Файловые системы FAT

Оглавление 

Краткие сокращения 4

Введение 5

1. Общие сведения о файловых системах 6

2. Общие сведения о файловой системе FAT 7

3. Структура FAT 10

4. Файловая система FAT16 15

4.1. Преимущества и недостатки FAT16 17

5. Файловая система FAT32 19

5.1. Преимущества и недостатки FAT32 20

6. Вопросы совместимости и ограничения 21

Заключение 23

Список используемой литературы 24 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

  Краткие сокращения

FAT –File Allocation Table

ОС – операционная система

ОП - оперативная  память

ФС – файловая система 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Введение

    В настоящее время на одном диске  в среднем записывается несколько  десятков тысяч файлов. Как разобраться  во всем этом многообразии с тем, чтобы  точно адресоваться к файлу? Назначение ФС – эффективное решение, указанной задачи.

    ФС с точки зрения пользователя — это «пространство», в котором размещаются файлы. А как научный термин - это способ хранения и организации доступа к данным на информационном носителе или его разделе. Наличие ФС позволяет определить, как называется файл, где он находится.        

    Целью данной курсовой работы является рассмотреть  особенности файловой системы FAT, ее структуру и ограничения.

    FAT (File Allocation Table – таблица размещения  файлов) - этот термин относится  к одному из способов организации  ФС на диске.

    Эта таблица хранит информацию о файлах на жестком диске в виде последовательности чисел, определяющих, где находится  каждая часть каждого файла. С  ее помощью ОС выясняет, какие кластеры занимает нужный файл. FAT - является самой распространенной файловой системой и поддерживается подавляющим большинством ОС.

    Сначала FAT была 12-разрядной и позволяла  работать с дискетами и логическими  дисками объемом не более 16 Мбайт. В MS-DOS версии 3.0 таблица FAT стала 16-разрядной  для поддержки дисков большей  емкости, а для дисков объемом  до 2 047 Гбайт используется 32-разрядная  таблица FAT.

    Далее подробнее будут рассмотрены  структура и разновидности FAT, вопросы совместимости и ограничения. 
 
 
 
 

    

1. Общие сведения о файловых системах

    Совокупность  каталогов и системных структур данных, отслеживающих размещение файлов на диске и свободное дисковое пространство, называется файловой системой. Основной структурной единицей любой файловой системы является файл и каталог.

    Файл - минимальная структурированная  именованная последовательность данных.

    Каталог (папка) является своеобразной объединяющей структурой для расположенных на диске файлов. Каталог может содержать  в себе файлы и другие (вложенные) каталоги. Каталоги и файлы образуют на диске древовидную иерархическую  структуру - дерево каталогов. Единственный каталог не входящий ни в одну из директорий называется корневым каталогом.

    В большинстве ФС пространство на диске выделяется кластерами, которые состоят из нескольких секторов. Кластер – минимальный размер места на диске, которое может быть выделено для хранения одного файла.

    ФС определяет:

- как  хранятся файлы и каталоги  на диске;

- какие  сведения хранятся о файлах  и каталогах;

- как  можно узнать, какие участки диска  свободны, а какие – нет;

- формат  каталогов и другой служебной  информации на диске. 

     Для использования дисков, записанных (размеченных) с помощью некоторой файловой системы, ОС или специальная программа должна поддерживать эту файловую систему.

     Современные ОС имеют возможность работать с несколькими файловыми системами одновременно. 

    

2. Общие сведения о файловой системе FAT

    Файловая  система FAT (File Allocation Table) представляет собой простую файловую систему, разработанную для небольших дисков и простых структур каталогов. Название этой файловой системы происходит от метода, применяемого для организации файлов, - таблица размещения файлов (File Allocation Table, FAT), которая размещается в начале тома.

     В таблице размещения файлов указываются:

1. непосредственно адреса участков логического диска, предназначенные для размещения файлов;
2. свободные области дискового пространства;
3. дефектные области диска.

     В этой таблице каждому блоку, предназначенному для хранения данных, соответствует 16-битовое значение. Если блок свободен, то значение будет нулевым. Если же блок принадлежит файлу, то значение равно адресу следующего блока этого  файла. Если это последний блок в  файле, то значение — OxFFF (рис. 2). Существует также специальный код для обозначения плохого блока, не читаемого из-за дефекта физического носителя. В каталоге хранится номер первого блока и длина файла, измеряемая в байтах. Емкость диска при использовании 12-битовой FAT ограничена 4096 блоками (2 Мбайт), что приемлемо для дискет, но совершенно не годится для жестких дисков и других устройств большой емкости. На таких устройствах DOS использует FAT с 16-битовыми элементами. На еще больших (более 32 Мбайт) дисках DOS выделяет пространство не блоками, а кластерами из нескольких блоков.  

    

    Структура файловой системы  FAT

     В таблице FAT кластеры, принадлежащие файлу или каталогу, связываются в цепочки. В 16-разрядной FAT можно иметь до 65536 кластеров. В операционных системах Windows NT/2000/XP разделы FAT могут иметь до 4097 Мб. В этом случае кластер занимает 128 секторов диска.

     Логическое  объединение секторов в кластеры позволяет уменьшить размер таблицы  FAT и ускорить доступ к файлу. Однако слишком большой размер кластера приводит к неэффективному использованию области данных, особенно при большом количестве маленьких файлов. Например, при размере кластера в 32 сектора (16 Кб) средняя величина потерь на файл составляет 8 Кб. Поэтому в современных файловых системах размер кластера не превышает 4 Кб.

     Поскольку файлы на диске подвержены изменению (удаляются, перемещаются, увеличиваются  или уменьшаются), то выделение первого  свободного кластера для новой порции данных приводит к фрагментации файлов. Данные одного файла могут располагаться  не в смежных кластерах, а в  удаленных друг от друга.

     Таблица FAT является основой данной файловой системы, поэтому она хранится на диске в двух экземплярах. Обновляются  копии FAT одновременно, а для работы используется только первый экземпляр. Если он окажется поврежденным, то произойдет обращение ко второму экземпляру. Утилиты проверки и восстановления файловой системы при обнаружении несоответствия первичной и резервной таблицы FAT осуществляет восстановление основной таблицы, используя данные из её копии.

    Система FAT очень проста и имеет одно серьезное достоинство: врожденную устойчивость к сбоям. В то же время у нее есть и ряд серьезных недостатков. Первый недостаток состоит в том, что при каждой операции над файлами система должна обращаться к FAT. Это приводит к частым перемещениям головок дисковода и в результате к резкому снижению производительности.

     Файловая  система FAT 16 может иметь не более 65535 кластеров на логический диск, и это приводит к ограничению размера логического диска. С увеличением размера диска приходится увеличивать размер кластеров, что приводит к крайне неэффективному и бесполезному расходу дискового пространства.

     В файловой системе FAT дисковое пространство логического диска делится на системную область и область данных. Системная область создается и инициализируется при форматировании диска, а в последующем обновляется при работе. Область данных содержит файлы и каталоги, которые образуют на диске иерархическое дерево каталогов, с единственной директорией не входящей в другие – корневым каталогом. Область данных доступна через пользовательский интерфейс операционной системы. Системная область содержит загрузочную запись, зарезервированные сектора, таблицу размещения файлов и корневой каталог. Для каждого файла и каталога в файловой системе хранится справочная информация. Каждый элемент такого справочника занимает 32 байта и содержит: имя файла или каталога, расширение имени файла, атрибуты файла – системный, архивный, только для чтения и др., дату и время создания и последнего изменения файла, номер начального кластера, размер файла. 
 

3. Структура FAT

    FAT состоит из 5 областей.

      
 
 

 
 
 
 
 
 

    Размер  сектора всегда составляет 512 байтов. Это число также указано в  позиции загрузочной записи раздела 0Bh (размер записи 2 байта) в байтах.

    Кластер образуется из нескольких объединённых секторов.

    Количество  секторов в кластере также указаны  в позиции загрузочной записи раздела 0Dh (размер записи 1 байт).

1. Главная загрузочная запись (MBR)

    Master Boot Record - этот сектор несет информацию о разделах, существующих на диске, с каких цилиндров, головок и секторов они начинаются (partition table). Есть также указание для BIOS, где надо искать основные файлы операционной системы.