Обмен файловой информацией. Буферизация

Напоминаем, что информация, записанная в файл, хранится на устройстве внешней памяти, а создаётся и обрабатывается в основной памяти.

Будем называть обменом файловой информацией процесс передачи очередной порции информации с диска в оперативную память или из оперативной памяти на диск.

Обмен выполняется системными процедурами WRITE (писать информацию в файл) и READ (читать информацию из файла).

Процесс обработки файла осуществляет программа. Процедуры ввода-вывода в программе ориентированы на логический файл, т.е. на логическую компоненту файла. Реальный обмен выполняется с физической компонентой, например, дискового файла. Но физическая компонента (блок), как правило, содержит несколько логических компонент. Таким образом, физических операций ввода-вывода выполняется в K раз меньше по сравнению с числом программных операций ввода-вывода (K - коэффициент блокирования).

Для организации такого процесса обмена СУФ временно резервирует часть оперативной памяти, называемую буфером. За одну логическую (программную) операцию чтения физический блок целиком копируется в буфер. Последующие запросы логических компонент могут быть обработаны обращением к буферу без необходимости обращения к диску. Как только блок, размещённый в буфере, будет использован до конца, очередная логическая операция «читать» пересылает следующий блок в буфер и т.д.

При записи информации в файл логические компоненты накапливаются в буфере до размеров блока, а затем очередной программной операцией «писать» пересылаются на диск.

Схема обмена информацией показана на рис.2.

 

 

 

Блокирование информации и использование буфера позволяют увеличить скорость обработки файла, т.к. число реальных обращений к диску сокращается (любое устройство внешней памяти работает намного медленнее основной памяти). Минимальный размер буфера равен размеру блока. Очевидно, что увеличение размера блока до нескольких блоков ещё более увеличит скорость обработки файла. Но следует учитывать, что буфер сокращает основную память, распределяемую системой под программы и оперативные данные.

 

ПОНЯТИЕ МЕТОДА ДОСТУПА

Вся деятельность СУФ базируется на фундаментальном понятии метода доступа. Метод доступа – совокупность программного способа доступа к данным и метода организации данных.

В основе современных методов организации файлов лежит последовательный метод, принятый в системе Турбо Паскаль. На рис.3 показана схема последовательного файла с иллюстрацией соответствующей терминологии.

В дальнейшем будем рассматривать логический файл, т.к. на него ориентирована алгоритмическая обработка.

 

Объявление файловой переменной в программе связано с выделением в оперативной памяти специальной, скрытой от нас переменной, значение которой равно номеру логической компоненты файла, «видимой» операционной системе в данный момент времени обработки файла. Эта переменная называется указателем текущей компоненты. На рисунках указатель изображается стрелкой. СУФ автоматически нумерует все компоненты, начиная с нуля.

Компонента, номер которой хранит указатель, называется текущей. Если указатель показывает на компоненту i, то компонента с номером i-1 называется предыдущей, а с номером i+1 – последующей по отношению к текущей компоненте.

Последовательная организация файла предусматривает запись компонент в файл, начиная с нулевой компоненты; затем записывается первая, затем вторая и т.д. компоненты.

Последовательный доступ к файлу предусматривает обработку записей файла по правилу, соответствующему упорядочению: после обработки компоненты с номером i, автоматически становится доступной компонента с номером i+1. Обработка начинается с нулевой компоненты.

Магнитные диски позволяют организовать, наряду с последовательным, прямой доступ к любой логической компоненте. Всякий раз, когда необходимо обратиться к некоторой компоненте, программа сообщает конкретный номер этой компоненты (т.е. устанавливает указатель на соответствующую компоненту, независимо от того, какая компонента до этого была обработана). СУФ имеет специальные процедуры прямого доступа, к которым обращается программа.

Таким образом, Турбо Паскаль предусматривает последовательную организацию информации в файле с последовательным и прямым доступом к компоненте файла.

 

ОТКРЫТИЕ И ЗАКРЫТИЕ ФАЙЛА.

Устройство внешней памяти хранит большое количество файлов. Естественно, программа должна сообщить СУФ, с каким конкретным файлом (файлами) она будет работать. Для этого в СУФ предусмотрена процедура открытия файлов. Открытие файла предусматривает указание начальной метки файла и направление обмена информацией: если файл формируется, он открывается для записи; если файловая информация используется в алгоритме или файл модифицируется, он открывается для чтения. При открытии файла СУФ автоматически нумерует записи файла, создаёт указатель текущей записи, устанавливает его на нулевую компоненту, выделяет буфер.

Если обработка файла закончена, необходимо его закрыть. Закрыть файл – это, прежде всего, высвободить буфер. Если файл только что сформирован, при закрытии ставится метка номера файла. СУФ имеет специальную процедуру «закрыть файл». После закрытия файл «исчезает» из области видимости СУФ.