другую важную административную информацию.

После административной информации расположена информация о свободном пространстве файловой системы, представленная в виде списка указателей или битового массива. За информацией о свободных блоках располагаются i-узлы (структуры данных с информацией о каждом файле). После массива структур размещается корневой каталог, который содержит вершину иерархии файловой системы. На остальной части раздела находятся все остальные каталоги и файлы, которые с корневым каталогом составляют иерархию файловой системы.

Предыдущий раздел

Оглавление

Следующий раздел

• Стиль 1
• Стиль 2

Что такое файловая система?

По

• Эрин Салливан, Редактор сайта
• Эллен О’Брайен, Исполнительный редактор

В компьютере файловая система — иногда письменная файловая система — это способ, которым файлы именуются и где они логически размещаются для хранения и поиска. Без файловой системы хранимая информация не была бы изолирована в отдельные файлы, и ее было бы трудно идентифицировать и извлечь. По мере увеличения емкости данных организация и доступность отдельных файлов становятся все более важными для хранения данных.

Цифровые файловые системы и файлы названы в честь бумажных файловых систем и созданы по образцу бумажных файловых систем, использующих тот же логический метод хранения и поиска документов.

Файловые системы могут различаться в разных операционных системах (ОС), таких как Microsoft Windows, macOS и системы на базе Linux. Некоторые файловые системы предназначены для конкретных приложений. Основные типы файловых систем включают распределенные файловые системы, дисковые файловые системы и файловые системы специального назначения.

Как работают файловые системы

Файловая система хранит и организует данные, и ее можно рассматривать как тип индекса для всех данных, содержащихся на устройстве хранения. К таким устройствам могут относиться жесткие диски, оптические приводы и флэш-накопители.

Файловые системы определяют правила именования файлов, включая максимальное количество символов в имени, допустимые символы и, в некоторых системах, допустимую длину суффикса имени файла. Во многих файловых системах имена файлов не чувствительны к регистру.

Наряду с самим файлом файловые системы содержат такую ​​информацию, как размер файла, а также его атрибуты, расположение и иерархию в каталоге в метаданных. Метаданные также могут определять свободные блоки доступного хранилища на диске и объем доступного места.

Пример диаграммы дерева файлов

Файловая система также включает формат для указания пути к файлу через структуру каталогов. Файл помещается в каталог — или папку в ОС Windows — или подкаталог в желаемом месте в древовидной структуре. ПК и мобильные ОС имеют файловые системы, в которых файлы размещаются где-то в иерархической древовидной структуре.

Перед созданием файлов и каталогов на носителе данных необходимо создать разделы. Раздел — это область жесткого диска или другого хранилища, которым ОС управляет отдельно. Одна файловая система содержится в основном разделе, а некоторые операционные системы позволяют создавать несколько разделов на одном диске. В этой ситуации, если одна файловая система будет повреждена, данные в другом разделе будут в безопасности.

Файловые системы и роль метаданных

Файловые системы используют метаданные для хранения и извлечения файлов. Примеры тегов метаданных включают:

• Дата создания
• Дата изменения
• Последняя дата доступа
• Последняя резервная копия
• Идентификатор пользователя создателя файла
• Права доступа
• Размер файла

Метаданные хранятся отдельно от содержимого файла, при этом многие файловые системы хранят имена файлов в отдельных записях каталога. Некоторые метаданные могут храниться в каталоге, тогда как другие метаданные могут храниться в структуре, называемой инодом.

В Unix-подобных операционных системах индексный дескриптор может хранить метаданные, не связанные с содержимым самого файла. Инод индексирует информацию по номеру, который можно использовать для доступа к расположению файла, а затем и к самому файлу.

Примером файловой системы, использующей метаданные, является OS X, используемая Apple. Он позволяет использовать ряд функций оптимизации, включая имена файлов, которые могут растягиваться до 255 символов.

Доступ к файловой системе

Файловые системы также могут ограничивать доступ на чтение и запись для определенной группы пользователей. Пароли — самый простой способ сделать это. Наряду с контролем того, кто может изменять или читать файлы, ограничение доступа может гарантировать, что изменение данных контролируется и ограничивается.

Права доступа к файлам, такие как списки управления доступом или возможностями, также могут использоваться для ограничения доступа к файловой системе. Эти типы механизмов полезны для предотвращения доступа обычных пользователей, но не так эффективны против внешних злоумышленников.

Шифрование файлов также может предотвратить доступ пользователей, но оно больше ориентировано на защиту систем от внешних атак. Ключ шифрования можно применить к незашифрованному тексту, чтобы зашифровать его, или ключ можно использовать для расшифровки зашифрованного текста. Только пользователи с ключом могут получить доступ к файлу. При шифровании файловой системе не требуется знать ключ шифрования для эффективного управления данными.

Типы файловых систем

Существует несколько типов файловых систем с различной логической структурой и свойствами, такими как скорость и размер. Тип файловой системы может различаться в зависимости от ОС и потребностей этой ОС. Тремя наиболее распространенными операционными системами для ПК являются Microsoft Windows, Mac OS X и Linux. Мобильные ОС включают Apple iOS и Google Android.

К основным файловым системам относятся следующие:

Таблица размещения файлов ( FAT ) поддерживается ОС Microsoft Windows. FAT считается простой и надежной системой, созданной по образцу устаревших файловых систем. FAT была разработана в 1977 году для гибких дисков, но позже была адаптирована для жестких дисков. Хотя FAT эффективна и совместима с большинством современных операционных систем, она не может сравниться по производительности и масштабируемости с более современными файловыми системами.

Глобальная файловая система (GFS) — это файловая система для ОС Linux и файловая система общего диска. GFS предлагает прямой доступ к общему блочному хранилищу и может использоваться как локальная файловая система.

GFS2 — это обновленная версия с функциями, отсутствующими в исходной GFS, такими как обновленная система метаданных. По условиям Стандартной общественной лицензии GNU файловые системы GFS и GFS2 доступны как бесплатное программное обеспечение.

Иерархическая файловая система (HFS) была разработана для использования с операционными системами Mac. HFS также может называться Mac OS Standard, и на смену ему пришла Mac OS Extended. Первоначально представленная в 1985 году для гибких и жестких дисков, HFS заменила исходную файловую систему Macintosh. Его также можно использовать на компакт-дисках.

Файловая система NT, также известная как файловая система новой технологии ( NTFS ) , является файловой системой по умолчанию для продуктов Windows, начиная с ОС Windows NT 3.1. Улучшения по сравнению с предыдущей файловой системой FAT включают лучшую поддержку метаданных, производительность и использование дискового пространства. NTFS также поддерживается в ОС Linux с помощью бесплатного драйвера NTFS с открытым исходным кодом. Mac OS поддерживает NTFS только для чтения.

Универсальный формат диска ( UDF ) — файловая система, не зависящая от поставщика и используемая на оптических носителях и DVD-дисках. UDF заменяет файловую систему ISO 9660 и является официальной файловой системой для DVD-видео и аудио, выбранной DVD Forum.

Файловая система и СУБД

Подобно файловой системе, система управления базами данных (СУБД) эффективно хранит данные, которые можно обновлять и извлекать. Однако они не взаимозаменяемы. В то время как файловая система хранит неструктурированные, часто несвязанные файлы, СУБД используется для хранения и управления структурированными связанными данными.

СУБД создает и определяет ограничения для базы данных. Файловая система обеспечивает доступ к отдельным файлам за раз и адресует каждый файл отдельно. Из-за этого такие функции, как избыточность, выполняются на индивидуальном уровне, а не самой файловой системой. Это делает файловую систему гораздо менее согласованной формой хранения данных, чем СУБД, которая поддерживает один репозиторий данных, определенный один раз.

Централизованная структура СУБД упрощает совместное использование файлов по сравнению с файловой системой и предотвращает аномалии, которые могут возникнуть при внесении отдельных изменений в файлы в файловой системе.

Существуют методы защиты файлов в файловой системе, но для усиленной безопасности лучше всего использовать СУБД. Безопасность в файловой системе определяется ОС, и ее может быть сложно поддерживать с течением времени, поскольку файлы доступны и пользователям предоставляется авторизация.

СУБД поддерживает высокие ограничения безопасности, полагаясь на защиту паролем, шифрование и ограниченную авторизацию. Более высокий уровень безопасности приводит к большему количеству препятствий при извлечении данных, поэтому с точки зрения общего и простого в использовании хранения и извлечения файлов предпочтительнее может быть файловая система.

Определение файловых систем развивается

Хотя ранее термин относился к физическим бумажным файлам, термин файловая система использовался для обозначения цифровых файлов еще в 1961 году. К 1964 году он стал широко использоваться для обозначения компьютеризированных файловых систем.

Термин файловая система также может относиться к части операционной системы или дополнительной программы, которая поддерживает файловую систему. Примеры таких дополнительных файловых систем включают сетевую файловую систему (NFS) и файловую систему Эндрю (AFS).

Кроме того, этот термин эволюционировал для обозначения аппаратного обеспечения, используемого для энергонезависимого хранилища, программного приложения, которое управляет аппаратным обеспечением и архитектурой как аппаратного, так и программного обеспечения.

Последнее обновление: август 2018 г.

Продолжить чтение О файловой системе

• Хранение файлов, блоков и объектов лицевой стороной

• Общий доступ к файлам в хранилище Ceph

• Детализация последней версии файловой системы Mac

• Знакомство с различными файловыми системами

• Что нового в мире файловых систем

Копать глубже на первичных устройствах хранения

• атрибут

  Автор: Рахул Авати

• система управления базами данных (СУБД)

  Автор: Крейг Маллинз

• Дб2

  Автор: Крейг Маллинз

• Будущее управления данными в облаке

  Автор: Шон Кернер

SearchDisasterRecovery

• Почему план аварийного восстановления HIPAA имеет решающее значение

  Аварийное восстановление — сложная операция с высокими ставками. Когда в дело вступают медицинские данные, хороший план аварийного восстановления становится еще более важным…

• Используйте ISO 22320:2018 для подготовки плана управления инцидентами

  Управление инцидентами имеет решающее значение для обеспечения того, чтобы предприятия могли справляться с незапланированными разрушительными событиями. Узнайте, как ISO:22320:…

• Новый генеральный директор Everbridge вступает в должность в критический момент

  Новый генеральный директор Everbridge Дэвид Вагнер подробно описывает сферы своей деятельности в компании. Инвестор Ancora предположил, что частный капитал …

SearchDataBackup

• Основатель Cohesity и новый генеральный директор обсуждают стратегию управления данными

  Нынешний и бывший руководители Cohesity стремятся вывести компанию на «новый уровень». В планы входит объединение резервного копирования и безопасности как . ..

• Викторина по защите данных RAID: проверьте свои знания

  Насколько хорошо вы знаете RAID? Возможно, пришло время проверить свои ноу-хау. Узнайте, что вы знаете об уровнях RAID, их происхождении и их …

• Программа LTO надеется превысить 1,4 ПБ на ленту

  Программа LTO изложила обновленную дорожную карту, показывающую, что лента может преодолеть барьер в 1 петабайт в течение следующего десятилетия, сохраняя …

SearchDataCenter

• Лучшие практики оптимизации сети центра обработки данных

  Оптимизация сети центра обработки данных может улучшить влияние на бизнес и обеспечить долгосрочную работоспособность оборудования. Посмотрите, чтобы испытать новое оборудование,…

• Советы по созданию стратегии управления воздушным потоком в центре обработки данных

  Воздушный поток в центрах обработки данных имеет решающее значение для исправности оборудования. Несмотря на то, что горячий/холодный проход популярен, рассмотрите другие варианты, такие как …

• Как использовать отчеты файлового сервера в FSRM

  Отчеты файлового сервера в диспетчере ресурсов файлового сервера могут помочь администраторам выявлять проблемы, а затем устранять неполадки серверов Windows…

Что такое файловая система Databricks (DBFS)?

Файловая система Databricks (DBFS) — это распределенная файловая система, подключенная к рабочей области Databricks и доступная в кластерах Databricks. DBFS — это абстракция над масштабируемым хранилищем объектов, которая сопоставляет вызовы Unix-подобной файловой системы с собственными вызовами API облачного хранилища.

Примечание

Рабочие области Databricks развертываются с корневым томом DBFS, доступным для всех пользователей по умолчанию. Databricks не рекомендует хранить производственные данные в этом расположении.

Что можно делать с DBFS?

DBFS обеспечивает удобство путем сопоставления URI облачного хранилища объектов с относительными путями.

• Позволяет взаимодействовать с хранилищем объектов, используя семантику каталогов и файлов вместо команд API, специфичных для облака.

• Позволяет подключать места хранения облачных объектов, чтобы можно было сопоставить учетные данные хранилища с путями в рабочей области Databricks.

• Упрощает процесс сохранения файлов в хранилище объектов, позволяя безопасно удалять виртуальные машины и подключенное хранилище томов при завершении работы кластера.

• Предоставляет удобное место для хранения сценариев инициализации, файлов JAR, библиотек и конфигураций для инициализации кластера.

• Предоставляет удобное место для файлов контрольных точек, созданных во время обучения модели с помощью библиотек глубокого обучения OSS.

Взаимодействие с файлами в облачном объектном хранилище

DBFS предоставляет множество вариантов взаимодействия с файлами в облачном объектном хранилище:

• Как работать с файлами в Databricks

• Список, перемещение, копирование и удаление файлов с помощью Databricks Utilities

• Просмотр файлов в DBFS

• Загрузка файлов в DBFS с помощью пользовательского интерфейса

• Взаимодействие с файлами DBFS с помощью интерфейса командной строки Databricks

• Взаимодействие с файлами DBFS с помощью Databricks REST API

Подключить хранилище объектов

Подключить хранилище объектов к DBFS позволяет получить доступ к объектам в хранилище объектов, как если бы они находились в локальной файловой системе. Крепления хранят конфигурации Hadoop, необходимые для доступа к хранилищу, поэтому вам не нужно указывать эти параметры в коде или во время настройки кластера.

Дополнительные сведения см. в разделе Подключение облачного хранилища объектов к модулям Databricks.

Что такое корень DBFS?

Корень DBFS — это место хранения по умолчанию для рабочей области Databricks, подготовленное как часть создания рабочей области в облачной учетной записи, содержащей рабочую область Databricks. Подробнее о настройке и развертывании корневой файловой системы DBFS см. в разделе Настройка хранилища AWS. Рекомендации по защите данных в корне DBFS см. в разделе Рекомендации по работе с корнем DBFS.

Некоторые пользователи Databricks могут называть корень DBFS «DBFS» или «DBFS»; важно различать, что DBFS — это файловая система, используемая для взаимодействия с данными в хранилище облачных объектов, а корень DBFS — это место хранения облачных объектов. Вы используете DBFS для взаимодействия с корнем DBFS, но это разные концепции, и у DBFS есть много приложений помимо корня DBFS.