Програма для роботи з файловою системою

Міністерство освіти і науки України ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАТИКИ

КАФЕДРА

Реєстраційний №________

Дата ___________________

КУРСОВА РОБОТА

Тема:

Програма для роботи з файловою системою.

Рекомендована до захисту

“____” __________ 2008р.

Робота захищена

“____” __________ 2008р.

з оцінкою

_____________________

Підписи членів комісії

Зміст

Вступ Теорія Практична частина Висновки Література

Вступ

Поставимо перед собою задачу створення програми для роботи з файловою системою (створення закритих ділянок файловою системи). Для створення програми скористуємося мовою програмування С++. В теоретичній частині роботи коротко охарактеризуємо головні особливості роботи з файловими системами FAT 16 (MS-DOS).

Ієрархічна (багаторівнева) файлова система MS-DOS схожа з файловою системою ОС XENIX. Опис багаторівневої каталогової системи й роботи з нею дано в MS-DOS в теоретичній частині.

ТЕОРІЯ

Файлова система є однієї з найбільших частин операційної системи. Файлова система є надбудовою над носієм даних блокового пристрою (звичайно це дисковід гнучких магнітних дисків або вінчестер), що перетворює структуру каталогу й файли у одиницю пам'яті. Файлова система на диску містить, як мінімум, інформацію про розміщення файлів, каталог й обсяг файлів. Інформація про розміщення файлів може приймати різні форми в залежності від операційної системи, але всі форми, в основному, стежать простір, використовуваний файлами й простір доступне для нових даних. Каталог містить список файлів, збережених на пристрої, їхні розміри й інформацію про розміщення цих файлів.

Існує кілька різних підходів при розміщенні файлів й елементів каталогу. MS-DOS використає специфічний метод розміщення, називаний таблицею розміщення файлів (FAT), і ієрархічну структуру каталогу.

Ступінь деталізації файлу, наявна в розпорядженні операційної системи, також сильно коливається залежно від реалізації. Деякі системи, такі як MS-DOS, мають файли, які доступні на уровні байта; інші системи обмежують цей доступ фіксованим розміром запису.

Файлові системи іноді розширюються до таблиці символьних пристроїв, тому що б вони були файлами. Ці "файли" пристроїв можуть відкриватися, закриватися, читатися, у них можна записувати інформацію як в звичайні дискові файли, але всі транзакції відбуваються безпосередньо з пристроєм, специфікованим символом. Файли пристрою забезпечують корисну погодженість середовища для прикладних програм. MS-DOS підтримує такі файли шляхом призначення резервного логічного імені (такі як CON або PRN) кожному символьному пристрою.

Структура файлової системи

Доступ до блокових пристроїв здійснюється по секторах. Ядро MS DOS за допомогою драйвера прибудую розглядає блоковий пристрій як логічний кінцевий масив секторів і припускає, що цей масив містить припустиму в MS-DOS файлову організацію. Драйвер прибудую, у свою чергу, перетворити запитий MS DOS налогічний сектор у фізичну адресі блокового прибудую.

Первісна файлова система MS DOS записана на згадку з програми MS DOS FORMAT (див. главу USER COMMANDS: FORMAT).

Сектор початкового завантаження завжди розташований на качану роздягнула. Він містить ідентифікацію ОЕМ , програма-завантажник і блок параметрів BIOS (BPB) з інформацією про пристрій; потім треба необов'язкова область зарезервованих секторів (див. нижче розділ СЕКТОР ПОЧАТКОВОЇ ЗАВАНТАЖЕННЯ). Зарезервована область не має спеціального призначення, однак ОЕМ може зажадати більше складної програми-завантажника й помістити її в цю область. Таблиці розміщення файлів (FAT) указують на розташування області файлів даних; кореневий каталог містить фіксовані число входів, а область файлів даних включає файли даних, файли підкаталогів і вільні сектори даних.

Всі описані вище області - сектор початкового завантаження, FAT, корневого каталог й область файлів даних - мають фіксований розмір; це означає, що смороду не змінюються після того, як програма FORMAT визначила середовище даних. Розмір кожної із цих областей залежить від різних факторів. Наприклад, розмір FAT пропорційний області файлів даних. Розмір кореневого каталогу звичайно залежить від типу пристроїв; однобічний гнучкий диск може мати 64 входу, двосторонній гнучкий диск - 1126, а фіксований диск - 256.(Драйвери віртуальних дисків такі, як RAMDRIVE.SYS і деякі реалізації програми FORMAT дозволяють специфицировать число входів каталогу). Область файлів даних описується в термінах кластерів. Кластер визначається як фіксоване число суміжних секторів. Розмір сектора і розмір кластера повинні бути рівні ступені 2. Розмір сектора звичайно становить 512 байт, а розмір кластера - 1, 2 або 4 Кбайт, однак можливі сектори й кластери більшого розміру. Нижче наведені типові розміри кластерів, використовуваних в MS DOS :

Загалом кажучи, кластери більшого розміру використаються для фіксованих дисків більшого розміру. Хоча кластери меншого розміру дають їхнє розташування просторово більше ефективним, кластери більшого розміру є звичайно більше ефективними для довільного й послідовного доступу, особливо якщо кластери одному файлу расположєні непослідовно.

Таблиця розміщення файлів містить по одному вході для шкірного кластера в області файлів даних. Дублювання секторів у кластері також зменшить удвічі число входів FAT для даного розділу

Сектор початкового завантаження (мал.3-6) містить блок параметрів BIOS (BPB), програма-завантажник і деякі інші дані корисні для драйверів пристроїв. BPB описує деяке число фізичних параметрів пристрою, а також розташування й розмір інших областей на пристрої. Драйвер пристрою, при відповідному запиті, передає MS DOS інформацію про BPB, так що MS DOS може визначити конфігурацію диска.

Інформація ВРВ, що втримується в байтах з ОВН по 17Н, указує, що:

сектор включає 512 байт,

у кластері два сектори;

є один зарезервований сектор (для сектора початкової

завантаження), 2 FAT'а, 112 входів у кореневий каталог;

диск містить 1440 секторів, F9H дескрипторів пристроїв;

FAT включає 3 сектора.

Наступна за BPB додаткова інформація вказує, що в доріжку втримується 9 секторів, є 2 головки читання/запису й 0 невидимих секторів.

Дескриптор носія даних, що вказує у ВРВ й у першому байті кожної FAT, використається для опису типу носія, що перебуває в даний момент на пристрої. Сумісні з IBM носії даних мають наступні дескриптори:

 ______________________________________________________

 00H | E9 XX XX або EB XX 90 |

 |------------------------------------------------------|

 03H | Ім'я й версія ОЕМ (8 байт) |

 | |

 |______________________________________________________|_____

 0BH | Число байтів у секторі (2 байти) | |

 |______________________________________________________| |

 | | |

 0DH | Число секторів на пристрої (1 байт) | |

 |______________________________________________________| |

 | | |

 0EH | Число резервних секторів - нумерація з 0 (2 байти) | |

 |______________________________________________________| |

 | | |

 10H | Число FAT (1 байт) | |

 |______________________________________________________| |

 | | |

 11H | Число входів у кореневому каталозі (2 байти) | |

 |______________________________________________________| |

 | | BPB

 13H | Загальне число секторів на логічному томі (2 байти) | |

 |______________________________________________________| |

 | | |

 15H | Дескриптор носія даних (1 байт) | |

 |______________________________________________________| |

 | | |

 16H | Число секторів в FAT (2 байти) | |

 |______________________________________________________|____|

 | |

 18H | Число секторів на доріжці (2 байти) |

 |______________________________________________________|

 | |

 1AH | Число головок (2 байти) |

 |______________________________________________________|

 | |

 1CH | Число невидимих секторів (2 байти) |

 |______________________________________________________|

 | |

 1EH | |

 | ПРОГРАМА-ЗАВАНТАЖНИК |

 | |

 |______________________________________________________|

 Структура сектора початкового завантаження MS DOS

 Байти з ОВН по 17Н містять блок параметрів BIOS (BPB)

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 A B C D E F

0000 EB 2D 90 20 20 20 20 20-20 20 20 00 02 02 01 00 .................

0010 02 70 00 A0 05 F9 03 00-09 20 22 00 00 00 00 00 .................

0020 00 0A 00 00 DF 02 25 02-09 2A B8 50 F6 02 FA 00 .................

0030 BB C0 07 8E D8 BC 80 7C-33 C0 8E C0 F8 02 01 00 .................

. . .

. . .

. . .

0180 OA 44 69 73 5B 20 42 48-65 20 48 61 69 65 27 00 .Disk Boot.Failu.

0190 72 65 0D 0A 0D 0A 0A 4E-6F 20 53 79 73 74 65 60 re....Non-System.

01A0 20 64 69 73 6B 20 6F 72-20 64 69 73 6B 20 01 72 .disk or disk er

01B0 72 6F 72 0D 0A 52 65 70-60 61 63 65 20 61 62 64 .ror..Replace..and

01C0 20 70 72 65 73 73 20 61-6E 79 20 6B 65 79 20 77 .press.any key.w.

01D0 68 65 6E 20 72 65 61 64-79 79 0D 0A 00 00 00 00 .hen .ready......

01E0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 00 00 .................

01F0 00 00 00 00 00 00 00 00-00 00 00 00 00 00 55 AA .................

 Шестнадцатеричный дамп сектора початкового завантаження MS DOS

_____________________________________________________________________

 Дескриптор Тип носія Версії MS DOS |

-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і|

 OF8H Фіксований диск 2.3 |

 OF0H 3,5-дюймовий, 2-сторонній, 18-секторний 3.2 |

 OF9H 3,5-дюймовий, 2-сторонній, 9-секторний 3.2 |

 OF9H 5,25-дюймовий, 2-сторонній, 15-секторний 3.x |

 OFCH 5,25-дюймовий, 1-сторонній, 9-секторний 2.x,3.x |

 OFDH 5,25-дюймовий, 2-сторонній, 9-секторний 2.x,3.x |

 OFEH 5,25-дюймовий, 1-сторонній, 8-секторний 1.x,2.x,3.x |

 OFFH 5,25-дюймовий, 2-сторонній, 8-секторний 1.x(крім 1.0)|

 OFEH 8-дюймової, 1-сторонній, одинарної щільності 2.3 |

 OFDH 8-дюймової, 2-сторонній, одинарної щільності |

 OFEH 8-дюймової, 1-сторонній, подвійної щільності |

 OFDH 8-дюймової, 2-сторонній, подвійної щільності |

____________________________________________________________________|

Таблиця розміщення файлів

Таблиця розміщення файлів представляє схему розміщення файлів в дискової пам'яті за допомогою вказівки того, які кластери й у якому порядку включаються в кожен файл. Для того, щоб MS DOS могла опредилити місце розташування файлу, опис даного файлу в каталозі містить номер його початкового входу в FAT. Цей вхід FAT у свою чергу, включає номер входу наступного кластера, якщо файл складається більш ніж з одного кластера, або номер останнього кластера, якщо файл містить єдиний кластер. Файл, що складається з 10 кластерів, повинен мати 10 входів в FAT й 9 зв'язків між входами FAT(безліч зв'язків для одного файлу називається ланцюжком - (chain)).

Додаткові копії FAT є резервними й використаються в випадку ушкодження первинної FAT; типові гнучкі й жорсткі диски тримають звичайно 2 FAT. Ці таблиці розташовуються послідовно за сектором початкового завантаження, а між ними іноді є резервна копія. Як правило, MS DOS використає первинну FAT, однак, при появлені в ній змін коректуються всі таблиці. Крім того, MS DOS порівнює всі таблиці при першому звертанні до диска, щоб переконатися, що вони відповідають один одному.

MS DOS підтримує два типи FAT: один використає 12-бітові посилання; іншої застосовується у версії 3.0 для включення в більші фіксовані диски більше 4087 кластерів і використає 16-бітові посилання.

Два перших входи FAT завжди резервуються й містять копію дескриптора носія даних (1 байт) і два (для 12-бітової FAT) або три (для 16-бітової FAТ) байти OFFH, як показано на прикладі наступних дампів перших 16 байтів FAT:

 12-бітова FAT:

 F9 FF FF 03 40 00 FF 6F-00 07 F0 FF 00 00 00 00

 16-бітова FAT:

 F8 FF FF FF 03 00 40 00-FF FF 06 00 07 00 FF FF

Інші входи FAT перебувають у взаємо-однозначній відповідності с кластерами в області файлів даних. Стан кожного кластера відмічається відповідним значенням в FAT (програма FORMAT спочатку позначає вхід FAT для кожного кластера, як вільний). Стан кластера може приймати одне з наступних значень:

Якщо вхід FAT містить ненульове значення, що відповідає кластер вже зайнятий. Вільний кластер можна знайти, скануючи FAT з початку до виявлення першого нульового значення. Дефектні кластери звичайно идентифицируются в процесі форматування. На мал.3-8 зображена типова ланцюжок FAT.

Вільні входи FAT містять нульове значення посилання; одиниця, як значення посилання, ніколи не використається. Таким чином, першим номером посилання, пов'язаним з першим доступним кластером в області файлів даних, є 2; цей номер ставиться до першого фізичного кластеру в області файлів даних. На мал.3-9 показаний зв'язок між файлами, входи FAT і кластери в області файлів даних.

Не існує логічного розходження між обробкою 12-бітових й 16-бітових входів FAT; розходження ставляться тільки до пам'яті й методів доступу. Оскільки процесор 8086 особливо призначений для эфективний обробки 8- або 16-бітових величин, то процедура доступу для 12-бітової FAT є більше складної, чим для 16-бітової.

_____________________________________________________________________

 12-бітовий 16-бітовий Значення |

-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і-і|

 000H 0000H Вільний кластер |

 001H 0001H Код не використається |

 FF0-FF6H FFF0-FFF6H Резерв |

 FF7H FFF7H Дефектний кластер |

 (не використається) |

 FF8-FFFH FFF8-FFFFH Останній кластер в |

 файлі |

 Всі інші значення Посилання на наступний |

 кластер у файлі |

____________________________________________________________________|

 Вхід FAT

 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

___________________________________________________________________

| FFDH| FFFH| 003H| 005H| FF7H| 006H| FFFH| 000H| 000H| 000H|

| 4093| 4095| 3 | 5 | 4087| 6 | 4095| 0 | 0 | 0 |

|___________________________________________________________|______

 | | | |

 | | | |

 | | | |

 | | | |__ не використаний:

 | | | доступний кластер

 | | |

 | | |_____ використати не можна

 | |

 | |______ не використається: не доступний

 |

 |

 |______ диск двосторонній з подвійною щільністю

Розподіл пам'яті в FAT для типового диска MS DOS

FAT є високоефективною "бухгалтерською" системою, однак тут можуть виникнути різні проблеми й необхідність компромісних рішень. Одна із проблем пов'язана з наявністю частково заповненого кластера наприкінці файлу. При цьому виникає проблема ефективності, пов'язана з використанням кластера більшого розміру, коли відбувається виділення цілого кластера, незалежно від числа содержащихся в ньому байтів. Наприклад, десять 100-байтовых файлів на диску із кластерами розміром по 16 Кбайт, займає 160 Кбайт дискової пам'яті; ті ж файли на диску із кластерами розміром 1 Кбайт займають тільки 10 Кбайт – різниця становить 150 Кбайт, що означає зменшення обсягу пам'яті в 15 разів при використанні кластерів меншого розміру. З іншого боку, програма для 12-бітової FAT, показана на мал.3-10, демонструє складність (а отже, низьку швидкість) переміщення у великому файлі, які мають довгий список посилань між невеликими кластерами. Таким образом, необхідно враховувати характер даних: додатка більших баз даних працюють ефективніше всього із кластерами більшого розміру; використовують кластери меншого розміру, можна розмістити на диску безліч невеликих текстових файлів драйвер, що розробляє, для дискового програміст звичайно встановлює розмір кластера).

Внаслідок відключення електроенергії або безладного виконання програм виникають проблеми руйнування каталогів або таблиць розміщення файлів, які , не будучи виправлені, можуть привести до більше серйозним проблемам. Програма MS DOS CHKDSK може виявляти й фіксують деякі дефекти. (см. КОМАНДИ КОРИСТУВАЧА CHKDSK). Наприклад, однієї з типових проблем є наявність списків "повислих" посилань (dangling allocation lists), викликане тим, що в каталозі відсутній покажчик на початок списку. Подібна ситуація часто буває, коли не був обновлений вхід у каталог, тому що не відбулося закриття файлу перед вимиканням або перезавантаженням комп'ютера. Наслідки цього досить необразливі: дані недоступні, однак це обмеження не впливає на інші операції по розміщенню файлів. Команда CHKDSK може вирішити цю проблему, створивши новий вхід каталогу й зв'язавши його зі списком.

Інші труднощі виникають, якщо розмір файлу у вході каталогу не збігається з його довжиною, що обчислює за допомогою перегляду списку посилань в FAT. Це може викликати невірне виконання програми і повідомлення про помилки MS DOS.

Більше складна й рідше виникаюча проблема зустрічається, коли вхід каталогу заданий правильно, однак список посилань (весь або деяка його частина) використаний також іншим входом каталогу. Виникає важка ситуація, тому що запис або додавання в один файл змінює вміст іншого. Ця помилка звичайно викликає серйозне руйнування даних й/або каталогу й приводить до краху системи.

Подібна проблема зустрічається, коли список зв'язків завершується вільним кластером замість номера останнього кластера. Якщо вільний кластер розподілений до виправлення цієї помилки, ситуація наприкінці кінців перетворюється в описаний вище випадок. Пов'язана із цим труднощі виникає, коли зустрічається значення посилання 1 або значення, перевищує розмір FAT.

Крім CHKDSK, для обслуговування FAT можна використати безліч комерційно доступних сервісних програм. Наприклад, програми реорганізації диска (disk reorganizers) можна застосовувати для зміни структури FAT й упорядкування каталогу так, щоб всі файли на диску були розміщені послідовно в області файлів даних й, зрозуміло, в FAT.

12-бітовий FAT FFFH 007H 000H

 003H _____ ____ ____

 Резерв _____ | | _|_ | _|__ |

 ____|____ _|__ | __|_ | 00 |07| | |00| |

 | | | | | 00 | FF | 6F |____| F0 FF 0

 F9 FF FF 03 40 |___| | | | |__|

 | | | | | |

 | | | | | |

 |______| |_____| |___|

 004H

 16-бітовий FAT

 Резерв

 | 0003H

 ____________ _____ ____ ____ _____ ____ _____ _____

 | | | | | | | | | | | | | | | |

 F8 FF FF FF 03 00 04 00 FF FF 06 00 07 00 FF FF 00 00

 Вхід FAT

 __________________________________________________

12-бітовий FAT |резерв| 003H| 004H| FFFH| 006H| 007H| FFFH| 000H|

16-бітовий FAT | |0003H|0004H|FFFFH|0006H|0007H|FFFFH|0000H|

 |______|_____|_____|_____|_____|_____|_____|_____|

Вхід каталогу ____________

(указує на |FILE1.TXT |