Фундамент информационной системы

К недостаткам BeOS относят небольшое количество прикладного ПО, недостаточное количество драйверов для аппаратных устройств, плохая документированность.

Mac OS. Ориентирована исключительно на компьютеры Мае от Apple. Очень проста в работе и обслуживании, система полностью интегрирована с аппаратным обеспечением, многие технологии изначально реализованы на уровне ОС. Приложений для нее значительно меньше, чем для Windows. Решения на базе Mac OS на порядок дороже решений, основанных на платформе Intel.

4. Операционные системы КПК

Основная масса карманных компьютеров использует всего три ОС - Palm OS, EPOC и Windows СЕ различных версий, причем Pocket PC условно можно считать новой версией Windows СЕ.

Palm OS - ОС, используемая в КПК производства Palm Computing, а также на всех лицензированных клонах этой платформы, выпускаемых компаниями Symbol, IBM, Qualcomm. Особенностью этой ОС является ее строгая привязка к определенной платформе, типу процессора, объему памяти, экрану и т. д. Именно в таких аппаратных ограничениях и заключается ее сила. Так, благодаря ориентации только на одну платформу, скорость работы КПК Palm намного выше, чем у конкурирующих систем. Ядро Palm OS поддерживает режим многозадачности, хотя сама ОС не может использовать эти функции. Все модели КПК, работающие под управлением Palm OS, могут синхронизировать информацию с большинством персональных информационных диспетчеров для настольных ПК с помощью программного обеспечения HotSync.

ОС EPOC, используемая во всех моделях карманных компьютеров, выпущенных компанией Psion PLC, разрабатывается фирмой Sym-bian. Это многозадачная оконная ОС, которая поддерживает работу с цветными экранами. Скорость ее работы выше, чем у Windows СЕ, что объясняется строгой привязкой EPOC к аппаратному обеспечению. ОС Windows СЕ задумывалась Microsoft как облегченная версия Windows 95, рассчитанная на использование в портативных компьютерах. Изначально ориентированная на самые различные аппаратные платформы и процессоры Windows СЕ позволяет легко менять конфигурации портативных устройств и применяется не только в PDA, но и в ноутбуках, автомобильных компьютерах, Web-планшетах.

В отличие от Palm OS EPOC многофункциональна, имеет модульную основу и широкие возможности расширения. И именно из-за ее многофункциональности и некоторой громоздкости для мобильных устройств PDA под управлением Windows СЕ несколько медленней тех, на которых установлена EPOC. Эта ОС от Microsoft является многозадачной, может работать с мультимедийными данными и цветными экранами. Недостатком этой ОС являются завышенные требования к оперативной памяти и неприспособленность стандартного интерфейса Windows под нужды мобильных пользователей.

На основе Windows СЕ исключительно для КПК была разработана Pocket PC - программно-аппаратная платформа, сочетающая в себе операционное ПО и ряд новых, ранее недоступных для карманных ПК функций. К их числу относится функция мультимедиа, позволяющая с помощью специальной версии Windows Media Player воспроизводить потоковое аудио и видео, а также проигрывать файлы формата МРЗ, функция чтения электронных книг с помощью программы Reader. Кроме того, пользователям доступны и облегченные версии практически всего офисного ПО Microsoft - Word, Excel, Internet Explorer, Outlook, Money и т. д.

5. Файловые системы

5.1 Общие сведения

С понятием файловой системы тесно связано понятие файловой структуры жесткого диска и других накопителей. Под файловой структурой диска понимают, как размещаются корневой каталог, подкаталоги, файлы, операционные системы (ОС), а также какие для них выделены области на жестком диске.

Файловая система - это совокупность всех каталогов и файлов на жестком диске. К файловой системе имеет доступ также и любая прикладная программа, для чего во всех языках программирования имеются специальные процедуры. Файловая система является сердцевиной всего программного обеспечения компьютера.

В связи с организацией хранения файлов на жестких дисках во всех современных файловых системах выделяется некоторый базовый уровень, обеспечивающий работу с файлами, представляющими набор прямо адресуемых в адресном пространстве файла блоков. Прежде чем говорить о файловых системах, рассмотрим, что же собой представляют файлы и как они «организованы» при хранении на различных носителях.

5.2 Файлы

5.2.1 Типы

Сам по себе компьютер не обладает знаниями, все эти знания сосредоточены в выполняемых на нем программах, в общем именуемые, как программное обеспечение (ПО). Сфера применения компьютера определяется созданным для него ПО, например, для компьютера в отделе кадров - программа автоматизированного учета персонала, в бухгалтерии - программа бухгалтерского учета, в отделе маркетинга - программа управления маркетингом и т. д. Любая программа использует и оперирует файлами, хранящимися в папках на различных носителях: жестких дисках, дискетах, CD-ROM, сменных носителях. Это могут быть рабочие, служебные и справочные файлы программы, файлы данных и документов.

Файл (англ. file - папка) - это совокупность данных, хранящаяся на носителе, имеющая имя, пересылаемая и обрабатываемая как единое целое. Файл - это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. В файлах могут храниться тексты, документы, программы, рисунки и т. д.

К характеристикам файла относятся имя, расширение, размер в байтах, время создания (время и дата) и атрибут (архивный, только для чтения, системный и скрытый).

Файл служит учетной единицей информации в операционной системе (ОС). Любые действия с информацией в ОС осуществляются именно над файлами: запись на диск, печать, считывание с носителя и др.

5.2.2 Области применения

Прежде всего файлы применяются для хранения текстовых данных: документов, текстов программ и т. д. Такие файлы обычно образуются и модифицируются с помощью различных текстовых редакторов. Структура текстовых файлов обычно очень проста: это либо последовательность записей, содержащих строки текста, либо последовательность байтов, среди которых встречаются специальные символы (например, символы конца строки).

Одним словом, файловые системы обычно обеспечивают хранение слабо структурированной информации, оставляя дальнейшую структуризацию прикладным программам. В перечисленных выше случаях использования файлов это даже хорошо, потому что при разработке любой новой прикладной системы, опираясь на простые, стандартные и сравнительно дешевые средства файловой системы, можно реализовать те структуры хранения, которые наиболее естественно соответствуют специфике данной прикладной области.

5.2.3 Именование

Правила именования файлов, способ доступа к данным, хранящимся в файле, и структура этих данных зависят от конкретной системы управления файлами и, возможно, от типа файла. Все современные файловые системы поддерживают многоуровневое именование файлов за счет поддержания дополнительных файлов со специальной структурой - каталогов (в терминах Windows - папок). Каждый каталог содержит имена каталогов и файлов, содержащихся в нем, т. е. полное имя файла состоит из списка имен вложенных каталогов и имени файла. Разница между способами именования файлов в разных файловых системах состоит в том, с чего начинается эта цепочка имен.

5.2.4 Защита файлов

Файловые системы являются общим хранилищем файлов, к которым имеют доступ пользователи. Поэтому возникает проблема авторизации доступа к файлам. В общем виде подход состоит в том, что по отношению к каждому зарегистрированному пользователю данной вычислительной системы для каждого существующего файла указываются действия, которые разрешены или запрещены данному пользователю.

5.2.5 Многопользовательский доступ

Если операционная система поддерживает многопользовательский режим, то вполне реальна ситуация, когда два или более пользователей одновременно пытаются работать с одним и тем же файлом. Если все эти пользователи собираются только читать файл, ничего страшного не произойдет. Но если хотя бы один из них будет изменять файл, для корректной работы этой группы требуется взаимная синхронизация.

Исторически в файловых системах применялся следующий подход. В операции открытия файла (первой и обязательной операции, с которой должен начинаться сеанс работы с файлом), кроме прочих параметров, указывался режим работы (чтение или изменение). Если к моменту выполнения этой операции от имени некоторой программы файл уже находился в открытом состоянии от имени другой программы, то, в зависимости от особенностей системы, первой программе сообщается о невозможности открытия файла в желаемом режиме либо она блокируется до тех пор, пока вторая программа не выполнит операцию закрытия файла.

5.3 Папки (каталоги)

На компьютере имеется огромное множество файлов, число которых может достигать до нескольких сотен тысяч. Понятно, что если бы все они были записаны на жесткий диск, то при попытке просмотреть их и, тем более, найти среди них файл с конкретным именем возникнут серьезные трудности. Поэтому без своеобразного справочника файлов с указанием месторасположения на диске просто не обойтись. В каждом каталоге хранятся файлы, объединенные каким-либо смысловым признаком, например файлы относящие к какой-то тематике.

В общем случае, каталог (папка) - это такой же файл, но в нем в качестве информации хранятся сведения о других файлах и каталогах. Все ограничения, существующие для имен файлов, распространяются, естественно, и на имена каталогов, причем в имени каталога расширение, как правило, отсутствует.

6. Краткая характеристика файловых систем

FAT 16. Файловая система FAT (File Allocation Table) работает с единицами дискового пространства, называемыми кластерами, включающими один или несколько секторов жесткого диска. Минимальный размер кластера - 512 байт, а максимальный - 32 Кбайта. Таблица FAT идентифицирует записи, соответствующие дисковым кластерам, при помощи 16-разрядных чисел, т. е. в таблице можно разместить не более 65 536 записей (216). Не сложно подсчитать, что при максимальном размере кластера в 32 Кбайта максимальный раздел дискового тома будет составлять 2 Гбайта.

В FAT один файл должен занимать как минимум один кластер. Это приводит к тому, что при размере файла 10 Кбайт и размере 32 Кбайта файл займет кластер, т. е. 22 Кбайт будут потеряно безвозвратно. Тоже самое относится и к файлу размером 40 Кбайт. В этом случае будет занято два кластера, один полностью (32 Кбайта) и часть второго 8 Кбайт, а 24 Кбайта окажутся «не у дел».

Как правило, имя файла состоит из двух частей - имени и расширения. Полное имя файла строится следующим образом: [имя_диска:] [путь\] имяфайла. V дисков могут быть имена А:, В: - для гибких дисков (дискет); С:, D:, Е: и т. д. вплоть до Z: - для жестких дисков и их логических разделов, дисков CD-ROM и других сменных носителей.

Имя файла в MS DOS может содержать от одного до восьми символов, а расширение - до трех включительно, это обуславливается особенностями файловой системы FAT 16. Имя и расширение отделяются друг от друга точкой. Расширение является необязательным параметром и в принципе может отсутствовать.

В названии файлов могут использоваться прописные и строчные латинские буквы (причем MS DOS не проводит различия между большими и маленькими буквами, т. е. символ G и символ q в названии файла будут восприняты совершенно одинаково), символы $ & # @! °/° ^л 0 {}[]-_ ^и цифры. Недопустимо использование символов ? *.,:; = + / \ | < > и символа кавычек.

FAT 32. На смену FAT16 пришла FAT32. Принципиальным отличием FAT32 от FAT16 в том, что она идентифицирует записи, соответствующие дисковым кластерам, при помощи 32-разрядных чисел, т. е. максимальное количество записей становится равным 4 294 967 296 (232). Это позволило обеспечить поддержку дискового раздела до 2 Тбайт. Во всем остальном FAT32 «повторяет» FAT 16.

Имя файла в ОС Windows 9Х, NT, 2000, ХР длина имени файла вместе с расширением может достигать 255 символов. Нельзя использовать символы ? *: / \ | < ? и символы кавычек. Это сделано для повышения наглядности имени файла. WINDOWS 9Х различает прописные и строчные буквы при создании файла, но игнорирует регистр при обращении к файлу.

В Windows 9х для совместимости с ранними версиями MS-DOS введено понятие короткого имени, или DOS. Формируется оно следующим образом. Если имя файла в WINDOWS 9Х соответствует всем требованиям имени DOS, то имя DOS будет в точности соответствовать имени WINDOWS 9Х, только большие буквы станут маленькими. Если имя WINDOWS 9Х имеет большую длину, чем допустимо в DOS, то короткое имя будет сформировано чаще всего так: от имени будет оставлено 6 символов, к нему будет добавлено ~1, а расширение также будет усечено до трех символов. Если в имени WINDOWS 9Х встречаются символы, запрещенные в DOS, то они будут заменены на _ (символ подчеркивания).

NTFS. New Technology File System (NTFS) по сравнению с FAT является более сложной структурой и с более широкими возможностями. Она не хранит всю информацию о расположении файлов в одном месте, сведения о распределении дискового пространства между файлами сохраняются в составе специальных пакетов.

Файловая система NTFS обладает встроенной поддержкой длинных имен и расширяемых атрибутов файлов. Благодаря этому, разделы NTFS могут хранить информацию, связанную с защитой файлов, аудитом доступа к файлам, а также сведения, связанные с правами на владение файлами.

В NTFS можно задавать дисковую квоту, суть которой в том, что пользователю можно назначить определенный размер дискового пространства, который он может использовать для хранения своих файлов.

Новые возможности NTFS версии 5, начиная с Windows 2000, позволяют задействовать архитектуру открытых ключей для шифрования файлов, каталогов или томов с помощью специальной системы шифрования. С помощью возможности монтирования можно подсоединить любой диск в любое место файловой системы.

NTFS поддерживает диски, максимальный размер которых может достигать 16 Экзабайт (экзабайт - это 1 073 741 824 Гбайт). Это практически безграничный размер, который в обозримом будущем на практике вряд ли будет достигнут.

Когда имеет смысл переходить на NTFS? Основными условиями такого перехода является то, в каких целях используется компьютер и каков размер имеющейся оперативной памяти. Во-первых, NTFS работает несколько медленнее, чем FAT, из-за дополнительно загружаемых служб и систем безопасности. Во-вторых, если размер оперативной памяти небольшой, то переходить на NTFS нежелательно.

Если диск или раздел преобразован в формат NTFS, то его нельзя просто преобразовать обратно в формат FAT или FAT 32. Необходимо переформатировать диск или раздел, что приведет к уничтожению всех содержащихся в нем данных, включая программы и личные файлы пользователя.

В табл. 2 приведены данные по совместимости каждой файловой системы с различными ОС и сведения по размерам дисков и файлов.

Таблица 2. Сравнение файловых систем

6.1 Файловая система CD-ROM

Организацию файловой системы на CD-ROM описывает стандарт ISO 9660. Уровень 1 этого стандарта включает форматы файловых систем MS-DOS и HFS (Apple Macintosh), а уровень 2 описывает файловую систему с длинными именами и уровнем вложенности до 32.

Расширение Rock Ridge описывает формат файловой системы UNIX.

Частным случаем CD-R является формат Kodak Photo CD, используемый для многосеансовой записи коллекций фотографий. Photo CD использует формат CD-Bridge, оформленный в файловую систему ISO 9660. Диски Photo CD могут воспроизводиться специальными проигрывателями на бытовой телевизор или считываться компьютерными дисководами CD-ROM.

6.2 Файловая система DVD-Video

Для дисков всех типов (DVD-ROM, DVD-Video, DVD-Audio) используется общая файловая система UDF Bridge Format. Она является комбинацией Micro-UDF и ISO 9660. UDF (Universal Disk Format) - файловая система, разработанная ассоциацией OSTA (Optical Storage Technology Association) на базе стандарта ISO 13346.

Базовой единицей файловой системы DVD-диска являются файлы VOB (Video Object), которые включают в себя не только видео- и аудиоданные, но вспомогательные субизображения и данные по навигации. Каждый VOB-файл построен из ячеек - самых мелких единиц DVD-диска, к которым можно адресоваться при интерактивном просмотре. Они состоят из целого числа групп изображений (MPEG GOP). Ячейки связаны друг с другом навигационными цепочками, определяющими порядок воспроизведения ячеек (переходов между ними) в соответствии с выбранной программой.

6.3 Файловая система MacOS

ОС MacOS, используемая в компьютерах Apple Macintosh, - это иерархическая оптимизированная для работы с дисками больших размеров, а размер кластера даже на многогигабайтных дисках составляет 1-2 Кбайта.

В MacOS у файлов нет трехбуквенных расширений - максимальная длина имени файла - 255 символов.

Но это только пользователю не предоставляется никаких расширений, в действительности роль расширений играет два параметра. Каждый из этих параметров представляет собой обыкновенное 32-битовое число без знака, которое принято для удобства передавать комбинациями из 4 символов ASCII. Этот тип-амфибия очень широко применяется в MacOS для идентификации типов ресурсов, для самых разнообразных дескрипторов в Apple Events, для идентификации содержимого буфера обмена данными.

Параметрами файла являются его тип и сигнатура (подпись). Комбинации этих двух параметров обычно соответствует комплект значков разного разрешения и размера. Тип файла, например, 'TEXT', APPL', 'EPSF', 'PDF ', несет сведения о его формате.

В именах файлов в MacOS можно применять любые символы, кроме двоеточия. Двоеточие в MacOS выполняет примерно ту же функцию, что косая черта разной ориентации выполняет в UNIX или DOS - разделитель в имени файла, позволяющий определить путь к нему.

6.4 Файловые системы UNIX и Linux

Обычные файлы в UNIX состоят как бы из двух частей, разобщенных в пространстве на диске, но обязательно находящихся в одном дисковом разделе. Первая часть - область метаданных, в которой записываются идентификатор диска, сведения об атрибутах файла, а также информация о том, в каких блоках дискового раздела физически размещена область данных файла. Вторая часть содержит те самые последовательности байтов, которые образуют доступный пользователю текст в формате ASCII.

Имя - это атрибут не файла, а файловой системы. И именно для его хранения предназначены файлы особого типа - каталоги (директории в терминах DOS).

Имена файлов, через которые они включаются в файловую систему, фигурируют только в составе каталога, к которому файл приписан, - и больше нигде. И потому удаление файла в UNIX - это операция не с ним самим, а с данными его каталога.

Такой способ организации связи между содержимым файла и его именем называется жесткой ссылкой (hard link). Из него следует, что один и тот же набор данных и метаданных может иметь любое количество имен.

Файловая система ext2fs - типичная представительница UNIX-клана. За счет эффективного кэширования дисковых операций она обеспечивает высокое быстродействие. Но у неё относительно слабая устойчивость к сбоям и отсутствует механизм журнализации (нечто вроде файла логирования (регистрации, протоколирования) дисковых операций, в котором фиксируются не выполненные, а только предстоящие операции с метаданными, что обеспечивает самовосстановление целостности файловой системы после сбоя).

Из файловых систем с поддержкой журнализации наибольшее признание получили ReiserFS, ext3fs, XFS. Для создания любой из этих файловых систем нужно воспользоваться специальной командой.

В общем, Linux похожа на NTFS: есть понятия корневого каталога, подкаталогов и файлов, представляющих собой различные единицы данных. Так как в Linux не используется понятие диск (drive), то ее файловая система монтируется в каталоги внутри корневого каталога. Наборы разрешений и права владения для файлов и каталогов определяют, какими разрешениями обладает пользователь: чтение (read), запись (write) или исполнение (execute).

Для разных целей Linux использует различные каталоги (это имеет место и в Windows). Есть каталоги, которые называются /etc, в них содержатся наиболее важные для Linux конфигурационные файлы; есть каталоги /home, в которых находятся домашние каталоги пользователей. Пользователь с именем root также имеет свой домашний каталог /root