Файловые системы: Основы и принципы работы

Файловая система представляет собой набор методов и структур данных, который операционная система использует для организации и хранения файлов на диске или его разделе. Говоря о файловой системе, можно иметь в виду как сам метод организации данных, так и конкретный раздел или диск. Важно различать физическое устройство (диск или раздел) и файловую систему, установленную на нем. Некоторые утилиты, например, утилиты форматирования, работают напрямую с секторами диска, что может повредить существующую файловую систему. Большинство программ обращается к данным через файловую систему, поэтому если система не инициализирована или не соответствует ожидаемому типу, программа не сможет функционировать корректно.

Чтобы диск или раздел стали пригодными для использования как файловая система, их необходимо инициализировать и перенести на них нужные данные. Этот процесс обычно называется созданием файловой системы.

Структура большинства файловых систем UNIX имеет много общего. Основные компоненты включают: суперблок, индексный дескриптор (inode), блок данных, блок каталога и косвенный блок. Суперблок содержит общую информацию о файловой системе, такую как её размер. В индексном дескрипторе сохраняется информация о файле, кроме его имени, которое хранится в блоке каталога вместе с номером соответствующего дескриптора. Запись каталога включает в себя имя файла и номер его индексного дескриптора. В inode есть ссылки на блоки данных, которые содержат сами файлы. Если файлу нужно больше блоков, чем может предоставить inode, дополнительное пространство для ссылок на блоки выделяется динамически. Такие блоки называются косвенными.

В UNIX-системах существует возможность создания "дыр" в файлах. Это позволяет файловой системе представлять участки данных как нулевые байты, не выделяя для них реальное место на диске, экономя таким образом пространство. Эта особенность активно используется во многих приложениях, в том числе в некоторых программных библиотеках Linux и базах данных.

Использование "дыр" в файлах может быть очень эффективным. Например, на системе с дисковым пространством в 200 Мб, экономия пространства благодаря использованию "дыр" может составить до 4 Мб. Однако точные значения могут варьироваться в зависимости от конкретной системы и наличия определенных файлов. Подробнее о методиках измерения и использования "дыр" можно узнать в приложении B.