Опишите физическую организацию данных на диске.

Модель физической организации диска представляет последний в виде некоторого множества блоков данных, называемых секторами. Доступ к секто-рам осуществляется на уровне команд контроллера диска или на уровне вызо-вов базовой системы ввода/вывода (BIOS). За работу с диском отвечает преры-вание BIOS номер 13h.

Физический адрес каждого отдельного блока данных задается в виде со-вокупности трех значений: номера цилиндра S (0,1,2,...,1023), номера головки H (0,1,2,...,255) и номера сектора на дорожке S (0,1,..., 63). Такой адрес назы-вают геометрическим. Кроме адреса в геометрической форме применяют ли-нейную форму адреса. Линейный адрес получают путем нумерации всех секто-ров, начиная со значения 0 и последовательно перебирая их так, чтобы быстрее всех изменялся номер сектора на дорожке, затем менялся номер стороны (го-ловки) и в последнюю очередь – номер цилиндра. Такой адрес называют также логическим адресом блока (LBA).

Для перехода от геометрического адреса к линейному номеру сектора можно использовать следующее выражение:

LBA = (С * Ns*Nh) + (H * Ns) + (S - 1), (1)

где C – номер цилиндра;

S – номер сектора на дорожке; H – номер головки; Ns – количество секторов на дорожке; Nh – количество головок(сторон).

Произведение (Ns*Nh) дает объем цилиндра Vc, выраженный в секторах:

Vc = Ns*Nh. (2) 5

 

Для перехода от линейного адреса к его геометрическому представлению поступаем следующим образом:

1 Находим номер цилиндра. Для этого делим значение, соответствующее линейному адресу, на объем цилиндра. Полученное целое число и есть иско-мый номер цилиндра в геометрическом адресе:

C = entier(LBA/Vc), (3)

где entier() – операция нахождения целой части от деления.

2 Находим номер головки. Остаток от предыдущего деления содержит некоторое число полных дорожек и, возможно, одну неполную. Число полных дорожек и есть искомое значение номера головки (H) в геометрической форме адреса:

H = entier(mod (LBA/Vc)/Ns) (4)

или более практичное выражение:

H = entier((LBA - C*Vc)/Ns). (5)

3 Находим номер сектора. Количество секторов последней неполной до-рожки есть искомое значение номера сектора S:

S = LBA - C*Vc - H * Ns. (6)

Линейный адрес, определяемый относительно некоторой точки на диске, называют относительным номером сектора. Например, при обращении к пре-рываниям MS DOS INT 25h и INT 26h (прочитать/записать сектор или группу секторов) используют относительный номер сектора для раздела диска (точка отсчета – первый сектор раздела).

Как физически объединяются данные на диске в файл?

Физическая модель диска применяется в конечном счете для чтения дан-ных с диска или записи данных на диск. Однако для пользователя удобнее ис-пользовать более крупные единицы логически организованных данных, назы-ваемые файлами. Файлы идентифицируются в системе по их именам. Для обес-печения удобного способа организации, хранения и доступа к данным в виде файлов операционная система создает и хранит на дисках специальную слу-жебную информацию – так называемые метаданные. Рассматривая структуру, местонахождение и методику использования служебной информации для обес-печения доступа к файлам, будем говорить о структуре данных той или иной файловой системы.

Опишите файловые операции.

Условно можно выделить два типа операций с файлом — связанные с его открытием и выполняющиеся без его открытия. Операции первого типа обычно служат для чтения/записи информации или подготовки к записи/чтению. Операции второго типа выполняются с файлом как с «объектом» файловой системы, в котором файл является мельчайшей единицей структурирования.

Операции, связанные с открытием файла:

В зависимости от операционной системы те или иные операции могут отсутствовать.

Обычно выделяют дополнительные сущности, связанные с работой с файлом:

· хэндлер файла, или дескриптор (описатель). При открытии файла (в случае, если это возможно), операционная система возвращает число (или указатель на структуру), с помощью которого выполняются все остальные файловые операции. По их завершению файл закрывается, а хэндлер теряет смысл.

· файловый указатель. Число, являющееся смещением относительно нулевого байта в файле. Обычно по этому адресу осуществляется чтение/запись, в случае, если вызов операции чтения/записи не предусматривает указание адреса. При выполнении операций чтения/записи файловый указатель смещается на число прочитанных (записанных) байт. Последовательный вызов операций чтения таким образом позволяет прочитать весь файл, не заботясь о его размере.

· файловый буфер. Операционная система (и/или библиотека языка программирования) осуществляет кэширование файловых операций в специальном буфере (участке памяти). При закрытии файла буфер сбрасывается.

· режим доступа. В зависимости от потребностей программы, файл может быть открыт на чтение и/или запись. Кроме того, некоторые операционные системы (и/или библиотеки) предусматривают режим работы с текстовыми файлами. Режим обычно указывается при открытии файла.

· режим общего доступа. В случае многозадачной операционной системы возможна ситуация, когда несколько программ одновременно хотят открыть файл на запись и/или чтение. Для регулирования этого существуют режимы общего доступа, указывающие на возможность осуществления совместного доступа к файлу (например, файл, в который производится запись, может быть открыт для чтения другими программами — это стандартный режим работы log-файлов).

 

Операции

· Открытие файла (обычно в качестве параметров передается имя файла, режим доступа и режим совместного доступа, а в качестве значения выступает файловый хэндлер или дескриптор), кроме того обычно имеется возможность в случае открытия на запись указать на то, должен ли размер файла изменяться на нулевой.

· Закрытие файла. В качестве аргумента выступает значение, полученное при открытии файла. При закрытии все файловые буферы сбрасываются.

· Запись — в файл помещаются данные.

· Чтение — данные из файла помещаются в область памяти.

· Перемещение указателя — указатель перемещается на указанное число байт вперёд/назад или перемещается по указанному смещению относительно начала/конца. Не все файлы позволяют выполнение этой операции (например, файл на ленточном накопителе может не «уметь» перематываться назад).

· Сброс буферов — содержимое файловых буферов с не записанной в файл информацией записывается. Используется обычно для указания на завершение записи логического блока (для сохранения данных в файле на случай сбоя).

· Получение текущего значения файлового указателя.

 

Операции, не связанные с открытием файла.

Операции, не требующие открытия файла, оперируют с его «внешними» признаками — размером, именем, положением в дереве каталогов. При таких операциях невозможно получить доступ к содержимому файла, файл является минимальной единицей деления информации.

В зависимости от файловой системы, носителя информации, операционной системой часть операций может быть недоступна.

Возможные операции с файлами: открытие для изменения, удаление, переименование, копирование, перенос на другую файловую систему/носитель информации, создание симлинка или хардлинка, получение или изменение атрибутов.