Pod pokličkou souborových systémů

Zajímá vás, jak to tam vlastně na tom disku vypadá, jaký je rozdíl mezi FAT, NTFS a dalšími? V tomto článku se dozvíte vše, co potřebujete.

Co je to souborový systém a k čemu slouží?

Už název napovídá, že jde o systém, který řídí a realizuje ukládání informací a jejich zpětné vybavení. Pojmenovaný prostor s daty nazýváme souborem.

Mezi jeho hlavní funkce patří:

  • sledování stavu informací
  • strategie určování, kde a jak budou uloženy soubory a přístupová práva k nim
  • přidělování informací procesům
  • odnímání informací procesům

Srozumitelněji řečeno: Souborový systém umožňuje uživateli zabývat se pouze logickou strukturou informací.

Symbolický systém souborů

Na úrovni symbolického systému souborů se používá jména souboru k jednoznačnému určení odpovídajícího zápisu v adresáři souborů. Jinak řečeno: Tak, jak vidíme soubory a adresáře v operačním systému my, uživatelé. Například pomocí nějakého správce souborů.

Ochrana souborů

Známe několik technik používaných na ochranu souborů:

  • Přístupová matice – udržuje matici souborů a uživatelů s definicí jejich práv.
  • Přístupový seznam – ke každému souboru existuje seznam oprávněných uživatelů.
  • Hesla – pro přístup k souboru je nutné zadat heslo.
  • Šifrování – při tvorbě souboru je zadán klíč, bez něhož se soubor nedá dešifrovat.

Logický systém souborů

Logický systém souborů provádí transformaci struktury logických vět na lineární řetězec slabik, s nímž se pracuje na úrovni fyzického systému souborů. Používá sekvenční přístup (např. u páskových médií), nebo přímý přístup, kde se specifikuje požadovaný úsek (např. pevný disk).

Fyzický systém souborů

Fyzický systém souborů zajišťuje přidělování diskového prostoru souborům. Transformuje logické adresy na adresy fyzických bloků.

Způsoby přidělování diskového prostoru souborům

Asi nejjednodušším způsobem je přidělování souvislých oblastí. U této metody zabírá konkrétní soubor množinu sousedních bloků disku. Výhodou je menší potřeba posunů diskové hlavy, nevýhodou však délka hledání volného prostoru, problémy s růstem souborů a častá potřeba reorganizace dat.

Přidělování nesouvislých oblastí disku metodou zřetězení je používáno např. u souborového systému FAT. Každý úsek konkrétního souboru zná adresu navazujícího úseku téhož souboru. Patrné je to i z následujícího obrázku:

Klepněte pro větší obrázek

Jde o jednoduchý a rychlý princip, jelikož stačí uchovávat pouze počáteční adresu. Při vytváření není nutné udávat rozměr souboru, odpadají problémy spojené s růstem souboru, prostorová neúspornost je zanedbatelná.

Z dalších způsobů zmiňme přidělování nesouvislých oblastí s využitím mapy souboru. Ke každému souboru existuje mapovací tabulka souboru MTS (hodnota –1 značí neobsazeno).

Klepněte pro větší obrázek

Komplexnější obdobou MTS je použití mapy disku:

Klepněte pro větší obrázek

Alokační bloky – clustery

Pevný disk je rozdělen na jednotlivé sektory. Posloupnost těchto nejmenších úseků je nazývána cluster. Velikost clusteru je dána především velikostí diskového oddílu a politikou operačního systému. Většina specializovaných nástrojů umožňuje délku alokačního bloku měnit (v mezích souborového systému). Menší clustery totiž obvykle umožňují efektivněji využívat prostor disku, větší clustery naopak zrychlují práci s diskem.

Fragmentace

Z hlediska souborových systémů je fragmentace velmi důležitý termín. Rozeznáváme dva druhy – vnitřní a vnější.

Vnitřní fragmentace vzniká tehdy, když zůstávají nevyužity velké části alokačních bloků.

Vnější fragmentace znamená, že jeden soubor je rozmístěn na mnoha místech pevného disku a tím pádem zpomaluje rychlost čtení a zápisu.

Příklady souborových systémů

FAT16/32

Už bylo zmíněno, že souborový systém FAT používá alokační tabulku souborů. Jeho různé varianty se odlišují velikostí položek v této tabulce obsažených. Každý oddíl má dvě tabulky, které se vzájemně zálohují.

FAT1 FAT2 Kořenový adresář Ostatní adresáře a soubory

FAT16 je spojen se systémem MS-DOS a také s první verzí Wndows95. Číslice 16 signalizuje, že může být naalokováno pouze 216 clusterů, přičemž maximální velikost jednoho clusteru je 32 kB. Z toho vyplývá i maximální kapacita oddílu naformátovaného tímto systémem – 2 GB. Při takto velkém alokačním bloku jsou však ztráty způsobené vnitřní fragmentací velmi vysoké. Používat FAT16 se doporučuje do velikosti oddílu 512 MB.

FAT32 (W95B-XP) na rozdíl od svého předchůdce nabízí řadu vylepšení. Podpora velkých disků vychází už z 32bitové velikosti položek FAT. Maximální velikost oddílu je teoreticky až 2 TB. Velikost clusteru tedy může být značně menší než u FAT16.

Oba systémy mají také mnoho společných nevýhod: ukládají soubory na disku tam, kde je místo (bez "přemýšlení"), nedokáží zajistit žádná přístupová práva, neumí kvóty, nezabezpečují data atd. atd.

NTFS

New Technology File System je jednou z velkých předností operačních systémů řady NT. Posunuje velikost nejmenší alokovatelné jednotky až na 512 bajtů. Používá 16bitové kódování Unicode, což umožňuje pojmenovat soubor v libovolném jazyce. Logické disky i soubory mohou být rozprostřeny přes více fyzických disků a poškozené soubory mohou být rekonstruovány. Maximální teoretická velikost dosahuje hodnoty 16 384 TB, prakticky ale mohou mít oddíly „jen“ 4 TB. Z dalších novinek (oproti FAT) jmenujme například zabezpečení (práva k objektům), protokolování (journalising), automatickou kompresi dat a od W2K podporu diskových kvót a šifrování.

Kromě uživatelských dat přidává NTFS na disk i tzv. METADATA. Ta jsou ukládána do 16 speciálních skrytých souborů. Jedním z nich je i Master File Table (MFT). MFT je vlastně relační databáze, která uchovává informace o souborech na disku. Každý soubor (včetně souboru MFT a metasouborů) začíná záznamem atributu v MFT a může pokračovat dále externími alokačními bloky.

MFT zabírá oblast začátku disku, přičemž si pro sebe vyhradí větší prostor (12 % oddílu), aby se mohla dále rozrůstat a zůstávala celistvá (nefragmentovaná). Nedostává-li se na disku místa pro soubory, volné místo určené MFT se na nějaký čas zredukuje. Uprostřed disku je záložní kopie nejdůležitějších souborů MFT – metasouborů.

MFT Volný prostor pro MFT Místo pro soubory Záloha prvních 16 souborů MFT Místo pro soubory Ostatní adresáře a soubory

Není účelem tohoto článku věnovat se pouze NTFS, proto případné zájemce o hlubší informace odkážu na jiné zdroje: přímo zde na Živě a na Digit-life.com.

Souborové systémy a LINUX

Stejně jako je k dispozici mnoho linuxových distribucí, existuje i mnoho jejich souborových systémů. Většinou se od sebe dost liší, ale základ vychází z UNIXu. Mezi nejznámější patří ext2 a ext3, ReiserFS, XFS a další.

Kromě toho můžeme využívat i Síťový souborový systém NFS, který umožňuje přístup k souborům na vzdálených počítačích.

Jelikož jde opět o velmi rozsáhlou problematiku, nebudeme se jí hlouběji zabývat. Zájemci však jistě nepohrdnou odkazy na dobře zpracované semináře pro EXT a NFS.

Jaké jsou tedy možnosti?

Jaké možnosti ohledně souborových systémů tedy vlastně máme. Nejprve budeme uvažovat uživatele nejrozšířenějších systémů firmy Microsoft. Ti mají v podstatě dvě možnosti. Pokud chtějí jednoduchost, o něco větší rychlost a větší kompatibilitu, musí dnes při formátování svých disků sáhnout po souborovém systému FAT32.

Naopak pro jakoukoli serioznější práci je již ve spojení s novými OS nutné používat NTFS. Jedině tak mohou zajistit svým datům maximální možnou bezpečnost.

Uživatelé Linuxu mají situaci poněkud jednodušší, protože pokud mě paměť neklame, neexistuje dnes žádná distribuce, která by implicitně nepodporovala některý ze souborových systémů minimálně stejně pokročilý jako NTFS.

Po pečlivém zvážení toho, jaký nebo jaké systémy na svém počítači budeme používat, toho už moc udělat nemůžeme. Maximálně je vhodné zamyslet se nad velikostí alokační jednotky, kterou budeme používat a tím ovlivnit rychlost nebo prostorovou úspornost systému souborů.

Diskuze (75) Další článek: Microsoft se chystá přepracovat Internet Explorer

Témata článku: Linux, Bezpečnost, Unicode, Systém, Diskový oddíl, Velký soubor, Vnitřní prostor, Cluster, Velký prostor, Soubor, Metadata, Velikost, Blok, Kořenový adresář, Maximální hodnota

Určitě si přečtěte


Aktuální číslo časopisu Computer

Zachraňte nefunkční Windows

Jak nakupovat a prodávat kryptoměny

Otestovali jsme konvertibilní notebooky

Velký test 14 herních myší