Лекции по "Информатике"

Текущая версия протокола  имеет обозначение IMAP4rev1 (IMAP, версия 4, ревизия 1). Протокол поддерживает передачу пароля пользователя в зашифрованном  виде. Кроме того, IMAP-трафик можно  зашифровать с помощью SSL.

 

SMTP (англ. Simple Mail Transfer Protocol – простой протокол передачи почты) – это сетевой протокол, предназначенный для передачи электронной почты в сетях TCP/IP.

BitTórrent (букв. англ. «битовый поток») – пиринговый (P2P) сетевой протокол для кооперативного обмена файлами через Интернет.

Файлы передаются частями, каждый torrent-клиент, получая (скачивая) эти части, в это же время отдаёт (закачивает) их другим клиентам, что снижает нагрузку и зависимость от каждого клиента-источника и обеспечивает избыточность данных.

4. Хранение  файлов на носителях.

Расположение информации на жёстком  диске: пластины, головки, дорожки и сектора.

1. Файловая  система.

Файл – поименованная совокупность байтов.

Файловая система (англ. file system) – способ организации, хранения и именования данных на носителях информации. Файловая система определяет формат содержимого и 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). 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.

Кластер (англ. cluster) – в некоторых типах файловых систем логическая единица хранения данных, объединяющая группу секторов.

Маленький кластер лучше  подходит для маленьких файлов. Так  экономнее расходуется место. Большой кластер позволяет достичь более высоких скоростей, но на мелких файлах место будет использоваться нерационально (многие сектора будут пустыми, но будут считаться занятыми).

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.

Классификация файловых систем по предназначению:

• Для носителей с произвольным доступом (например, жёсткий диск): FAT16, FAT32, NTFS, HPFS, ext2 и др….
• 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.

1. Файловая  система FAT16:

FAT представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Ее название происходит от названия метода, применяемого для организации файлов – “таблица размещения файлов” (File Allocation Table, FAT). Эта таблица размещается в начале тома. В целях защиты тома на нем хранятся две копии FAT.

Пространство тома FAT32 логически  разделено на три смежные области:

• Зарезервированная область. Содержит служебные структуры, которые принадлежат загрузочной записи раздела (Partition Boot Record – PBR, для отличия от Master Boot Record – главной загрузочной записи диска; также PBR часто некорректно называется загрузочным сектором) и используются при инициализации тома;
• Область таблицы FAT, содержащая массив индексных указателей ("ячеек"), соответствующих кластерам области данных. Обычно на диске представлено две копии таблицы FAT в целях надежности;
• Область данных, где записано собственно содержимое файлов

 

Таблица FAT представляет собой список всех кластеров данного раздела. В каждой ячейке может храниться следующая информация:

• 0, если кластер свободен;
• Номер следующего кластера данного файла, если этот кластер занят каким-либо файлом;
• Специальная метка, если кластер является последним кластером файла;
• Специальная метка, если кластер поврежден;

 

Область данных начинается с Корневой папки, которая содержит записи для каждого файла и каждой папки, расположенных в ней. Единственным отличием корневой папки от остальных является то, что она занимает четко определенное место на диске и имеет фиксированный размер (не более 512 записей для жесткого диска; для дискет этот размер определяется их объемом).

Папки содержат 32-байтные  записи для каждого содержащегося  в них файла и каждой вложенной папки. Эти записи содержат следующую информацию:

• Имя (в формате 8.3).
• Байт атрибутов (8 бит полезной информации): Archive (архивный), System (системный), Hidden (скрытый) и Read-only (только чтение).
• Время создания (24 бит).
• Дата создания (16 бит).
• Дата последнего доступа (16 бит).
• Время последней модификации (16 бит).
• Дата последней модификации (16 бит).
• Номер начального кластера файла в таблице расположения файлов (16 бит).
• Размер файла (32 бита).

В FAT16 – на номер кластера отводится 16 бит = 65536 кластеров. Размер кластера боле 32 кбайт не поддерживается. Таким образом, максимальный размер тома 2 Гб.

Максимальный размер файла 2 Гб.

При удалении файла запись об этом файле стирается из соответствующей  папки и соответствующие кластеров  в таблице FAT помечаются как свободные.

2. Файловая  система FAT32:

Ключевая особенность  FAT32 – для адресации кластера используется 32 бита, из которых реально задействовано 28 бит, поэтому максимальное число кластеров 2²⁸ = 268 435 445, что позволяет использовать тома (логические диски) объёмом до 8 ТБ.

Максимальный размер файла 4 Гб.

3. Файловая  система NTFS:

NTFS (от англ. New Technology File System — «файловая система новой технологии») – стандартная файловая система для семейства операционных систем Microsoft Windows NT.

Так же как и FAT, делит диск на кластеры.

NTFS хранит информацию о  файлах в главной файловой  таблице – Master File Table (MFT).

MFT состоит из массива  записей размеров 1 Кб. Каждая запись  идентифицирует один файл, расположенный  на диске. Если 1 Кб недостаточно, может использоваться несколько таких блоков.

В MFT хранится:

• Стандартная информация – Атрибуты файла, например “Read Only”, “скрытый”, “системный”, время создания, последнего доступа, последнего изменения.
• Имя файла или папки в кодировке Unicode.
• положение на диске отдельных фрагментов
• Дескриптор безопасности – Структура, хранящая данные безопасности, ассоциированные с файлом, управляющим доступом пользователя к файлу.
• Данные – Содержимое файла. Т.е., если файл небольшой, то тело файла может быть расположено прямо в MFT.

Чтобы уменьшить вероятность  фрагментации, система резервирует  под MFT первые 12% диска и MFT растёт внутрь него. Если места становится недостаточно, резервируемая область уменьшается в 2 раза. Если места стало больше, область, зарезервированная под MFT, может опять увеличиться, при этом сама MFT может фрагментироваться.

 

Особенности NTFS:

• Журналирование. Журналируемая файловая система сохраняет список изменений, которые она будет проводить с файловой системой, перед фактическим их осуществлением. Эти записи хранятся в отдельной части файловой системы, называемой журналом (англ. journal) или логом (англ. log). Как только изменения файловой системы внесены в журнал, она применяет эти изменения к файлам или метаданным, а затем удаляет эти записи из журнала. 
  При перезагрузке компьютера программа монтирования может гарантировать целостность журналируемой файловой системы простой проверкой лог-файла на наличие ожидаемых, но не произведённых изменений и последующей записью их в файловую систему. То есть, при наличии журнала в большинстве случаев системе не нужно проводить проверку целостности файловой системы. Соответственно, шансы потери данных в связи с проблемами в файловой системе значительно снижаются. 
  Важно понимать, однако, что система восстановления NTFS гарантирует корректность файловой системы, а не ваших данных. Если вы производили запись на диск и получили аварию - ваши данные могут и не записаться.
• Потоки данных файла (Опциональный элемент). Кроме потока, содержащего непосредственно данные файла, файл может включать и другие потоки, например с информацией об авторе и содержании файла. Потоки использует Антивирус Касперского для ускорения своей работы.
• Каталог на NTFS представляет собой специфический файл, хранящий ссылки на другие файлы и каталоги. Файл каталога поделен на блоки, каждый из которых содержит имя файла, базовые атрибуты и ссылку на элемент MFT, который уже предоставляет полную информацию об элементе каталога. Блоки организованы в бинарное дерево, что сильно ускоряет поиск файла в каталоге.
• Сжатие. NTFS имеет встроенную поддержку сжатия дисков.
• Безопасность. NTFS имеет встроенные возможности разграничивать доступ к данным для различных пользователей и групп пользователей.
• Квоты. NTFS может назначать квоты – ограничения на максимальный объём дискового пространства, занимаемый теми или иными пользователями.
• Шифрование.

 

• Максимальный размер диска 2⁶⁴ байт (16 экзабайт).
• Максимальный размер тома – теоретически – 2⁶⁴ кластеров минус 1 кластер. Практически – зависит от операционной системы. Сейчас в Windows – 256 Тб минус 64 кб.
• Максимальный размер файла – 2⁶⁴ кластеров минус 1 кластер. Реально – 16 Тб минус 64 кб.
• Максимальное количество файлов в томе – 2³² – 1.

4. Файловая  система exFAT:

exFAT (от англ. Extended FAT – «расширенная FAT») – проприетарная файловая система, предназначенная главным образом для флэш-накопителей.

Основными преимуществами exFAT перед предыдущими версиями FAT являются:

• Теоретический лимит на размер файла 2⁶⁴ байт (16 эксбибайт).
• Максимальный размер кластера увеличен до 2²⁵ байт (32 мебибайта).
• Улучшение распределения свободного места за счёт введения бит-карты свободного места, что может уменьшать фрагментацию диска.
• Отсутствие лимита на количество файлов в одной директории.
• Введена поддержка списка прав доступа.

2. Разделы дисков.

Раздел (англ. partition) – часть жёсткого диска, выделенная для удобства работы, и состоящая из смежных блоков.

Информация о размещении разделов на жёстком диске хранится в таблице разделов, которая является частью главной загрузочной записи (MBR).

Главная загрузочная запись (англ. master boot record, MBR) – это код и данные, необходимые для загрузки операционной системы (ОС), и расположенные в первых физических секторах (чаще всего в самом первом) на жёстком диске или другом устройстве хранения информации. MBR содержит небольшой фрагмент исполняемого кода, таблицу разделов (partition table) и специальную сигнатуру.

Цель MBR – ещё не загрузка ОС, а всего лишь выбор, «с какого раздела жёсткого диска следует  загружать ОС». На стадии MBR происходит выбор раздела диска и ничего более.

Раздел может быть либо первичным (основным), либо дополнительным.

В первом секторе каждого  основного раздела находится  загрузочный сектор (Boot Record), отвечающий за загрузку операционной системы с этого раздела.

В MBR под таблицу разделов выделено 64 байта. Каждая запись занимает 16 байт. Таким образом, всего на жестком  диске может быть создано не более 4 разделов. Когда разрабатывалась  структура MBR, это считалось достаточным. Однако позднее был введён дополнительный раздел, структура которого (EBR) может  поддерживать неограниченное число  логических дисков (разделов).

По правилам дополнительный раздел может быть только один, и  не может содержать другой дополнительный раздел. Таким образом, в максимальной конфигурации MBR на жёстком диске может быть сформировано 3 основных раздела и 1 дополнительный. При этом некоторые операционные системы способны загружаться только с основного раздела.