Інформація в пам’яті комп’ютера зберігається у файлах. Файл – це по іменована область на диску або іншому носії інформації. У файлах можуть зберігатися документи, готові до виконання програми і довільні інші дані.

Часто файли поділяють на дві категорії – текстові і двійкові. Текстові файли призначені для читання людиною. Вони складаються з рядків символів. Кожен рядок закінчується двома символами: “повернення каретки” (CR) і “новий рядок” (LF). При редагуванні і перегляді файлів цих символів не видно.

В текстових файлах зберігаються тексти програм, командних файлів DOS та інше. Файли що не є текстовими називаються двійковими.

Кожна програма має в своєму складі файл, який запускає цю програму. Такий файл називається виконуваний файл. Виконувані файли мають розширення .COM і .EXE.

Текстові редактори, електронні таблиці, графічні редактори зберігають довільний оброблюваний документ (таблицю, малюнок і ін.) в одному файлі. Для роботи з такими документами треба запустити відповідну програму і відкрити файл документу в цій програмі.

Позначення файлу для операційних систем називається іменем файлу. Імена файлів в DOS і Windows 3.1 складаються з двох частин: імені і розширення. В імені може бути від одного до восьми символів. Розширення починається з точки, за якою слідують від одного до трьох символів. Допустимі символи в імені і розширенні:

n     великі і малі латинські букви;

n     цифри;

n     символи: -, $, #, &, @, !, %, (, ), {, }, ‘, “ , ~, ^, +, ,, ;, =, [, ].

Недопустимі символи: \, /, :, *, ?, <, >, .

Розширення імені файлу не обов’язкове. Воно описує вміст файлу. Багато програм (Norton Commander, Windows) дозволяють по розширенню файлу викликати відповідну програму і відразу завантажити в неї даний файл.

Деякі поєднання символів не можна використовувати в якості імен файлів, оскільки операційна система DOS використовує їх для позначення пристроїв DOS. Імена пристроїв дозволяють при заданні команд DOS здійснити введення і виведення інформації не тільки з файлами на дисках, але й з різними пристроями комп’ютера, що іноді буває досить зручно. Наприклад, PRN означає принтер, тому якщо в команді DOS замість імені файлу вказати PRN, то відповідні дані будуть виведені на принтер. Ось список імен пристроїв DOS:

Імена файлів реєструються на дисках в каталогах. В операційній системі Windows 98 каталоги називаються папками.

Каталог – це спеціальне місце на диску, в якому зберігаються імена файлів, відомості про розмір, дату і час створення або останнього поновлення, атрибути файлів.

Якщо в каталозі зберігається ім’я файлу, то кажуть, що цей файл знаходиться в даному каталозі. На кожному диску може бути кілька каталогів. В кожному каталозі може бути кілька файлів, але кожен файл реєструється тільки в одному каталозі.

Всі каталоги, крім кореневого, насправді є файлами спеціального вигляду. Кожен каталог має ім’я і він може бути зареєстрованим в іншому каталозі.

Імена каталогів. Вимоги до імен каталогів такі ж, що і до імен файлів. Як правило розширення імені для каталогів не використовується хоча надавати його не забороняється.

На кожному диску є один головний або кореневий каталог. В ньому реєструються всі інші файли і каталоги.

Поточний каталог – це каталог, з яким споживач працює в поточний момент часу.        

Шлях – це послідовність імен каталогів або символів “..”, які розділені символами “\”.

Шлях задає маршрут від поточного каталогу, або від кореневого каталогу, до того каталогу, в якому знаходиться потрібний файл. Якщо шлях починається з символу “\”, то маршрут обчислюється від кореневого каталогу диска, інакше – від поточного каталогу. Кожне ім’я каталогу в шляхові відповідає входженню в підкаталог з таким же іменем. Символ “..” відповідає входженню в надкаталог.

Імена дисководів. В комп’ютері є кілька дисководів. За традицією вони іменуються латинськими літерами A: , B: , C: , D: т.д. З дисководу С: відбувається завантаження операційної системи.

Поточний дисковод– це дисковод, з яким споживач працює в даний час.

Повне ім’я файлу має такий вигляд:

Символи * і ? в імені файлу. В багатьох командах можливе використання символів * i ? для позначення групи файлів.

Символ * означає довільне число довільних символів.

Символ ? означає довільний один символ або відсутність символу.

Наприклад, позначення *.bak вказує на всі файли в поточному каталозі, які мають розширення .bak.

Атрибути файлів. Для кожного файлу в каталозі зберігаються його атрибути. Використовуються такі 4 атрибути файлів:

n   read-only – тільки для читання

n   hidden – прихований

n   system – системний

n   archive – архівувати

Атрибут read–only забороняє вносити зміни у файл. Атрибути hidden і system мають системні файли. Атрибут archive використовується програмами резервного копіювання.

Для більшості споживачів відомості про фізичну будову дисків (жорстких дисків, дискет і магнітооптичних дисків) не є необхідними ¾ програми операційної системи і контролера дисководу дозволяють споживачу і виконуваним програмам працювати з дисками лише на логічному рівні, оперуючи з файлами, каталогами і логічними дисками, а не з секторами, доріжками, командами контролера і т.д. Відомості про фізичну будову дисків необхідні:

n    при розбитті жорсткого диску на логічні диски;

n    при встановленні параметрів жорсткого диску в енергозалежній пам’яті (CMOS) при її пошкодженні або встановленні нового диску;

n    для відновлення інформації на диску, на якому були пошкоджені області, що зберігають дані про логічну структуру диска;

n    а також в деяких інших випадках.

Поверхні диску. Кожен диск має одну або кілька кільцеподібних магнітних поверхонь (також називаються сторонами диску), на яких може записуватися інформація. На дискеті таких поверхонь може бути одна або дві, а на жорсткому диску (вінчестері) – і більше, так як жорсткий диск переважно складається з кількох дисків з магнітним покриттям, що насаджені на одну спільну вісь (шпиндель). При зовнішньому огляді жорсткого диску його поверхні побачити не можна, оскільки жорсткий диск схований в непрозорий герметичний корпус.

Магнітне покриття. На поверхню дискет наноситься тонкий металічний шар оксиду заліза (це називається оксидним покриттям). Цей шар оксиду заліза і зберігає інформацію, що наноситься на нього шляхом намагнічування. На поверхні жорстких дисків металічне покриття переважно наноситься шляхом напилення парів металу (кобальту) у вакуумі.

Обертання дисків. При читанні і записуванні диск обертається в дисководі відносно своєї осі, для цього в дисководі є свій двигун. Дискети обертаються лише при виконанні операцій читання-записування, після завершення цих операцій двигун відключається. Жорсткий диск обертається постійно, поки на нього подається електричне живлення. Звичайна швидкість обертання жорстких дисків – від 60 до 120 обертів за секунду (3600-7200 обертів за хвилину), а дискет – 6 обертів за секунду. Більш висока швидкість обертання жорстких дисків і переміщення їх головок читання-запису, а також набагато більша щільність запису інформації на жорсткий диск, забезпечують значно більшу швидкодію жорстких дисків порівняно з дискетами.

Головки читання-запису. Для кожної магнітної поверхні (сторони диску) в дисководі є своя головка читання-запису, яка може переміщуватися вздовж радіусу диску за допомогою спеціального двигуна командами контролера диску. В дисководах дискет головки читання-запису постійно дотикаються до поверхні дискети, а в жорстких дисків головки читання-запису розміщуються на дуже малій віддалі – в тисячні долі міліметра – від поверхні жорсткого диску.

Доріжки і циліндри. Читання і запис на диск відбувається лише при певних фіксованих положеннях головки читання-запису, і тому інформація на диску розміщується в кільцевих шляхах на магнітних поверхнях диску, що називаються доріжками. Сукупність доріжок, розміщених на однаковій відстані від осі диску, називається циліндром. На кожній магнітній поверхні дискети, як правило, є 40 або 80 доріжок (інакше кажучи, дискета має 40 або 80 циліндрів). Кількість циліндрів на жорсткому диску може бути більше тисячі, вона вибирається так, щоб при запису на кожну доріжку не руйнувалася інформація на сусідніх доріжках. Відстань між доріжками може бути 0,05 мм і менше.

Сектори диску. Інформація на кожній доріжці диску записується в блоках фіксованої довжини (як правило 512 байт), які називаються секторами або фізичними записами. При операціях вводу-виводу сектор зчитується або записується повністю. Як правило, на кожній доріжці міститься однакова кількість секторів, незалежно від того, далеко чи близько від осі диску він знаходиться.

Отже, розміщення кожного фізичного запису (сектору) на диску однозначно визначається трьома числами: номерами поверхні диску, циліндру і сектору на доріжці. Переважно поверхні і циліндри нумеруються з нуля (нульовий циліндр – зовнішній), а сектори на доріжці – з одиниці.

Слід відмітити, що 0-доріжка містить спеціальну (сервісну) інформацію – тобто параметри власне диска, які необхідні для роботи контролера. Це справедливо як для дискет, так і для вінчестера. Нерідко пошкодження цієї інформації являється причиною виходу диску з ладу.

Як було відзначено вище, інформація на дисках записується у секторах фіксованої довжини, і кожен сектор і розміщення кожного фізичного запису (сектору) на диску однозначно визначається трьома числами: номерами поверхні диску, циліндру і сектору на доріжці. І контролер диску працює з диском саме в цих термінах. А споживач бажає використовувати не сектори, циліндри і поверхні, а файли і каталоги. Тому хтось (операційна система або інша програма) повинен при операціях з файлами і каталогами на дисках перевести це у зрозумілі контролеру дії: читання і запис певних секторів диску. А для цього потрібно встановити правила, за якими відбувається цей переклад, тобто, перш за все, визначити, як повинна зберігатися і організовуватися інформація на дисках. Набір цих правил і називається файловою системою.

Отже, файлова система ¾ це набір домовленостей, що визначають організацію даних на носіях інформації.

Наявність цих домовленостей дозволяє операційній системі, іншим програмам і споживачам працювати з файлами і каталогами, а не просто з ділянками (секторами) дисків. Файлова система визначає:

n    як зберігаються файли і каталоги на диску;

n    які відомості зберігаються про файли і каталоги;

n    як можна взнати, які ділянки диску вільні, а які ¾ ні;

n    формат каталогів і іншої службової інформації на диску.

Для використання дисків, записаних (розмічених) за допомогою деякої файлової системи, операційна система або спеціальна програма повинна підтримувати цю файлову систему.

Розповсюджені файлові системи. Оскільки на IBM PC-сумісних комп’ютерах інформація зберігається в основному на дисках, то файлові системи, що на них використовуються, визначають організацію даних саме на дисках (точніше, на логічних дисках). Розглянемо чотири файлові системи – FAT, VFAT (вдосконалена версія FAT), HPFS і NTFS.

Сучасне програмне забезпеченя, і в першу чергу – операційні системи, дає можливість користувачу без спеціальних технічних знань виконувати доволі складні роботи на комп’ютері. Особливе занепокоєння авторів даного посібника викликає широке поширення комп’ютерної літератури в якій взагалі опущено технічні основи функціонування ПК. звичайно, рядовий користувач не повинен розбиратися з деталями функціонування окремих блоків ПК, однак може і повинен мати уявлення про основні принципи функціонування цих блоків. Особливо важливими є знання про функціонування файлової системи ПК, так як від цього залежить цілісність даних, що зберігаються користувачем у комп’ютері, їх доступність.

На малюнку нижче показано як на різних рівнях інтерпритується комп’ютером задача користувача – набір тексту книги. Пересічний користувач працює на двох верхніх рівнях, досвідчений – на трьох верхніх рівнях. Однак необхідно знати про наявність інших рівнів обробки файлів.

Рисунок. Взаємодія користувача та файлової системи ПК

Файлова система, найрозповсюдженіша на IBM PC-сумісних комп’ютерах, була введена на початку 80-х років в MS DOS 1.0 і 2.0. Ця файлова система досить примітивна, оскільки вона була створена для зберігання даних на дискетах. Переважно ця файлова система називається FAT, оскільки найважливішою даних в ній є таблиця розміщення файлів на диску, по-англійськи – file allcation table, скорочено FAT. Ця таблиця містить інформацію про те, які ділянки (кластери) диску вільні, і про ланцюги кластерів, що утворюють файли і каталоги.

У файловій системі FAT імена файлів і каталогів повинні складатися не більше як із 8 символів, плюс три символи в розширенні імені. Каталоги є лінійними списками елементів, кожен з яких може описувати файл або підкаталог, або відповідати знищеному файлу. В елементі каталогу міститься номер першого кластеру файлу або підкаталогу, а номери решти кластерів можна взнати по таблиці розміщення файлів.

Недоліки FAT. Файлова система FAT підтримує імена файлів і каталогів лише з 8 символів, плюс три символи в розширенні імені.

Крім того, вона приводить до значних втрат (до 20%) дискового простору через великі розміри кластерів на дисках високої ємності. Причиною цього є обмежене число кластерів на диску. А файл, як було вказано вище, може займати лише ціле число кластерів. Тому в кінці останнього кластеру залишається вільне місце, в середньому рівне половині кластеру, або і більше. А на великих дисках розмір кластеру у файлів може досягати 32 Кбайт. Отже, на диску ємністю 2 Гбайти з 20000 файлів втрати складають 320 Мбайт, тобто біля 16%.

Нарешті, файлова система FAT малопродуктивна, особливо для великих дисків, не пристосована до багатозадачної роботи (всі операції потребують звертань до таблиці розміщення файлів, а тому до завершення однієї операції не можна розпочинати іншу) і т.д.

Тому для операційних систем OS/2 і Windows NT були розроблені сучасніші файлові системи – HPFS (для OS/2) і NTFS (для Windows NT).

При розробці Windows 95 фірма Microsoft вирішила не вводити нову файлову систему, а залатати наявну файлову систему FAT, дозволивши присвоювати файлам і каталогам довгі імена. Ця мета була досягнута, щоправда, досить штучним шляхом. Було встановлено, що практично всі прикладні програми ігнорують елементи каталогів із сукупністю атрибутів “мітка диску”, “прихований”, “системний” і “лише для читання”. І було вирішено записувати поряд із звичайними елементами каталогу також і елементи із даною сукупністю атрибутів, включаючи в ці елементи потрібну інформацію – довге ім’я файлу,  останнього звернення до файлу і т.д. А в звичайний елемент каталогу записувати коротке ім’я у форматі “8+3”, автоматично згенероване за довгим ім’ям, і іншу потрібну інформацію. Цим досягається сумісність з програмами, розрахованими на DOS або Windows 3.1, – вони можуть звертатися до файлу за коротким іменем. Така удосконалена файлова система називається VFAT.

Прийнятий в Windows 95 підхід добрий тим, що дозволяє використовувати старі диски з файловою системою FAT – на них просто починають записуватися довгі імена. Але все ж цей розв’язок досить штучний, і багато програм – для ремонту файлової системи дисків, “стиснення” дисків, резервного копіювання і т.д., – можуть привести до втрати довгих імен на диску. До того ж всі інші недоліки файлової системи FAT притаманні і VFAT (а деякі з них навіть поглиблені через те, що каталоги повинні містити багато елементів, що описують довгі імена).

В 1996 році було модернізовано Windows 95 – вийшла редакція Windows 95 OSR2, в якій було здійснено значні зміни, виправлена велика кількість помилок та добавлено нові можливості. В цій системі вперше з’явилася підтримка файлової системи FAT 32. Основні новинки даної системи:

·        Значно збільшено число допустимих кластерів на диску, завдяки чому розмір кластера зменшився до 4 Кб, відповідно зменшилися і втрати дискового простору.

·        Доступ до диску і файлів здійснюється за допомогою 32-розрядних драйверів, що значно збільшило швидкість дискових операцій.

·        Ім’я файлу може складатися з 256 символів

З виходом в світ ОС Windows 98 файлова система FAT 32 стає основною файловою системою для персональних комп’ютерів.

Основними недоліком системи FAT 32 залишилася низька захищеність.

NTFS виросла з файлової системи HPFS, розроблюваної спільно IBM і Microsoft для проекту OS/2. Вона почала використовуватися разом з Windows NT 3.1 у 1993 році. Windows NT 3.1 повинна була скласти конкуренцію серверам на базі NetWare і Unix, тому NTFS увібрала в себе всі тодішні технологічні досягнення. От основні з них:

1. Робота з великими дисками. NTFS має розмір кластера 512 байт, що в принципі оптимально, але його можна змінювати до 64 Кбайт. Більш важливо те, що NTFS здатна теоретично працювати з томами розміром у 16,777,216 террабайт. Теоретично, тому що таких жорстких дисків поки просто не існує.

2. Стабільність. NTFS містить дві копій аналога FAT, що називаються MFT (Master File Table). На відміну від FAT MSDOS, MFT більше нагадує таблицю бази даних. Якщо оригінал MFT ушкоджений у випадку апаратної помилки (наприклад, появи bad-сектора), то система при наступній завантаженні використовує копію MFT, і автоматично створює новий оригінал, уже з урахуванням ушкоджень. Але це не саме головне. Головне, що NTFS використовує систему трансакцій при записі файлів на диск. Ця система прийшла із СУБД, де захист цілісності даних – життєво важлива справа. Уже це говорить про її ефективність. У спрощеному виді вона працює так:

·        •Драйвер уведення/виводу NTFS ініціює процес запису, одночасно повідомляючи сервісу Log File Service вести лог (скорочене від login – пароль) усього що відбувається.

·        •Дані пишуться в кеш, під керуванням сервісу Cache Manager.

·        •Cache Manager посилає дані Virtual Memory Manager-у (менеджеру віртуальної пам’яті), для запису на диск у фоновому режимі.

·        •Virtual Memory Manager посилає дані драйверу диска, пропустивши їх через Fault Tolerant Driver (якщо у вас масив дисків RAID).

·        •Драйвер диска шле їхньому контролеру, що вже пише їхній або в кеш, або прямо на диск.

·        •Якщо ця операція проходить без помилок, запис лога віддаляється.

·        •Якщо відбувається збій, запис лога залишається в таблиці трансакцій, і при наступному доступі до диска Log File Service виявляє цей запис, і просто відновлює усе як було до цієї операції.

Така система гарантує абсолютну схоронність даних у випадку копіювання, переміщення і видалення файлів чи директорій. При внесенні змін у файл, ви втрачаєте ті зміни, що знаходилися в момент збою в пам’яті в чи кеші контролера, і не встигли записатися на диск.

3. Захищеність. NTFS розглядає файли, як об’єкти. Кожен файловий об’єкт має властивості, такими як його ім’я, дата створення, дата останнього відновлення, архівний статус, і дескриптор безпеки. Файловий об’єкт також містить набір методів, що дозволяють з ним працювати, такі як open, close, read і write. Користувачі, включаючи мережних, для звертання до файлу викликають ці методи, а Security Reference Monitor визначає, чи має користувач необхідні права для виклику якого-небудь з цих методів. Крім цього, файли можна шифрувати.

4. Компресія даних. NTFS дозволяє стискати окремі каталоги і файли, на відміну від DriveSpace, що дозволяв стискати лише диски цілком. Це дуже зручно, для економії простору на диску, наприклад можна стискати “на льоту” великі графічні файли формату BMP, чи текстові файли, причому для користувача все це буде прозоро.

5. Підтримка формату ISO Unicode. Формат Unicode використовує 16bit для кодування кожного символу, на відміну від ASCII, що використовував 8bit, чи ще гірше – 7bit. Для простого користувача це означає те, що тепер він може називати файли на будь-якій мові, хоч на китайській – система це буде підтримувати, не вимагаючи змінити кодову сторінку, як це робив DOS і W9x.

Саме головне, у чому NT4 поступалася NetWare, це за відсутність квотування. Квотування – це обмеження максимального обсягу дискового простору для користувача, що він зможе використовувати. Навіщо це потрібно? На комп’ютерах, що працюють у великих мережах, у фірмах і організаціях – для запобігання швидкого вичерпання дискового простору – адже жорсткі диски не гумові. Причому, зовсім не обов’язково, щоб усі файли користувача зберігалися в одному місці, вони цілком можуть бути розкидані по всіх дисках. Крім того, можна виставляти квоти для кожного окремого користувача.

Друга, досить важлива відмінність NTFS5 від старої версії – можливість пошуку файлу, по імені його власника. Наприклад, вам потрібно знайти усі файли створені в Word-і, якимсь одним користувачем, на диску, де цих файлів тисячі. У NT4 це було проблемою. За допомогою Access Control List (Список керування доступом), можна легко перевірити, які файли доступні користувачу, і установити права доступу до окремих чи файлів каталогам.

Крім безпосередньої зміни самої структури NTFS, у NTFS5 доданий Microsoft Index Server, що значно прискорює пошук файлів, особливо по їхньому вмісту, за рахунок індексації вмісту дисків. Керується ця служба через розділ Indexing Service вікна Computer Management. У цьому розділі можна переглянути, які директорії індексуються, і, при бажанні, додати нові чи видалити старі. Працює це c будь-якими розділами, а не лише NTFS.

У NTFS5 додана така функція як точки монтування чи, по-іншому, точки з’єднання (junction point). Функція ця давно знайома користувачам різних варіантів Unix/Linux, але в продуктах Microsoft вона з’явилася вперше. За допомогою цієї технології можна приєднати будь-який дисковий ресурс у будь-яке місце файлової системи. Наприклад, можна приєднати жорсткий диск D:\ у кожній з каталогів на диску C:\, наприклад, у C:\games Тепер, зайшовши в директорію C:\games, можна буде бачити вміст кореневого каталогу диска D:\. Усі зміни, що будуть зроблені в цій директорії, будуть зроблені на диску D:\. Після цього, можна у вікні Computer management -> Disk Management забрати букву, присвоєну цьому диску (Change disk letter and path), і користувач навіть не буде знати, що на комп’ютері встановлено два диски! Він буде працювати з одним диском C:\ і директорія C:\games для нього нічим не буде відрізнятися від інших. Змонтувати диск чи розділ у директорію на NTFS розділі чи диску, можна з уже знайомого нам меню Change disk letter and path, вибором пункту Add.. -> Mount in this Ntfs folder -> Browse…

Active Directory – це новий засіб керування користувачами і мережними ресурсами. Воно покликано сильно полегшити життя адміністраторам великих мереж на базі Windows2000 і довкола нього будується вся система керування мережею і її безпеки. Для установки Active Directory необхідно мати Windows2000 Server. Windows2000 Professional може працювати в середовищі Active Directory, але не може створювати її. Active Directory будується на наступних принципах:

1. Єдина реєстрація в мережі. Завдяки технології IntelliMirror, можна підійти до будь-якого комп’ютера в офісі, увести свій пароль і перед Вами буде ваш робочий стіл, ваші документи, і ваші настроювання.

2. Безпека інформації. У службу Active Directorу убудовані засоби ідентифікації користувача. Для кожного об’єкта в мережі можна централізовано виставляти права доступу, у залежності від груп і конкретних користувачів. Завдяки системі безпеки Kerberos, можна здійснювати захищений зв’язок навіть по відкритих мережах, таким як Інтернет. При цьому дані передані по мережі шифруються, а паролі не передаються і не зберігаються на клієнтських машинах. Система безпеки Kerberos (називається по імені міфічного триголового пса, що, відповідно до грецької міфології, охороняв пекельні ворота), відома досить давно, але в ОС від Microsoft вона використовується вперше. Якщо не вдаватися в подробиці, то працює ця система так:

·        Клієнт надсилає запит серверу аутентифікації на дозволи доступу до потрібної інформації.

·        Сервер перевіряє права клієнта і відсилає йому дозвіл на одержання необхідної інформації, зашифроване за допомогою відомого клієнту ключа і заодно відсилає тимчасовий ключ шифрування. За допомогою цього ключа шифрується вся передана інформація, причому час життя ключа обмежено, тому сервер аутентифікації час від часу надсилає новий ключ (природно, новий ключ зашифрований за допомогою поточного ключа), що невідомий нікому, крім сервера і клієнта. Регулярна зміна ключів шифрування сильно утрудняє життя зловмисникам, що полюють за Вашими даними.

Однак, незважаючи на усі свої переваги, система безпеки Kerberos не може протистояти усім видам атак. Наприклад, можна засипати додаток помилковими запитами, так називана атака “Deny of service”, що може привести до того, що додаток не буде використовувати протокол Kerberos.

3. Централізоване керування. При використанні служби Active Directory в адміністратора відпадає необхідність вручну конфігурувати кожну машину, якщо, приміром, необхідно поміняти права доступу до якому-небудь одному об’єкту чи установити новий мережний принтер . Такі зміни можна робити відразу для всієї мережі.

4. Гнучкий інтерфейс. Структури каталогів міняються швидко і легко. Наприклад, можна створити каталог своєї фірми, виділити в окремі підкаталоги бухгалтерію, відділи маркетингу, секретаріат, і представити все це у виді деревоподібної структури. Чи, наприклад у вузі, створити кілька дерев, що представляють різні класи в різних будинках і з легкістю задати зв’язок і права доступу між ними. Підключити мережний принтер до директорії бухгалтерів одним рухом мишки. (При цьому драйвера будуть встановлені на їхні комп’ютери автоматично). Чи мишею перетягнути весь бухгалтерський відділ з одного сервера на іншій, із усіма їхніми правами, папками і документами

5. Інтеграція з DNS. Завдяки тісній інтеграції з DNS, у Active Directory у локальній мережі використовуються ті ж імена ресурсів, що й в Інтернет, що приводить до меншої плутанини, і сприяє більш тісній взаємодії локальної і глобальної мережі.

6. Маштабованість. Декілька доменів Active Directory можуть об’єднані разом під одним керуванням.

7. Простота пошуку. У домені Active Directory різні об’єкти можна знаходити по всіляких ознаках, таким як ім’я чи користувача комп’ютера, адреса електронної пошти користувача і т.д.

Distributed File System – один з інструментів Active Directory. Він дозволяє створювати мережні ресурси, у які можуть входити безліч файлових систем на різних машинах. Для користувача Active Directory це абсолютно прозоро і не має ніякого значення, де і на яких машинах фізично розташовані ті файли, з якими він працює – для нього вони усі лежать в одному місці. Крім цього, при використанні DFS і Active Directory спрощується керування такими ресурсами. Воно централізовано, можна просто і безболісно додавати нові чи ресурси видаляти старі, змінювати фізичне місце розташування файлів, що входять у DFS і т.д.

HPFS – скорочена назва високопродуктивної файлової системи (high performance file system), спільно розробленої в 1989 році корпораціями IBM і Microsoft. Ця система була розроблена, щоб перебороти недоліки FAT, про які ви вже знаєте і використовується разом з операційною системою OS/2.

Перехід на HPFS дозволить заощадити дисковий простір у порівнянні з FAT16. HPFS розподіляє простір, ґрунтуючись на фізичних 512-байтових секторах, а не на кластерах, незалежно від розміру розділу. Система HPFS дозволяє зменшити і непродуктивні втрати, тому що в ній передбачене збереження до 300 байт розширених атрибутів у F-вузлі файлу, без захоплення для цього додаткового сектора (як у FAT).

Інша проблема зв’язана з фрагментацією файлів, що найбільш характерна для ємних дисків з великим числом файлів. Фрагментація збільшує час доступу до файлу і підвищує зношування диска. Про серйозність цієї проблеми говорить кількість утиліт для дефрагментації дисків, що використовують FAT.

Файлова система HPFS забезпечує набагато більш низький рівень фрагментації. Хоча позбутися цілком від неї не вдається, зниження продуктивності, що виникає з цієї причини, майже непомітно для користувача.

Перші 16 секторів розділу HPFS складають завантажувальний блок. Ця область містить мітку диска і код початкового завантаження системи. Сектор 16, відомий за назвою суперблок, містить багато загальної інформації про файлову систему в цілому: розмір розділу, покажчик на кореневий каталог, лічильник елементів каталогів, номер версії HPFS, дату останньої перевірки і виправлення розділу за допомогою команди CHKDSK, а також дату останнього виконання процедури дефрагментації розділу. Він також містить покажчики на список зіпсованих блоків на диску, таблицю дефектних секторів і список доступних секторів.

Сектор 17 зветься SpareBlock (запасний блок). Він містить покажчик на список секторів, які можна використовувати для “гарячого” виправлення помилок, лічильник доступних секторів  “гарячого” виправлення помилок, покажчик на резерв вільних блоків, застосовуваних для керування деревами каталогів, і інформацію про мовні набори символів. Система HPFS використовує інформацію про мовні набори, щоб дати можливість пересилати файли, складені на різних мовах, навіть у тому випадку, коли імена файлів містять унікальні для якої-небудь мови символи. SpareBlock також містить логічний флаг, що повідомляє операційній системі про ненормальне завершення попереднього сеансу роботи. Якщо цей флаг виявлений під час початкового завантаження, то операційна система автоматично запускає утиліту CHKDSK, намагаючись знайти і виправити всі помилки, внесені у файлову систему через неправильне вимикання системи.

Рисунок 4. Прийом збільшення доступного безперервного простору

Під час форматування розділу HPFS поділяє його на смуги по 8 Мбайт кожна. Кожна смуга – її можна уявити собі як віртуальний “міні-диск” – має окрему таблицю обсягом 2 Кбайт, у якій вказується , які сектори смуги доступні, а які зайняті. Щоб максимально збільшити довжина безупинного простору для розміщення файлів, таблиці поперемінно розташовуються на початку і наприкінці смуг (рис. 4). Цей метод дозволяє файлам розміром до 16 Мбайт (мінус 4 Кбайта, що відводяться для розміщення таблиці) зберігатися в одній безперервній області.

Потім файлова система HPFS оцінює розмір каталогу і резервує необхідний простір у смузі, розташованої ближче усього до середини диска. Місце резервується в середині диска для того, щоб фізичні головки, що зчитують дані, ніколи не проходили більш половини ширини диска.

Оскільки весь простір заздалегідь розподілений, це дозволяє HPFS використовувати спеціально оптимізоване програмне забезпечення для більш швидкої й ефективної роботи з каталогами.

Число файлів у кожнім блоці каталогу – змінна величина, що залежить від довжини імен файлів, що містяться в ньому. Імена файлів у HPFS можуть мати довжину до 254 символів, вони сортуються в порядку, обумовленому послідовністю символів у поточній кодовій сторінці системи.

HPFS не накладає обмежень на максимальний розмір файлу, але OS/2 у даний час установлює межу в 2 Гбайта на один файл. Мета HPFS – доведення розміру розділу до 2 Тбайт, але сьогодні є обмеження в 64 Гбайта, оскільки деякі частини системи HPFS дотепер залишаються 16-розрядними.

Швидкість роботи збільшується також завдяки способу збереження елементів каталогів. Система FAT послідовно переглядає кожен елемент каталогу, щоб відшукати потрібний файл. Тому в самому гіршому випадку приходиться перебирати усі файли в каталозі, перш, ніж знайдеться потрібний. Але HPFS використовує для збереження елементів каталогів структуру даних, що називається В-деревом. Кожен елемент каталогу починається з числа, що представляє довжину елемента, що змінюється в залежності від довжини імені файлу. Далі знаходяться час і дата створення файлу, його розмір і атрибути (лише для читання, архівний, схований і системний), а також покажчик на F-вузол файлу. Кожен файл (і каталог) має F-вузол – структуру даних, що займає один сектор і містить принципово важливу інформацію про файл.

F-вузол містить покажчик на початок файлу, перших 15 символів імені файлу, додаткові тимчасові маркери останнього запису й останнього доступу, журнал, що зберігає інформацію про попередні звертаннях до файлу, структуру розподілу, що описує розміщення файлу на диску, і перші 300 байт розширених атрибутів файлу. Програми LAN Server і LAN Manager фірми IBM також зберігають у F-вузлі інформацію про керування користувальницьким доступом (Access Control). Помітьте, що F-вузли зберігаються в суміжних з файлами, що представляються ними, секторах, тому, коли файл відкривається, те чотири, що зчитуються автоматично в кеш  сектора містять F-вузол і три перших сектори файлу.

Кешування значно прискорює роботу з файлами. При відкритті файлу F-вузол і перші три сектори зчитуються і містяться в кеш. Якщо файл, що відкривається – виконуваний, чи якщо за даними журналу доступу до файлів у F-вузлі видно, що файл після відкриття часто читається цілком, то багато секторів будуть попередньо автоматично прочитані і поміщені в кеш.

Операції запису в кеш здійснюються особливим чином, що називається “ледачим” записом. Коли програма посилає команду запису, HPFS поміщає дані в кеш і негайно повідомляє програмі, що операція виконана, і лише потім у фоновому режимі дані переміщаються з оперативної пам’яті на пристрій. Це виключає тривалу затримку, що супроводжує дійсну операцію запису даних на пристрій вводу-виводу. Однак при цьому існує ризик порушення цілісності даних. У такому випадку дуже корисним є список блоків “гарячого” виправлення. Проблема вирішується автоматично, без відома користувача.

Для підвищення ефективності система HPFS також надає багаторівневі кеші. Наприклад, вона зберігає в кеші підкаталоги, а також повне складене ім’я, записавши в пам’яті контрольну суму, що однозначно визначає шлях до файлу. Тому при звертанні до файлу, розташованому в глибоко вкладеному каталозі, швидше всього  буде можливий швидкий доступ відразу в потрібний каталог без пошуку по дереву каталогів.

HPFS має підвищену надійність в порівнянні з FAT. Якщо на диску з FAT виявилася стертою таблиця розподілу файлів, то швидше за усе виявляться загубленими всі дані, що знаходяться поза кореневим каталогом. У системі HPFS замість таблиці розміщення файлів застосовується бітовий масив, що містить прапор, що позначає використовувані сектори. Якщо область бітового масиву буде зруйнована, користувач цього не помітить, навіть якщо це случиться під час роботи системи. F-вузол файлу також містить інформацію про розміщення кожного файлу. Тому область бітового масиву може бути відновлена після пошуку цієї інформації в F-вузлах. Користувач не побачить навіть попередження – пошук виконується автоматично. Цей процес може бути запущений і за допомогою утиліти CHKDSK, що порівнює бітовий масив з інформацією для файлу про приналежні йому секторах. Якщо при читанні бітового масиву виявляється помилка, то створюється новий бітовий масив.

При роботі з HPFS у випадку втрати каталогу в кожного файлу з цього каталогу губиться лише дата останньої операції запису у файл і інші зміни, дата створення і довге ім’я файлу (символи, що випливають за першими п’ятнадцятьма). Елемент каталогу – це усього лише покажчик на F-вузол. У F-вузлі зберігаються перші 15 символів імені файлу (плюс інформація про тім, чи малися в імені файлу інші символи, крім перших 15) і інша інформація, потрібна для доступу до файлу. Утиліти відновлення можуть згодом знайти в F- вузлі зведення про той чи інший файл. Ця надмірність, забезпечувана каталогом і F-вузлами, значно збільшує шанси на відновлення даних. CHKDSK у даний час – єдина утиліта відновлення, що поставляється з OS/2, що, на жаль, поки не використовує всю наявну інформацію.

У UNIX System V реалізований механізм віртуальної файлової системи VFS (Virtual File System), що дозволяє ядру системи одночасно підтримувати кілька різних типів файлових систем. Механізм VFS підтримує для ядра деяке абстрактне представлення про файлову систему, ховаючи від нього конкретні особливості кожної файлової системи. Далі буде розглядатися традиційна файлова система System 5.

Файлова система UNIX s5 підтримує логічну організацію файлу у виді послідовності байтовий. По функціональному призначенню розрізняються звичайні файли, каталоги і спеціальні файли.

Звичайні файли містять ту інформацію, що заносить у них чи користувач яка утвориться в результаті роботи системних і користувальницьких програм, тобто ОС не накладає ніяких обмежень на структуру і характер інформації, збереженої в звичайних файлах.

Каталог – файл, що містить службову інформацію файлової системи про групу файлів, що входять у даний каталог. У каталог можуть входити звичайні, спеціальні файли і каталоги більш низького рівня.

Спеціальний файл – фіктивний файл, асоційований з яким-небудь пристроєм вводу-виводу, використовується для уніфікації механізму доступу до файлів і зовнішніх пристроїв.

Файлова система s5 має ієрархічну структуру, у якій рівні створюються за рахунок каталогів, що містять інформацію про файли більш низького рівня. Каталог самого верхнього рівня називається кореневим і має ім’я root. Ієрархічна структура зручна для багатокористувацької роботи: кожен користувач локалізується у своєму каталозі чи піддереві каталогів, і разом з тим усі файли в системі логічно зв’язані. Корнєвої каталог файлової системи завжди розташовується на системному пристрої (диск, що має таку ознаку). Інші файли можуть міститися на цьому чи іншому пристрої. Для зв’язку ієрархій файлів, розташованих на різних носіях, застосовується монтування файлової системи, виконуване системним викликом mount. Нехай є дві файлові системи, розташовані на різних дисках (рис. 5). Операція монтування полягає в наступному: у кореневій файловій системі вибирається деякий існуючий каталог, що містить один порожній файл, у даному прикладі каталог man, що містить файл dummy. Після виконання монтування обраний каталог man стає кореневим каталогом другої файлової системи. Через цей каталог змонтована файлова система приєднується як піддерево до загального дерева. При цьому немає логічної різниці між основною і монтованими файловими системами.

У UNIX для файлу існує три типи імені – коротке, повне і відносне. Коротке ім’я ідентифікує файл у межах одного каталогу. Воно може складатися не більш ніж з 14 символів і містити так називаний суфікс, відокремлюваний крапкою. Повне ім’я однозначне визначає файл. Воно складається з ланцюжка імен каталогів, через які проходить маршрут від кореневого каталогу до даного файлу. Імена каталогів розділяються символами “/”, при цьому ім’я кореневого каталогу не вказується, наприклад, /mnt/rk2/test.c, де mnt і rk2 – імена каталогів, а test.c – ім’я файлу. Кожному повному імені в ОС відповідає лише один файл, однак файл може мати кілька різних імен, тому що посилання на той самий файл можуть міститися в різних каталогах (тверді зв’язки). Відносне ім’я файлу зв’язане з поняттям “поточний каталог”, тобто каталог, ім’я якого задавати не потрібно, тому що воно мається на увазі за замовчуванням. Ім’я файлу щодо поточного каталогу називається відносним. Воно являє собою ланцюжок імен каталогів, через які проходить маршрут від поточного каталогу до даного файлу. Відносне ім’я на відміну від повного не починається із символу “/”. Так, якщо в попередньому прикладі прийняти за поточний каталог /mnt, те відносне ім’я файлу test.c буде rk2/test.c.

У UNIX s5 усі користувачі стосовно даного файлу поділяються на три категорії: власник, член групи власника і всі інші. Група – це користувачі, що об’єднані по якій-небудь ознаці, наприклад, по приналежності до однієї розробки. Крім цього, у системі існує суперкористувач, що володіє абсолютними правами по доступі до усіх файлів системи.

Визначені також три види доступу до файлу – читання, запис і виконання. Привілею доступу до кожного файлу визначені для кожної з трьох категорій користувачів і для кожної з трьох операцій доступу. Початкові значення прав доступу до файлу встановлюються при його створенні операційною системою і можуть змінюватися його власником чи суперкористувачем.

У загальному випадку файл може розташовуватися в несуміжних блоках дискової пам’яті. Логічна послідовність блоків у файлі задається набором з 13 елементів. Перші 10 елементів призначаються для безпосередньої вказівки номерів перших 10 блоків файлу. Якщо розмір файлу перевищує 10 блоків, то в 11 елементі вказується номер блоку, у якому міститься список наступних 128 блоків файлу. Якщо файл має розмір більш, ніж 10+128 блоків, то використовується 12-й елемент, що містить номер блоку, у якому вказуються номери 128 блоків, кожний з який може містити ще по 128 номерів блоків файлу. Таким чином, 12-й елемент використовується для дворівневої непрямої адресації. У випадку, якщо файл більше, ніж 10+128+1282 блоків, то використовується 13 елемент для трирівневої непрямої адресації. При такому способі адресації граничний розмір файлу складає 2 113 674 блоки. Файлова система s5 підтримує розміри блоків 512, 1024 чи 2048 байт.

Рисунок 5. Традиційна файлова система s5

Уся необхідна операційній системі інформація про файл, крім його символьного імені, зберігається в спеціальній системній таблиці, називаної індексним дескриптором (inode) файлу. Індексні дескриптори усіх файлів мають однаковий розмір (64 байта) і містять дані про тип файлу, про фізичне розташування файлу на диску (описані вище 13 елементів), розмірі в байтах, про дату створення, останньої модифікації й останнього звертання до файлу, про привілеї доступу і деяку іншу інформацію. Індексні дескриптори пронумеровані і зберігаються в спеціальній області файлової системи. Номер індексного дескриптора є унікальним ім’ям файлу. Відповідність між повними символьними іменами файлів і їхніх унікальних імен установлюється за допомогою ієрархії каталогів.

Каталог являє собою сукупність записів про усі файли і каталоги, що входять у нього. Кожен запис складається з 16 байтовий, 14 байтовий приділяється під коротке символьне ім’я чи файлу каталогу, а 2 байти – під номер індексного дескриптора цього файлу. У каталозі файлової системи s5 безпосередньо не вказуються характеристики файлів. Така організація файлової системи дозволяє з меншими витратами перебудовувати систему каталогів. Наприклад, при чи включенні виключенні файлу з каталогу йде маніпулювання меншими обсягами інформації.

Розташування файлової системи s5 на диску показано на рис. 6. Весь дисковий простір, відведений під файлову систему, поділяється на чотири області:

·        завантажувальний блок (boot), у якому зберігається завантажник операційної системи;

·        суперблок (superblock) – містить саму загальну інформацію про файлову систему: розмір файлової системи, розмір області індексних дескрипторів, число індексних дескрипторів, список вільних блоків і список вільних індексних дескрипторів, а також іншу адміністративну інформацію;

·        область індексних дескрипторів, порядок розташування індексних дескрипторів у який відповідає їх номерам;

·        область даних, у якій розташовані як звичайні файли, так і файли-каталоги. Спеціальні файли представлені у файловій системі лише записами у відповідних каталогах і індексних дескрипторах спеціального формату, але місця в області даних не займають.

Рисунок 6. Розташування файлової системи s5 на диску

Доступ до файлу здійснюється шляхом послідовного перегляду всього ланцюжка каталогів, що входять у повне ім’я файлу, і відповідних їм індексних дескрипторів. Пошук завершується після одержання всіх характеристик з індексного дескриптора заданого файлу. Ця процедура вимагає в загальному випадку декількох звертань до диска, пропорційно числу складових у повному імені файлу. Для зменшення середнього часу доступу до файлу його дескриптор копіюється в спеціальну системну область пам’яті. Копіювання індексного дескриптора входить у процедуру відкриття файлу. При відкритті файлу ядро виконує наступні дії:

1.      Перевіряє, чи існує файл; якщо не існує, те чи можна його створити. Якщо існує, то чи дозволений до нього доступ необхідного виду.

2.      Копіює індексний дескриптор з диска в оперативну пам’ять; якщо з зазначеним файлом уже ведеться робота, те нова копія індексного дескриптора не створюється.

3.      Створює в області ядра структуру, призначену для відображення поточного стану операції обміну даними з зазначеним файлом. Ця структура, називана file, містить дані про тип операції (читання, чи запис читання і запис), про число лічених чи записаних байтовий, покажчик на байт файлу, з яким проводиться операція.

4.      Робить оцінку в контексті процесу, що видали системний виклик на операцію з даним файлом.

Файлова система NetWare значно відрізняється від файлових систем ОС загального призначення наступними ключовими властивостями:

·        у ній початі додаткові заходи по збереженню цілісності даних;

·        досягнуто високу продуктивність;

·        забезпечено ємність файлових систем класу великих серверів;

·        забезпечується широкий набір функцій файлових API для серверних додатків.

Том – це первинна структура даних файлової системи NetWare. Том включає фізичне сховище даних, логічну інформацію про файли (файли і каталоги), інформацію простору імен (Name Space) для підтримки не-DOS’овських форматів файлів і системи стійкості до відмов – систему оперативного виправлення (Hot Fix) і систему відстеження трансакцій (TTS).

Том NetWare – це аналог поняття “файлова система” у UNIX. Тобто том можна монтувати і демонтувати, як і файлову систему UNIX . Однак внутрішня структура тому NetWare істотно відрізняється від структури файлової системи UNIX.

Сервер NetWare може мати до 64 томів, монтованих одночасно. Кожен том може забезпечувати збереження до 32 TБ (терабайт), якщо сервер має достатній кеш для збереження структур дані томи, включаючи FAT (File Allocation Table) тому.

Фізичний носій, що доступний для додатків за допомогою засобів тому NetWare, складається з блоків. Блок тому відповідає послідовності секторів фізичного носія. Стандартний розмір блоку тому – 4K (8 секторів), але можливі блоки і великі розміри. Том NetWare – це масив блоків, а кожен блок – це масив секторів.

Таким чином, базова структура тому NetWare включає:

·        Сегмент фізичного носія, що підготовлений як розділ NetWare;

·        Сектори фізичного носія, підтримувані контролером диска;

·        Блоки, кожний з який являє собою масив секторів;

·        Том, являє собою масив блоків.

Том NetWare може бути багатосегментним. Тому фізичний носій тому може складатися з декількох дисководів.

Багатосегментні томи мають наступну структуру:

·        Том може включати до 32 сегментів;

·        Окремий фізичний носій може складатися максимум з 8 сегментів, що відносяться до одному чи декільком томам.

Розміщення сегментів одного тому на різних дисках дозволяє здійснювати операції читання і запису різних частин цього тому одночасно, що підвищує швидкість доступу до даних. Однак при розміщенні сегментів тому на декількох дисках потрібно дзеркальне відображення дисків для захисту інформації при відмовленні якого-небудь диска, інакше таке відмовлення приведе до втрати одного чи декількох томів.

Таблиця, що описує сегмент, називається таблицею визначення тому Volume Definition Table (VDT). У цій таблиці міститься ім’я тому, розмір тому й інформація про розташування сегментів тому на різних дисках. Крім таблиць VDT роздягнув NetWare містить область перепризначення дефектних блоків Hot Fix.

На сервері NetWare повинний бути один диск, що містить розділ DOS. Цей розділ є активним і з його після виконання стартового командного файлу DOS autoexec.bat автоматично стартує ОС NetWare.

Кожен том має таблицю розподілу блоків файлів FAT і таблицю входів у каталог DET (Directory Entry Table). Таблиця FAT по призначенню аналогічна таблиці FAT MS-DOS, а таблиця DET – кореневому каталогу диска MS-DOS. Відмінність DET від кореневого каталогу DOS полягає в тому, что для кожного файлу в ньому може знаходитися несколько записів – входів, якщо файл має не DOS’овський формат. NetWare завжди оперує з надлишковим числом копий FAT і DET для надійності.

У NetWare для досягнення високої продуктивності файлової системи реалізований великий динамічний кеш файлів в оперативній пам’яті. Цей кеш побудовано на блоковій основ. Коли додаток чи читає пише у файл, NetWare копіює потрібні блоки даних файлу в кеш (якщо вони не знаходяться вже там). Коли файлова кеш-пам’ять цілком заповнюється, NetWare виконує процедуру вивантаження відповідно до алгоритму “найменш використовуваний останнім часом” (Least Recently Used, LRU).

NetWare кешує дані файлів по блоках. Це дозволяє NetWare досягати високого ступеня синхронізації між буферами файлового кеша і блоками тому. Фактично, система кешування файлів являє собою частину логічної файлової системи NetWare. Така тісна інтеграція між файловим кешем і фізичними носіями допомагають зберегти цілісність даних у файлах при значному виграші в продуктивності.

У NetWare у буферах кеша-системи зберігаються не лише блоки даних файлів, але і такі елементи файлової системи, як FAT, Turbo FAT, кеш-таблиця і входи каталогів. Turbo FAT являє собою таблицю, у якій безпосередньо перераховані всі блоки файлу, якщо їхня кількість перевищує 64. Це забезпечує швидкий доступ до великих файлів.