Файловые системы CD-ROM

Размещено на http://www.allbest.ru/

Аннотация

В данной курсовой работе рассматриваются файловые системы CD-ROM диска. На сегодняшний день существует 3 основных технологии записи информации: электронная (чипы памяти различных видов), магнитная (жёсткие, гибкие диски), магнитооптическая и оптическая (диски CD-ROM, DVD и др.). Поэтому данная курсовая работа на тему: «Файловые системы CD-ROM» посвящена разнообразию файловых систем, существующих в настоящее время и используемых на компакт-дисках. Она состоит из введения, основной части, состоящей из четырех глав, заключения и списка использованной литературы. В работе приведены основные файловые системы, входящие в состав CD-ROM диска.

Работа содержит 31 страницу.



Содержание

Содержание

Введение

1. Создание CD-ROM диска

2. Устройство CD-ROM диска

3. Время доступа к данным

4. Файловые переменные CD-ROM диска

Заключение

Список использованной литературы



Введение

У человека всегда была потребность сохранить результаты его трудов, будь они материальными или умственными. Для этой цели издавна использовались различные способы: древний человек вёл записи с помощью рисунков, т. к. он не владел письменностью, с появлением письменности появилась, и возможность более информативно излагать свои мысли, для чего стали использоваться глиняные таблички, папирусы, бумага, береста и даже каменные стены. Но с развитием человеческой цивилизации, с развитием различных наук количество информации, подлежащей сохранению, постепенно увеличивалось и приходилось придумывать новые методы или улучшать старые.

Так ещё в 1041-1048 г.г. в древнем Китае были предприняты первые опыты книгопечатания (Би Шэн), которое в 15-16 в.в. получило распространение в Европе, а создание в 1814 печатной машины положило начало современной полиграфии.

В 1857 г. англичанин Леон Скотт создал первое устройство, регистрирующее акустические колебания, а в 1878 г. американцем Томасом Эдисоном по такому же принципу был создан фонограф, позволявший записывать и воспроизводить различные звуки и человеческую речь. Так появились первые устройства механической записи информации, а 40-50-х г.г. нашего столетия появилась первая технология записи информации на магнитные носители, что вывело этот процесс на принципиально новый уровень.

С развитием компьютерной техники объёмы информации в электронной форме начали стремительно возрастать. Программы для ПК и объём обрабатываемой и сохраняемой ими информации исчисляется не десятками или сотнями килобайт, как на заре компьютерной эры, а десятками и сотнями мегабайт, к тому же возросла и ценность самой информации. На сегодняшний день существует 3 основных технологии записи информации: электронная (чипы памяти различных видов), магнитная (жёсткие, гибкие диски), магнитооптическая и оптическая (диски CD-ROM, DVD и др.).



1. Создание CD-ROM диска

файловый диск накопитель программный

Музыкальные оптические компакт-диски пришли на смену виниловым "грампластинкам" в 1982 году примерно в то же время, когда появились первые персональные компьютеры фирмы IBM. Эти устройства явились результатом плодотворного сотрудничества двух гигантов электронной промышленности - японской фирмы Sony и голландской Philips. Любопытно, что строго определенная емкость компакт-дисков связана с интересной историей.

Исполнительный директор фирмы Sony решил, что компакт-диски должны отвечать запросам исключительно любителей классической музыки не более и не менее. После того как группа разработчиков провела опрос, выяснилось, что самым популярным классическим произведением в Японии в те времена была 9-я симфония Бетховена, которая длилась 72 минуты.

Так родился стандарт, известный как «Red Book». Напомним, что в работе над "Красной Книгой" (Red Book) кроме специалистов фирмы Sony приняли участие и специалисты фирмы Philips. Эта спецификация, в частности, определяла минимальные требования к качеству записи звука и регламентировала, например, такие характеристики аудио компакт-дисков, как их размер, метод кодирования данных и использование единой спиральной дорожки. Две вышеназванные фирмы сыграли также ведущую роль при разработке первой спецификации цифровых компакт-дисков - так называемой "Желтой Книги" (Yellow Book). Она послужила основой для создания компакт-дисков с комплексным представлением информации, то есть способных хранить не только звуковые, но также текстовые и графические данные (CD-Digital Audio, CD-DA). При этом привод, читая заголовок диска, сам определял его тип (аудио- или цифровые данные). В этом стандарте, однако, не регламентировались логические и файловые форматы компакт-дисков, поскольку решение этих вопросов было полностью отдано на откуп фирмам-производителям. Это в частности означало, что компакт-диск соответствующий требованиям "Желтой Книги", мог работать только на конкретной модели накопителя. Такое положение дел, особенно в связи с большим коммерческим успехом компакт-дисков, разумеется, не могло удовлетворить производителей подобных устройств. В общих интересах необходимо было срочно найти компромисс. Именно поэтому вторым стандартом "де-факто" для цифровых компакт-дисков стала спецификация High Sierra. Этот документ носил, вообще говоря, рекомендательный характер и был предложен основными производителями цифровых компакт-дисков с целью обеспечить хотя бы некоторую совместимость. Данная спецификация определяла уже как логический, так и файловый форматы компакт-дисков.

2. Устройство CD-ROM диска

Для начала скажем, что такое CD-ROM диск. CD-ROM диск - это общее название pяда цифpовых носителей инфоpмации, основанных на стандаpте Red Book и являющихся его pасшиpениями, и пpедназначенных для использования в компьютеpных системах в качестве Постоянного Запоминающего Устpойства.

Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, напыленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой лака, на который наносятся надписи и рисунки. Некоторые диски «подпольных» производителей имеют очень тонкий защитный слой, либо не имеют его вовсе, отчего отражающее покрытие довольно легко повредить. Информационный рельеф диска состоит из спиральной дорожки, идущей от центра к периферии, вдоль которой расположены углубления. Информация кодируется чередованием штрихов и промежутков между ними. Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Приёмник или фотодатчик определяет, отразился ли луч от гладкой поверхности, был ли он рассеян или поглощен. Рассеивание или поглощение луча происходит в местах, где в процессе записи были нанесены углубления (штрихи). Сильное отражение луча происходит там, где этих углублений нет. Фотодатчик, размещённый в накопителе CD - ROM, воспринимает рассеянный луч, отражённый от поверхности диска. Затем эта информация в виде электрических сигналов поступает на микропроцессор, который преобразует эти сигналы в двоичные данные или звук.

В каждом блоке диска записанного в формате CD-ROM содержится 2352 байт. Из них 304 используется для синхронизации, идентификации и коррекции кодов ошибок, а оставшиеся 2048 байт для хранения полезной информации.

3. Время доступа к данным

Время доступа к данным для накопителей CD-ROM определяется точно так же, как и для жёстких дисков. Оно равняется задержке между получением команды и моментом считывания первого бита данных. Время доступа измеряется в миллисекундах и его стандартное паспортное значение для накопителей 4х скоростных приблизительно равно 200 м/с. При этом имеется в виду среднее время доступа, поскольку реальное время доступа зависит от расположения данных на диске. Очевидно, что при работе на внутренних дорожках диска время доступа будет меньше, чем при считывании информации с внешних дорожек. Поэтому в паспортах на накопители приводится среднее время доступа, определяемое как среднее значение при выполнении нескольких случайных считываний данных с диска. Очевидно, что чем меньше время доступа, тем лучше, особенно в тех случаях, когда данные нужно находить и считывать быстро. Время доступа к данным на CD - ROM постоянно сокращается. Заметим, что этот параметр для накопителей CD - ROM намного хуже, чем для жёстких дисков (85-500 мс для CD - ROM и 10 мс для жёстких дисков). Столь существенная разница объясняется принципиальными различиями в конструкциях: в жёстких дисках используется несколько головок и диапазон их механического перемещения меньше. Накопители CD - ROM используют один лазерный луч, и он перемещается вдоль всего диска. К тому же данные на компакт - диске записаны вдоль спирали и после перемещения считывающей головки для чтения данной дорожки необходимо ещё ожидать, когда лазерный луч падает на участок с необходимыми данными. При чтении внешних дорожек время доступа больше, нежели при чтении внутренних дорожек. Обычно, когда увеличивается скорость передачи данных, соответственно уменьшается и время доступа.

4. Файловые переменные CD-ROM диска

Для воспроизведения первых дисков CD-ROM, выпущенных различными производителями, требовалось специальное программное обеспечение. Это связано с тем, что спецификация Yellow Book подробно описывает структуру секторов данных, но совершенно не затрагивает файловые системы или способы хранения информации в файлах, а также форматы данных, которые могут использоваться в компьютерах с разными операционными системами. Вполне очевидно, что основным препятствием к появлению совместимых на программном уровне приложений CD-ROM стало отсутствие универсальных файловых форматов.

В 1985-1986 годах несколько компаний совместными усилиями разработали спецификацию файлового формата High Sierra, которая обеспечила совместимость компьютерных дисков CD-ROM практически со всеми накопителями. Таким образом, спецификация High Sierra определила первую стандартную файловую систему, которая сделала CD-ROM универсальными компьютерными носителями. В настоящее время существует несколько файловых систем, используемых на компакт-дисках.

- High Sierra

- ISO 9660 (на основе High Sierra)

- Joliet

- UDF(Universal Disk Format)

- Mas HFS(Hierarchical File Format)

- Rock Ridge

- Mount Rainier

High Sierra

Производители аппаратного и программного обеспечения ПК были заинтересованы в решении проблемы, связанной со стандартизацией файлового формата CD-ROM. Это позволило бы создавать компьютерные компакт-диски, читаемые всеми системами, без разработки. В 1985 году в отеле High Sierra на озере Тахо (Невада), собрались представители компаний TMS, DEC, Microsoft, Hitachi, LaserData, Sony, Apple, Philips, 3M, Video Tools, Reference Technology и Xebec для того, чтобы создать общий логический формат и файловую структуру дисков CD-ROM. В 1986 году этот формат был опубликован как Рабочий документ по вопросам обработки информации: тома и файловая структура оптических дисков CD-ROM, используемых для обмена данными. Этот стандарт впоследствии получил название High Sierra специальных файловых систем и драйверов.

Благодаря этому соглашению, которое позволяет всем накопителям, использующим соответствующий драйвер (например, MSCDEX.EXE, поставляемый вместе с MS-DOS), читать любые диски формата High Sierra, началось массовое тиражирование программ на компакт-дисках. Кроме того, появление этого стандарта позволило создать компакт-диски, ориентированные на различные операционные системы -- DOS, UNIX и т.д.

Формат High Sierra был представлен на рассмотрение Международной организации по стандартизации (ISO), и двумя годами позже (в 1988 году) его несколько измененный и дополненный вариант был опубликован в виде стандарта ISO 9660. Этот стандарт, конечно, отличается от High Sierra, однако обновление используемых драйверов позволило работать с компакт-дисками не только оригинального формата High Sierra, но и стандарта ISO 9660, созданного на его основе.

ISO

ISO 9660 -- стандарт, выпущенный Международной организацией по стандартизации, описывающий файловую систему для дисков CD-ROM. Также известен как CDFS (Compact Disc File System). Целью стандарта является обеспечить совместимость носителей под разными операционными системами, такими как Unix, Mac OS, Windows.

Стандарт ISO 9660 обеспечивает полную совместимость различных компьютеров и операционных систем. Хотя ISO 9660 несколько отличается от исходного стандарта High Sierra, драйверы, читающие компакт-диски ISO 9660, без проблем читают и диски формата High Sierra. Стандарт ISO 9660 имеет три уровня обмена, которые определяют параметры обеспечения. Существует несколько уровней спецификации:

Уровень 1: Имена файлов ограничены восемью символами и тремя символами расширения. В именах используются только буквы латинского алфавита. Фрагментация файлов не допускается, файл может располагаться только в непрерывной цепочке секторов. Имена директорий должны содержать не более 8 символов. Максимальная глубина вложенных директорий до 8.

Уровень 2: Имена файлов ограничены 32 символами. Набор символов в именах неограничен.

Уровень 3: Файлы могут быть фрагментированы (это необходимо для пакетной или инкрементной записи CD).

Уровень 1 стандарта ISO 9660 представляет собой объединяющий формат файловых систем CD, совместимый практически со всеми компьютерными платформами, включая UNIX и Macintosh. Основным недостатком этой файловой системы является наличие следующих ограничений, относящихся к структуре каталогов и именам файлов:

- имена файлов могут содержать только прописные буквы A-Z, цифры 0-9 и символ подчеркивания (_);

- максимальное количество символов имени и расширения файлов -- 8.3 (на основе ограничений DOS);

- максимальная длина имени каталога составляет восемь символов (расширения не допускаются);

- допускается не более восьми уровней подкаталогов;

- файлы должны быть непрерывными.

Правила обмена уровня 2 имеют те же ограничения, что и правила уровня 1, и отличаются тем, что допустимая длина имени и расширения файла может достигать 30 символов (общее количество знаков без учета разделителя .”). В свою очередь, правила обмена уровня 3 почти не отличаются от правил уровня 2, за исключением того, что файлы не обязательно должны быть непрерывными.

Данные ISO 9660 начинаются с 16-го сектора диска, который также называется 16-м логическим сектором первой дорожки. В многочисленном диске данные ISO 9660 размещены на первой информационной дорожке каждой сессии, содержащей дорожки CD-ROM. В этой же системной области располагается информация об области данных (область, которая содержит сами данные).

Наборы символов, используемые ISO 9660:

d-char: [0-9A-Z_]

a-char: [- !"%&'()*+,./0-9:;<=>?A-Z_]

Уровни совместимости ISO 9660:

level 1. Имена файлов как в MS-DOS (8.3); глубина вложенности до 8; имена каталогов могут иметь длину до 8 символов; длина полного имени файла не более 256 символов. Файл должен состоять из одного экстента.

level 2. Разрешается использовать более длинные имена файлов (до 30 символов, не считая точки и версии).

level 3. Файл может состоять из нескольких экстентов.

Ограничения на имена файлов и директорий:

Можно использовать только латинские буквы в верхнем регистре, цифры и символ подчеркивания.

Имена файлов не должны включать пробелов.

Имена файлов не должны начинаться или заканчиваться точкой.

Имена файлов не должны иметь более одной точки.

Joliet

Это расширение стандарта ISO 9660, разработанное Microsoft для использования с Windows 95 и выше, позволяет записывать компакт-диски, используя файловые имена длиной до 64 знаков, включая пробелы и другие символы международного стандарта кодирования Unicode, при этом можно применять как обычные однобайтовые символы, так и двухбайтовые символы Unicode. Для того, чтобы диски с файловой системой Joliet читались в операционных системах MS DOS или MS Windows 3.1, программа записи, кроме длинных имен, должна также записывать и короткие (8+3) имена файлов.

Основные свойства стандарта Joliet следующие:

- имена файлов или каталогов могут быть длиной до 64 символов Unicode (128 байт);

- имена каталогов могут иметь расширения;

- количество уровней подкаталогов не ограничено;

- поддержка многосессионной записи.

Обеспечение обратной совместимости позволяет системам, не поддерживающим расширения Joliet (например, ранним версиям MS-DOS), читать компакт-диски, записанные в этом формате. При этом происходит интерпретация содержания дисков в соответствии с требованиями стандарта ISO 9660, использующего короткие имена.

Поскольку формат Joliet поддерживает более короткие имена файлов, чем Windows 9х и другие современные версии Windows, при записи в этом формате компакт-дисков, содержащих длинные файловые имена, можно столкнуться с определенными сложностями. Чтобы избежать каких-либо проблем, рекомендуется присваивать каталогам в создаваемой файловой структуре более короткие имена, используя для этого программы записи компакт-дисков. Некоторые программы записи компакт-дисков сами усекают длинные имена, предупреждая об этом пользователя.

UDF

Относительно новая файловая система UDF (Universal Disk Format) создана Ассоциацией по технике и технологии оптических запоминающих устройств (OSTA) в качестве промышленного стандарта таких оптических носителей, как CD-ROM и DVD. Формат UDF имеет целый ряд преимуществ по сравнению с файловой системой ISO 9660, используемой стандартными CD-ROM. Этот формат разрабатывался непосредственно для работы с пакетной записью, т.е. с технологией записи небольших объемов данных на диски CD-R/RW, и в целом напоминает стандарт записи данных на магнитные носители. Файловая система UDF поддерживает имена файлов длиной до 255 символов.

Программное обеспечение пакетной записи, например DirectCD от компании Roxio и InCD от Nero AG, выполняет запись данных в UDF. Однако стандартные накопители CD-ROM, драйверы и операционные системы типа DOS не могут читать компакт-диски, записанные в этом формате. Диски UDF читаются только накопителями CD-R/RW или обычными дисководами CD-ROM, которые соответствуют требованиям спецификации MultiRead.

UDF (Universal Data Format) - файловая система для CD-RW, DVD. Приспособлена для модификации файлов. Имена файлов длиной до 127 символов. Используются пакеты переменной длины. Каждый файл (или фрагмент файла) хранится в отдельном пакете вместе со своим описанием. VTOC не требуется, но для совместимости может иметься VTOC ISO 9660 level 3 (UDF Bridge).

UDF с пакетами фиксированной длины. Диск предварительно форматируется пакетами фиксированной длины. При размере пакета в 4 КБ полезный объем диска в 650 МБ - 494 МБ. Диск при этом не закрывается, поэтому его можно читать лишь на устройстве записи (нужен доступ к PMA). VTOC хранится на диске, но обновление приходиться только при необходимости из-за ограниченного числа циклов перезаписи CD-RW.

DVD-Video и DVD-Audio используют микро-UDF (подмножество UDF, ISO 13346). Размер файла не более 1 ГБ. Имена файлов до 255 символов, UNICODE. Видеофайлы должны лежать в каталоге VIDEO_TS, аудио - AUDIO_TS. DVD-Video и DVD-Audio шифруются системой CSS. Ключ уникален для каждого диска и хранится в зашифрованном виде на нем. Аналоговый выход защищается Macrovision APS. DVD-Video диски имеют код региона, который должен совпадать с кодом региона устройства. Устройство уровня защиты RPC-1 позволяет менять код региона произвольное число раз, уровня RPC-2 - не более 5.

Возможности.

UDF позволяет дозаписывать файлы на CD-R или CD-RW дисках, один файл одновременно, без существенных потерь дискового пространства. Также UDF учитывает возможность выборочного стирания некоторых файлов на перезаписываемых носителях CD-RW, освобождая место на диске.

Метаданные файловой системы, такие, как корневая директория, могут находиться где угодно на диске, «корень» метаданных должен находиться в двух из трех следующих мест: сектор 256, сектор (N-257) и (N-1), где N -- размер дорожки.

UDF также лучше подходит для DVD, так как имеет лучшую поддержку для дисков большого объёма -- нет ограничения в 2 и 4 ГБ на размер файла.

Версии и поддержка.

Существует несколько версий формата UDF:

1.02 (30 августа 1996 г.) Изначально предназначался для записи DVD-Video и DVD-Аudio (поддерживается Windows 98, многими версиями ОС корпорации Apple, возможно использовать для DVD-RAM и магнитооптических дисков);

1.50 (4 февраля 1997 г.) Добавлена поддержка для (виртуальной) перезаписи CD-R/DVD-R при помощи введения VAT (Virtual Allocation Table). Добавлены резервные таблицы файлов для определения повреждений на перезаписываемых оптических дисках. (поддерживается Windows 2000, Linux 2.4, Mac OS 9);

2.0 (3 апреля 1998 г.) Добавлена поддержка Потоковых файлов и файлов реального времени (для записи DVD), упрощено управление каталогами (директориями), расширена поддержка VAT.

2.01 (15 марта 2000 г.) Исправлено большое количество ошибок. Много неоднозначностей стандарта UDF было разъяснено в этой версии. (поддерживается Windows XP, Linux 2.6; может быть несовместима с Mac OS);

2.50 (30 апреля 2003 г.) Добавлен раздел метаданных, облегчающий группировку метаданных, упрощение восстановления данных и опциональное дублирование информации файловой системы (поддерживается начиная с Windows Vista, Linux 2.6, OpenBSD 4.7; может быть несовместим с более ранними версиями Windows и др. платформами);

2.60 (1 марта 2005 г.) Добавлен метод псевдоперезаписи на последовательно записанных дисках. (поддерживается начиная с Windows Vista, Linux 2.6, Mac OS X 10.5, NetBSD, OpenBSD 4.7).

Оптические носители.

Blu-ray и версия DVD дисков с AVCHD используют UDF 2.50 или UDF 2.60

DVD-Video диски используют версию UDF 1.02. Эти диски обычно содержат так называемый UDF Bridgе формат с двумя файловыми системами ISO 9660 (Level 1) и UDF 1.02 на одном носителе.

Формат Philips DVD+VR использует UDF 1.02 и ISO 9660 для DVD+R и DVD+RW дисков.

Формат DVD Forum DVD-VR использует UDF 2.00 для DVD-R, DVD-RW и DVD-RAM дисков.

Macintosh HFS

Эта файловая система используется операционной системой Macintosh. Она может применяться и в накопителях CD-ROM, однако диски этого формата не совместимы с ПК. В целом можно записать комбинированные диски, использующие одновременно файловые системы Joliet и HFS или ISO 9660 и HFS. В этом случае диски будут читаться как PC, так и компьютерами Mac. Операционная система способна видеть только совместимый с ней диск (для PC это диски формата ISO 9660 или Joliet).

Rock Ridge

Ridge Interchange Protocol (RRIP, IEEE P1282) -- расширение файловой системы ISO 9660, разработанное для хранения файловых атрибутов,

используемых в операционных системах POSIX. Расширения Rock Ridge записываются поверх файловой системы ISO 9660 так, что оптический диск с Rock Ridge может быть прочитан программным обеспечением, рассчитанным на работу с ISO 9660.

Стандарт RRIP (Rock Ridge Interchange Protocol) был разработан промышленным консорциумом, получившим название группы Rock Ridge, и опубликован в 1994 году рабочей группой Института инженеров по

электротехнике и электронике (IEEE). Стандарт определяет расширение ISO 9660 для накопителей CD-ROM, что позволяет записывать дополнительную информацию для поддержки файловых систем UNIX/POSIX. Стандарт Rock Ridge в целом не поддерживается DOS или Windows, однако файлы, записанные в этом формате, читаются любым компьютером PC, а расширения RRIP просто игнорируются.

Rock Ridge может хранить следующую дополнительную информацию о содержимом диска:

длинные имена файлов (до 255 символов);

меньше ограничений на использование символов в именах файлов;

структуру каталогов произвольной вложенности;

для каждого файла записываются атрибуты:

права доступа к файлу, в т. ч. поля uid и gid;

количество жёстких ссылок на файл;

времена создания, модификации, доступа, изменения атрибутов и др.

поддерживаются специальные файлы:

разрежённые файлы;

символьные ссылки;

файлы устройств;

файлы сокетов;

FIFO-файлы.

Эти данные записываются в специальные каталоги, имена которых обычно скрываются.

Стандарт System Use Sharing Protocol (SUSP, IEEE P1281, 1994) определяет cпособ кодирования поля System Use, определенного стандартом ISO 9660 в записи оглавления. Поле System Use может содержать ноль, один или несколько элементов переменной длины. Тип элемента определяется первыми двумя байтами. Возможно несколько элементов одного типа. Элемент, записанный в System Use последнего экстента файла перекрывает все элементы того же типа, записанные в предыдущие сегменты. Третий байт задаёт общую длину элемента, четвёртый - версию (если в System Use осталось менее 4 байт, то этот остаток игнорируется), далее идут данные в зависимости от типа элемента:

CE - определяет область продолжения для записи элементов (номер блока, смещение внутри блока, длина)

PD - заполнение места

SP - индикатор использования SUSP, должен быть записан в начале области System Use первой записи оглавления корневой директории каждой файловой иерархии тома (для CD-ROM XA первые 14 байт пропускаются); позволяет задать число пропускаемых байт при записи в остальные области System Use

ST - терминатор цепочки элементов

ER - описание расширения, должен быть записан в области System Use первой записи оглавления корневой директории каждой файловой иерархии тома, в которой используется описываемое расширение; кстати, дескриптор PVD не может содержать в записи оглавления корневой директории поля System Use; содержит версию расширения, идентификатор расширения (d-char), описание расширения (a-char), источник расширения (a-char); пример расширения - Rock Ridge Interchange Protocol

ES - выбор расширения, если их определено несколько; задаёт номер ER для последующих элементов.

Стандарт Rock Ridge Interchange Protocol (RRIP, IEEE P1282, 1994) использует SUSP, чтобы обеспечить возможность хранения длинных имен файлов (POSIX), числа жестких ссылок (st_nlink), символьных ссылок, uid (st_uid), gid (st_gid), прав доступа Unix (st_mode: права доступа, setuid, setgid и sticky биты, тип файла), "дырявых" (sparse) файлов, device number (major, minor), временных отметок (время создания, время последней модификации - st_mtime, время последнего доступа - st_atime, время последнего изменения атрибутов - st_ctime, время последнего сохранения, время завершения хранения, время введения в действие - effective time), серийных номеров файлов (st_ino: файлы с одинаковым значением st_ino - inode - являются одним и тем же файлом). Глубина вложенности директорий произвольна (обратите внимание на файлы RRMOVED, возможно скрытые). При этом диск остается совместимым с ISO 9660.

Стандарт определяет новые типы элементов SUSP:

PX - POSIX атрибуты файла (st_mode, st_nlink, st_uid, st_gid, st_ino)

PN - POSIX номер устройства (major/Dev_tHigh, minor/Dev_tLow)

SL - символьная ссылка, каждый элемент хранит один компонент (или часть) или несколько компонент составного имени

NM - настоящее имя файла (идентификатор в записи оглавления хранит имя, "урезанное" до соответствия стандарту именования файлов в ISO 9660); аналогично SL может собираться из нескольких элементов; сортировка по настоящим именам не производится

RE - перемещённая директория; первоначальный стандарт ISO 9660 ограничивал максимальную глубину иерархии директорий; для преодоления этого ограничения директория, находящаяся на большей глубине перепривязывается под фиктивную директорию (RR_MOVED для mkisofs), которая в свою очередь привязывается непосредственно под корневую директорию; в фиктивной директории записывается элемент RE в запись оглавления перемещённой директории

CL - элемент помещается в запись оглавления в родительской директории перемещённой директории и содержит LBN перемещённой директории; сама запись оглавления оформляется как запись о фиктивном файле с тем же именем вместо записи о директории и информация в ней игнорируется, кроме идентификатора и элементов NM и CL; сам экстент файла тоже надо создать (для систем, не понимающих расширение Rock Ridge)(что в нём?); атрибуты перемещённой директории записываются в её записи оглавления "." на новом месте

PL - т.к. запись о родительской директории ("..") в перемещённой директории указывает на фиктивную директорию, то в неё добавляется элемент PL, содержащий LBN настоящей родительской директории

TF - отметки локального времени для файла (длинный - 17 байт - или короткий - 7 байт - формат): время создания экстента, st_mtime, st_atime, st_ctime, время последнего сохранения файла, время завершения хранения, время введения в действие

SF - описание "дырявого" файла; элемент содержит st_size и уровень индексного блока; экстент файла содержит в сжатом виде (иерархия индексных блоков и битовых карт) описание длинных последовательностей нулей в файле (о совместимости с системами, не понимающими RRIP эдесь и речи нет)

Длина идентификатора файла - до 255 символов (не байт!).

Mount Rainier

Новый стандарт Mount Rainier был учрежден компаниями Philips, Sony, Microsoft и Compaq. Благодаря Mount Rainier, также известному как EasyWrite, операционная система Windows получила возможность эффективно обрабатывать данные, содержащиеся на носителях CD-RW и DVD+RW. Это значительно упростило использование технологии записи (поскольку отменяет необходимость в каких-либо специальных драйверах или программном обеспечении для пакетной записи данных), а также позволило полноценно интегрировать функции накопителей CD-RW и DVD+RW в операционную систему.

Основные свойства стандарта Mount Rainier.

Встроенная система обнаружения и обработки дефектов. В стандартных накопителях выявление и обработка дефектов зависит от используемых программных драйверов.

Прямая адресация на уровне 2-килобайтового сектора, позволяющая минимизировать неиспользуемое пространство диска. В стандартных носителях CD-RW для этого используется блок объемом 64 Кбайт.

- Фоновое форматирование, благодаря которому новый носитель может использоваться для записи данных через несколько секунд после его помещения в дисковод.

Стандартное форматирование диска CD-RW занимает до 45 мин, в зависимости от модели дисковода.

- Стандартизированный набор команд. Стандартное программное обеспечение не поддерживает новые накопители при отсутствии откорректированных командных файлов.

- Стандартизированная физическая структура. Различия, существующие в стандартном программном обеспечении UDF, могут усложнить считывание данных с носителей, записанных с помощью других программ.

Для использования Mount Rainier потребуются накопители, которые поддерживают этот стандарт. Они иногда могут называются CD-MRW или DVD+MRW и могут иметь соответствующий логотип Mount Rainier или EasyWrite. В некоторых существующих накопителях CD-RW можно внедрить поддержку MRW путем перезаписи базовой прошивки”, но большую часть накопителей ранних версий придется просто заменить.

Требуется также наличие непосредственной программной поддержки в операционной системе. Первой такой системой в семействе Windows стала Vista. Также поддержкой Mount Rainier славятся версии Linux, начиная с 2.6.2. При использовании операционных систем Windows XP и более ранних версий необходимую поддержку можно обеспечить с помощью дополнительной прикладной программы от сторонних разработчиков (например, InCD от Nero или DirectCD от Roxio).

Основной целью Mount Rainier Group, основанной компаниями Philips, Microsoft, Compaq и Sony, стало создание нового открытого формата пакетной записи для перезаписываемых CD, который сделал бы процесс максимально простым с точки зрения пользователей и прозрачным для операционной системы. При использовании существовавших ранее программ пакетной записи записанные на CD данные нельзя было считать с помощью стандартных средств операционной системы -- для этого требовалась установка специальных программ.

Важнейшим отличием Mount Rainier RW (CD-MRW) от существующих ранее решений является возможность использования стандартных средств операционных систем для работы с перезаписываемыми CD-носителями, в том числе с высокоскоростными (HS-RW). Как следствие, упрощается работа с носителями CD-RW, поэтому возможно, что в будущем это позволит полностью вытеснить морально устаревшие флоппи-диски.

Приводы, поддерживающие работу с форматом Mount Rainier, будут маркироваться аббревиатурой CD-MRW (Mount Rainier RW). Для полноценного использования возможностей нового формата необходимо устанавливать соответствующее программное обеспечение; однако уже в ближайшее время драйверы CD-MRW станут стандартными компонентами операционных систем (поскольку Microsoft является участником Mount Rainier Group, в этом можно не сомневаться). Что касается файловой системы, то Mount Rainier допускает использование UDF 1.02 или UDF 2.01.

Если говорить в общем плане, то можно выделить пять ключевых моментов, отличающих формат Mount Rainier от остальных решений:

механизм отслеживания физических дефектов носителя на аппаратном уровне;

логическая адресация 2-килобайтными блоками;

использование фонового форматирования;

расширенный набор команд;

совместимость с существующими стандартами.

Файловая система FAT

Файловая система FAT представляет собой таблицу размещения файлов, в которой указываются:

непосредственно адреса участков логического диска, предназначенные для размещения файлов;

свободные области дискового пространства;

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. 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.

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.

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.

Преимущества:

1. Высокая скорость работы.

2. Низкое требование к объему оперативной памяти.

3. Эффективная работа с файлами средних и малых размеров.

4. Более низкий износ дисков, вследствие меньшего количества передвижений головок чтения/записи.

Недостатки:

1. Низкая защита от сбоев системы.

2. Не эффективная работа с файлами больших размеров.

3. Ограничение по максимальному объему раздела и файла.

4. Снижение быстродействия при фрагментации.

5. Снижение быстродействия при работе с каталогами, содержащими большое количество файлов

Файловая система HPFS

Файловая система HPFS (высокопроизводительная файловая система) впервые появилась в операционной системе OS/2. HPFS является файловой системой для многозадачного режима работы, поддерживает длинные имена файлов, и обеспечивает высокую производительность при работе с дисками большого объема. Она, как и FAT, имеет древовидную структуру каталогов, но в ней еще предусмотрены автоматическая сортировка каталогов и специальные расширенные атрибуты, упрощающие обеспечение безопасности на файловом уровне и создание множественных имен. Расширенные атрибуты позволяют хранить дополнительную информацию о файле. Например, каждому файлу может быть сопоставлено его индивидуальное графическое изображение (значок).

По сравнению с FAT HPFS обладает более высокой производительностью, надежностью, и эффективнее использует дисковое пространство. Еще одна особенность заключается в том, что пространство, освобожденное стертым файлом, обычно используется не сразу и файл можно восстановить.

В начале диска расположено несколько управляющих блоков. Все остальное дисковое пространство разбито на множество областей из смежных секторов, или полос. В каждой области располагаются сами файлы и служебная информация о свободных и занятых секторах в этой области. Каждая полоса занимает на диске 8 Мб и имеет собственную битовую карту распределения секторов. Эти битовые карты показывают, какие секторы данной полосы заняты, а какие свободны. Каждому сектору полосы данных соответствует один бит в её битовой карте. Битовые карты двух полос располагаются на диске рядом, как и сами полосы (рис. 3). Такое расположение полос и битовых карт позволяет непрерывно разместить на диске файл размером до 16 Мб, без отдаления от самого файла информацию об его местонахождении.

Кроме полос с записями файлов и битовых карт на томе (логическом диске) HPFS имеются еще загрузочный блок, дополнительный блок и резервный блок. Загрузочный блок содержит имя тома, его серийный номер, блок параметров BIOS и программу начальной загрузки. Блок параметров BIOS содержит информацию о жестком диске - количестве цилиндров и головок диска, числе секторов на дорожке. В дополнительном блоке содержится указатель на список битовых карт. В этом списке перечислены все блоки на диске, в которых расположены битовые карты. Также в дополнительном блоке хранятся указатели на список дефектных блоков и полосу каталогов, указатель на файловый узел корневого каталога, а также дата последней проверки раздела. В списке дефектных блоков перечислены все поврежденные секторы диска.

Файловая система HPFS при записи файла на диск стремится избежать фрагментации. Если файл непрерывен то, его размещение описывается двумя 32-разрядными числами. Первое число представляет собой указатель на первый блок файла, а второе - длину экстента, то есть число следующих друг за другом блоков, принадлежащих файлу. Из этого следует, что максимальный объем диска в HPFS составляет 2 Тб. Если файл фрагментирован, то размещение его экстентов описывается дополнительными парами 32-разрядных чисел. Фрагментация происходит, когда на диске нет непрерывного свободного участка, достаточного для размещения файла целиком. В этом случае файл делится на несколько частей и располагается в разных местах диска.

Большое значение для увеличения производительности HPFS имеет метод сбалансированных двоичных деревьев, используемый для хранения и поиска информации о местонахождении файлов. В файловой системе FAT каталог имеет линейную неупорядоченную структуру и при поиске файла необходимо последовательно просматривать его с самого начала. В HPFS структура каталога представляет собой сбалансированное дерево, с записями расположенными в алфавитном порядке.

Файловая система HPFS для исправления ошибок, возникающих при записи файлов на диск, использует механизм аварийного замещения. Информация, предназначенная для записи в сектор, оказавшийся дефектным, сохраняется в одном из запасных секторов, заранее зарезервированных на этот случай. Их список хранится в резервном блоке файловой системы. Затем происходит обновление карты аварийного замещения. Она представляет собой пары 32-разрядных чисел. Первое число такой пары указывает на дефектный сектор, а второе на сектор его замещающий. Очистка карты аварийного замещения выполняется программой CHKDISK при проверке тома HPFS. Для каждого замещенного блока (сектора) выделяется новый сектор в наиболее подходящем месте. Затем данные записываются в этот сектор, и обновляется информация о положении файла. После этого программа вносит поврежденный сектор в список дефектных блоков, и возвращает освобожденный сектор в список свободных запасных секторов резервного блока. После этого происходит удаление записей из карты аварийного замещения.

Преимущества файловой системы HPFS

HPFS - оптимальный вариант файловой системы для использования с дисками размером 200-400 МБ.

Недостатки файловой системы HPFS

Дополнительные накладные расходы, связанные с использованием HPFS, снижают эффективность ее применения на дисках размером меньше 200 МБ. Кроме того, производительность также снижается при использовании дисков размером больше 400 МБ. При использовании HPFS под Windows NT нельзя установить параметры безопасности.

Файловая система NTFS.

NTFS является восстанавливаемой файловой системой. Она предназначена для того, чтобы восстанавливать последовательность данных на диске после сбоя центрального процессора, системного аварийного отказа или ошибки ввода - вывода (I/O).

Файловая система NTFS (файловая система новой технологии), как и многие другие файловые системы, делит дисковое пространство тома на кластеры размером от 512 байт до 64 Кб. На практике размер кластера обычно не превышает 4Кб. Все дисковое пространство в NTFS делится на две неравные части (рис.4). Первые 12% диска отводятся под зону MFT - главной таблицы файлов. Эта таблица представляет собой специальный файл, содержащий информацию о размещении всех остальных файлов. Остальные 88% тома представляют собой обычное пространство для записи файлов.

MFT	Зона MFT	Зона для размещения файлов и каталогов	Копия первых 16 записей MFT	Зона для размещения файлов и каталогов

В таблице MFT хранится вся информация о файлах: имя файла, его размер, расположение на диске и т.п. Если для размещения информации не хватает одной записи MFT, то используется несколько таких записей, причем

необязательно последовательных. Если файл маленький, то информация, содержащаяся в нем, хранится прямо в соответствующей записи MFT в оставшемся от служебных данных месте. Таким образом, файлы, занимающие не более сотни байтов, обычно не записываются в основную файловую область - вся информация таких файлов хранится прямо в таблице MFT.

Каждый файл в NTFS представлен с помощью потоков данных. В них содержатся собственно данные файла, атрибуты файла, дополнительная информация об авторе и содержании файла.

Преимущества файловой системы NTFS.

NTFS лучше всего подходит для использования с томами размером более 400 МБ. С увеличением размера тома производительность файловой системы NTFS не падает, как у FAT.

Благодаря способности к восстановлению в NTFS отсутствует необходимость использования каких-либо программ восстановления диска.

Недостатки файловой системы NTFS.

Из-за дополнительного расхода дискового пространства файловую систему NTFS не рекомендуется использовать с томами размером менее 400 МБ. Такой расход объясняется необходимостью хранения системных файлов NTFS (в разделе размером 100 МБ для этого требуется около 4 МБ).



Заключение

CD-ROM диск - это общее название ряда цифровых носителей информации, основанных на стандарте Red Book и являющихся его pасшиpениями, и предназначенных для использования в компьютерных системах в качестве Постоянного Запоминающего Устройства. Стандартный диск состоит из трех слоев: подложка из поликарбоната, на которой отштампован рельеф диска, напиленное на нее отражающее покрытие из алюминия, золота, серебра или другого сплава, и более тонкий защитный слой лака, на который наносятся надписи и рисунки. Информация кодируется чередованием штрихов и промежутков между ними. Считывание информации с диска происходит за счёт регистрации изменений интенсивности отражённого от алюминиевого слоя излучения маломощного лазера. Накопители CD-ROM используют один лазерный луч, и он перемещается вдоль всего диска.

Для воспроизведения первых дисков CD-ROM, выпущенных различными производителями, требовалось специальное программное обеспечение. В 1985-1986 годах несколько компаний совместными усилиями разработали спецификацию файлового формата High Sierra, которая обеспечила совместимость компьютерных дисков CD-ROM практически со всеми накопителями. Таким образом, спецификация High Sierra определила первую стандартную файловую систему, которая сделала CD-ROM универсальными компьютерными носителями. В настоящее время существует несколько файловых систем, используемых на компакт-дисках.

В 1986 году этот формат был опубликован как Рабочий документ по вопросам обработки информации: тома и файловая структура оптических дисков CD-ROM, используемых для обмена данными. Этот стандарт впоследствии получил название High Sierra специальных файловых систем и драйверов.

ISO 9660 -- стандарт, выпущенный Международной организацией по стандартизации, описывающий файловую систему для дисков CD-ROM. Целью стандарта является обеспечить совместимость носителей под разными операционными системами, такими как Unix, Mac OS, Windows.

Joliet - это расширение стандарта ISO 9660, разработанное Microsoft для использования с Windows 95 и выше, позволяет записывать компакт-диски, используя файловые имена длиной до 64 знаков, включая пробелы и другие символы международного стандарта кодирования Unicode.

UDF - относительно новая файловая система, имеет целый ряд преимуществ по сравнению с файловой системой ISO 9660, используемой стандартными CD-ROM. Этот формат разрабатывался непосредственно для работы с пакетной записью, т.е. с технологией записи небольших объемов данных на диски CD-R/RW, и в целом напоминает стандарт записи данных на магнитные носители. Файловая система UDF поддерживает имена файлов длиной до 255 символов.

Macintosh HFS - файловая система, которая используется операционной системой Macintosh. Она может применяться и в накопителях CD-ROM, однако диски этого формата не совместимы с ПК. В целом можно записать комбинированные диски, использующие одновременно файловые системы Joliet и HFS или ISO 9660 и HFS.

Rock Ridge -- расширение файловой системы ISO 9660, разработанное для хранения файловых атрибутов.

Mount Rainier - новый стандарт Mount Rainier был учрежден компаниями Philips, Sony, Microsoft и Compaq. Благодаря Mount Rainier операционная система Windows получила возможность эффективно обрабатывать данные, содержащиеся на носителях CD-RW и DVD+RW. Это значительно упростило использование технологии записи, а также позволило полноценно интегрировать функции накопителей CD-RW и DVD+RW в операционную систему.

Файловая система FAT представляет собой таблицу размещения файлов, в которой указываются: непосредственно адреса участков логического диска, предназначенные для размещения файлов; свободные области дискового пространства; дефектные области диска.

Файловая система HPFS является файловой системой для многозадачного режима работы, поддерживает длинные имена файлов, и обеспечивает высокую производительность при работе с дисками большого объема.

Файловая система NTFS является восстанавливаемой файловой системой. Она предназначена для того, чтобы восстанавливать последовательность данных на диске после сбоя центрального процессора, системного аварийного отказа или ошибки ввода - вывода (I/O).



Список использованной литературы

1. Upgrade N2, январь 2001

2. Столлингс В., “Операционные системы”, Москва: Вильямс, 2002 г.

3. Попов И.И., “Операционные системы, среды и оболочки”, Москва: Инфра-М, 2003 г.

4. Гордеев А.В., “Операционные системы”, СПб: Питер, 2006 г.

5. Бойс Д., “От установки до оптимизации работы Windows XP”, Москва: НТ Пресс, 2007 г.

Размещено на Allbest.ru