Systemy plików

 

System plików jest metodą przechowywania plików, zarządzania plikami, informacjami o tych plikach, tak by dostęp do plików i danych w nich zgromadzonych był łatwy dla użytkownika systemu; także: wolumin.

Systemy plików stosuje się dla różnych nośników danych, takich jak dyski, dyskietki, a także w strumieniach danych, sieciach komputerowych, pamięciach. We współczesnych systemach operacyjnych bezpośrednie operowanie na danych w plikach zarezerwowane jest tylko dla systemu operacyjnego, aplikacje mają dostęp tylko do operacji na plikach i mają zabroniony bezpośredni dostęp do nośnika danych.

System plików to reguły umieszczania na nośniku danych abstrakcyjnych danych oraz informacji umożliwiających przechowywanie tych danych, łatwy i szybki dostęp do informacji o danych oraz do tych danych, manipulowania nimi a także sposobach usuwania ich.

Większość systemów operacyjnych posiada własny (macierzysty) system plików, rozwijany równolegle z nim (np. FAT w DOS-ie, NTFS w Microsoft Windows NT lub ext/ext2/ext3 i ReiserFS/Reiser4 w Linuksie), ze względu na pewne specyficzne właściwości nadawane plikom (np. atrybut wykonywalności pliku), podobnie jak niektóre nośniki danych (np. ISO 9660 na CD-ROM i UDF na DVD), jednak sam system plików jest niezależny od nich. Same systemy operacyjne (w szczególności Unix i jego pochodne) potrafią obsługiwać wiele systemów plików.

• Dyskowy system plików - "normalny" system plików pozwalający na zarządzanie danymi na stacjonarnych nośnikach danych, takich jak twarde dyski. Każdy system posiada swój własny system plików (np. Linux - ext2, Windows NT - NTFS itd.).

• Sieciowy system plików - w zasadzie jest to protokół umożliwiający przesyłanie poleceń do serwera przez sieć oraz wykonywanie operacji na odległość. Informacje są z powrotem przekazywane z serwera do klienta. Dzięki takiemu rozwiązaniu użytkownik nie widzi żadnej różnicy między pracą na sieciowym systemie plików a pracą na lokalnym systemie plików. Najbardziej znane to NFS, Coda, AFS (System plików Andrew'sa), SMB oraz NCP (Novell'a).

• Specjalne systemy plików (Wirtualne systemy plików) - nie umożliwiają zarządzania danymi, np. system /proc (w Linuksie) dostarcza interfejsu, który umożliwia dostęp do niektórych struktur jądra.

• Systemy oparte na bazie danych - systemy plików, w których pliki są identyfikowane na podstawie swojej charakterystyki (np. autora, typu czy tematu, którego dotyczą) - jak w bazach danych.

• Systemy dziennikujące (lub księgujące, ang. journaling) - systemy z mechanizmem księgującym, zwiększającym bezpieczeństwo danych i umożliwiającym szybkie przywrócenie sprawności systemu po awarii. Mechanizm taki posiadają nowsze systemy plików (np. NTFS lub ext3).

Systemy plików w obsługiwane przez różne systemy operacyjne:

 

Unix/Linux

• minix (system prof. Andrew S. Tanenbauma)
• ext (pochodna miniksa)
• ext2 (second extended file system, ulepszony ext)
• ext3 (bazujący na ext2, z księgowaniem)
• ext4 (dodany będzie support dla partycji do 1024PB)
• FFS Poprzednik UFS
• ReiserFS (Linuksowy system plików z księgowaniem autorstwa Hansa Reisera)
• Reiser4
• JFS (system plików IBM'a)
• UFS (uniksowy system plików pod Solarisa i BSD)
• XFS
• xFS (sieciowy system plików)
• NFS (sieciowy system plików firmy Sun)
• SYSV (system plików z Unix-V, firmy AT&T)
• ADFS (Acorn StrongARM)
• GNOME Storage (linuksowy system oparty na bazie danych)
• Xia (pochodna miniksa)
• AndrewFS (AFS) (sieciowy system plików pod Uniksa)
• smbfs (LAN Manager)
• ncpfs (sieciowy system plików Novella)
• cramfs
• filecore FS (pod BSD)

DOS

• FAT (FAT12) (Tablica alokacji plików, dyskietkowy)
• FAT16
• FAT32

Windows

• VFAT (Virtual FAT)
• NTFS (system plików z księgowaniem pod Windows NT i nowsze)
• WinFS (system plików oparty na bazie danych)

 

Krótka charakterystyka najpopularniejszych systemów plików

 

ext2

( second extended filesystem) - drugi rozszerzony system plików dla systemu Linux. Ext2 rozwinął się z rozszerzonego systemu plików ext. Rozpoznanie uszkodzenia systemu plików (np. po załamaniu się systemu) następuje przy starcie systemu, co pozwala na automatyczne naprawianie szkód za pomocą oddzielnego programu (e2fsck), uszkodzone pliki zapisywane są w katalogu lost+found.

System plików ext2 zawiera mechanizm zapobiegający znacznej fragmentacji dysku.

Ext2 przy domyślnym rozmiarze bloku (4 kB) obsługuje partycje o wielkości do 16384 GB i pliki o wielkości do 2048 GB. Nazwy plików mogą mieć 255 znaków długości.

Ważnym elementem systemu ext2 są wolne pola w strukturach danych - to dzięki nim między innymi możliwa jest konwersja "w locie" do systemu ext3 - wykorzystuje on po prostu część z nich do przechowywania swoich danych.

ext3

(third extended filesystem) to nowoczesny system plików oparty na ext2. Jest to domyślny system plików w większości dystrybucji systemu GNU/Linux opartych na jądrze 2.4 oraz nowszych. System ten jest rozszerzeniem ext2 i poza dodanym księgowaniem nie różni się od niego prawie niczym.

W odróżnieniu od większości innych systemów z księgowaniem ext3 daje do wyboru trzy tryby księgowania:

• w trybie najbezpieczniejszym księgowane są zarówno metadane jak i zwykłe dane
• w trybie domyślnym księgowane są tylko metadane
• istnieje jeszcze jeden tryb, w którym księgowane są również tylko metadane, ale jest mniej bezpieczny, bo pozwala na modyfikacje danych objętych metadanymi nie zapisanymi jeszcze na dysk

Ext3 dodaje dokładny zapis zmian na dysku co w razie nagłego wyłączenia systemu umożliwia szybsze przywrócenie spójności systemu plików niż ext2. Inną zaletą tego systemu plików oprócz dużego bezpieczeństwa danych jest to, że bardzo łatwo przekonwertować do niego system plików ext2.

Prawidłowo odmontowany system plików może być zarówno przekształcony z Ext2 w Ext3 jak i z powrotem. Nie jest konieczne tworzenie kopii zapasowej całej partycji by przekonwertować istniejące systemy na Ext3, gdyż polega ona tylko na dodaniu pliku dziennika do systemu plików. Poza tym istnieje możliwość używania tego systemu plików przez programy obsługujące tylko Ext2 (np. GRUB) - ext3 jest w pełni kompatybilny wstecz.

Ze względu na sposób działania, nie jest możliwe odzyskanie skasowanych plików (w przeciwieństwie do ext2).

ReiserFS

zwany także Reiser3 to system plików zaprojektowany i zaimplementowany przez grupę kierowaną przez Hansa Reisera. ReiserFS jest obecnie obsługiwany przez GNU/Linuksa i może być w przyszłości włączony do innych systemów operacyjnych. ReiserFS to jeden z pierwszych systemów plików z księgowaniem dla GNU/Linuksa. Księgowanie (journaling) zapewnia atomowość operacji na systemie plików. W odróżnieniu od ext2 ten może trwać godzinami. Za zwiększenie bezpieczeństwa danych płacimy szybkością (trzeba uaktualniać kronikę) i przestrzenią dyskową (kronika zajmuje miejsce). ReiserFS wykonuje operacje na metadanych systemu plików, które są atomowe.

ReiserFS do przechowywania obiektów używa b-drzew, znany jest ze swojej szybkości i efektywnego przechowywania i dostępu do dużej ilości małych plików (szczególnie w jednym katalogu). Obecnie Namesys ukończył prace nad nowym systemem plików o nazwie Reiser4.

ReiserFS bardzo wydajnie obsługuje katalogi zawierające ogromne ilości małych plików. Jest to między innymi korzystne przy obsłudze kolejek wiadomości w grupach dyskusyjnych.

FAT16

Odmiana systemu plików FAT, z którego mogą korzystać różne systemy operacyjne.

Pierwsze komputery klasy PC pracujące pod kontrolą systemu DOS miały architekturę 16-bitową. Oznaczało to, że ich system plików mógł opisać tylko 216, czyli 65536 klastrów. Klastry były rozmiarowo równe fizycznym sektorom dysku twardego (512 bajtów), jednakże ograniczało to pojemność do 32 MB. Większy dysk twardy trzeba było dzielić na partycje. Zatem postanowiono zwiększyć rozmiar jednostek alokacji. Jednakże gdy wielkość dysków doszła do 1 gigabajta, jednostki alokacji osiągnęły rozmiar 32 kilobajtów. Tak duża wielkość spowodowała duże marnotrawstwo przestrzeni dyskowej (plik zawierający 10 bajtów informacji zajmował na dysku 32 kilobajty miejsca). Drugim mankamentem sytemu plików FAT było ograniczenie wielkości dysku do 2,1 GB. Wymienione cechy spowodowały konieczność stworzenia następcy – sytemu FAT32. Inną cechą systemu FAT16 jest nierozróżnianie wielkości liter w nazwach plików, oraz ograniczenie długości nazwy plików do 12 znaków.

FAT32

Odmiana systemu plików FAT, po raz pierwszy zastosowany w systemie operacyjnym Windows 95 OSR2, następca FAT16.

FAT32 (który pomimo nazwy sugerującej 32 bity, używa tylko 28 bitów) pozwalając teoretycznie na opisanie 268.435.438 klastrów, co umożliwiałoby użycie go nawet na wieloterabajtowych dyskach twardych. W rzeczywistości, z powodu ograniczeń wbudowanych w program użytkowy "ScanDisk" firmy Microsoft, który obsługuje maksymalnie 4.177.920 klastrów, wielkość partycji obsługiwanej w tym systemie plików nie może przekroczyć 124,55 gigabajtów, co nie pozwala na jego użycie z nowymi generacjami twardych dysków. Więcej informacji na ten temat można znaleźć na stronie Microsoftu [1]. Maksymalny rozmiar pliku to 4 GiB - 1 B (232 B - 1 B).

W momencie powstania, był on wyraźnie lepszy od swojego poprzednika, FAT16, jednak z powodu swoich ograniczeń został zastąpiony systemem NTFS w późniejszych systemach Microsoftu, jak np. Windows XP. W Windows XP można korzystać z FAT, można także zainstalować go na takiej partycji, jednak systemowe narzędzia nie potrafią utworzyć partycji FAT32 o rozmiarze większym niż 32 GB. Aby utworzyć partycję FAT o rozmiarze większym niż 32 GB, należy posłużyć się alternatywnym narzędziem do partycjonowania lub systemem Windows 95OSR2/98.

NTFS

( New Technology File System, w wolnym tłumaczeniu "system plików nowej generacji") to standardowy system plików systemu Microsoft Windows NT i jego następców (Windows 2000, Windows XP i Windows Server 2003). NTFS pochodzi od HPFS, który został opracowany przez Microsoft i IBM dla systemu OS/2 na miejsce starszego FATu, używanego w MS-DOS. HPFS posiada kilka ulepszeń w porównaniu do FATu, takich jak wsparcie dla metadanych, użycie zaawansowanych struktur w celu polepszenia, wiarygodności i wydajności (zarówno w odniesieniu do szybkości jak i wymaganej pojemności dyskowej). NTFS zawiera wszystkie te ulepszenia oraz dodatkowo listy kontroli dostępu (ACL) i dziennik operacji dyskowych (journal). Poza tym NTFS nie posiada ograniczenia systemu plików FAT, dotyczącego maksymalnego rozmiaru pojedynczego pliku (do 1GB -> FAT16 i 4GB -> FAT32), co umożliwia na przykład przechowanie obrazu płyty DVD na dysku twardym, bez dzielenia go na mniejsze pliki.

Maksymalny rozmiar pliku to:

• Teoretycznie: 16 EB - 1 KB (264 B - 1 KB)
• W implementacji: 16 TB - 64 KB (244 B - 64 KB)

Maksymalny rozmiar partycji to:

• Teoretycznie: 264 klastrów - 1 klaster
• W implementacji: 256 TB - 64 KB (232 klastrów - 1 klaster)

Początek strony