У сфері персональних комп'ютерів в 1987 р. виникла криза. Можливості файлової системи FAT, розробленої фірмою Microsoft за десять років до цього для інтерпретатора Standalone Disk Basic і пізніше пристосованої для операційної системи DOS, були вичерпані. FAT призначалася для жорстких дисків місткістю не більше 32 Мбайт, а нові НЖМД більшої ємності виявлялися зовсім марними для користувачів PC. Деякі незалежні постачальники пропонували власні способи вирішення цієї проблеми, проте лише з появою DOS 4.0 ця криза була подолана - на деякий час.
Значні зміни структури файлової системи в DOS 4.0 дозволили операційній системі працювати з дисками ємністю до 128 Мбайт; з внесенням у подальшому незначних доповнень цю межу було піднято до 2 Гбайт. У той час здавалося, що такий обсяг пам'яті перевищує будь-які мислимі потреби. В даний час у продажу є жорсткі диски ємністю, як правило, 2,5 Гбайт і вище.
Для систем Windows 95 фірма Microsoft розробила нове розширення системи FAT - FAT32, без будь-яких гучних заяв передбачене в пакеті OEM Service Pack 2. Система FAT32 встановлюється тільки в нових PC.

Області диска
Ця файлова система передбачає низку спеціальних областей на диску, виділених для організації простору диска в процесі його форматування - головний запис завантаження, таблицю розбиття диска, запис завантаження, таблицю розміщення файлів (від якої система FAT і отримала свою назву) і кореневий каталог. На фізичному рівні простір диска розбивається на 512-байт області, які називаються секторами. У системі FAT місце для файлів виділяється блоками, які складаються з цілого числа секторів і іменуються кластерами. Число секторів в кластері має бути кратно ступеня двійки. (Дізнатися розмір кластера у своїй системі можна за допомогою програм CHKDSK або SCANDISK.) У Microsoft називають ці кластери одиницями виділення пам'яті (allocation unit), а в звіті SCANDISK вказується їх розмір, наприклад "16 384 байт в кожній одиниці виділення пам'яті". Зазвичай розмір кластера можна визначити, поділивши обсяг пам'яті диска на 64 Кбайт (65 536 байт) і округливши результат до найближчого числа, кратного ступеня двійки. Так, розмір кластерів 1,2-Гбайт диска складає 32 Кбайт - якщо 1,2 Гбайт (1 258 291,2 Kбайт) поділити на 65 536, отримаємо 19,2 Кбайт, а після округлення - 32 Кбайт.

Ланцюжок FAT
FAT являє собою базу даних, що зв'язує кластери дискового простору з файлами. У цій базі для кожного кластеру передбачається тільки один елемент. Перші два елементи містять інформацію про саму систему FAT. Третій і наступні елементи ставляться у відповідність кластерів дискового простору, починаючи з першого кластеру, відведеного для файлів. Елементи FAT можуть містити кілька спеціальних значень, які вказують, що
* Кластер вільний, тобто не використаний ні одним файлом (для FAT16 це значення становить 0000H);
* Кластер містить один або кілька секторів з фізичними вадами і не повинен використовуватися (для FAT16 це значення становить FFF7H);
* Даний кластер - останній кластер файлу (для FAT16 це значення становить FFF8 FFFFH).
Для будь-якого використовуваного файлом, але не останнього кластера елемент FAT містить номер наступного кластера, зайнятого файлом.
Кожен каталог - незалежно кореневої або підкаталог - також є базою даних. У каталозі DOS для кожного файлу передбачена одна головна запис (У середовищі Windows 95 для довгих імен файлів введені додаткові записи). На відміну від FAT, де кожен елемент складається з єдиного поля, записи для файлу в каталозі складаються з декількох полів (див. рис. 1). Деякі поля - ім'я, розширення, розмір, дата і час - можуть бути виведені на екран за командою DIR. Але в системі FAT передбачено поле, яке не відображається командою DIR, - поле з номером першого кластеру, відведеного під файл.

Рис. 1. 32-байт запис у каталозі для файлу складається з восьми полів, які містять основну інформацію про файл, наприклад його розмір, початковий кластер на диску, час і дату останнього внесення змін до нього.
Структура запису в каталозі
Зсув 0-7 8-10 11 12-21 22-23 24-25 26-27 28-31
Файл Розширення Атрибут Не використовується Час Дата Початковий кластер Розмір файлу
Розмір 8 байт 3 байт 1 байт 10 байт 2 байт 2 байт 2 байт 4 байт

Коли програма надсилає запит до операційної системи з вимогою надати їй вміст якогось файлу ОС переглядає запис каталозі для нього, щоб знайти перший кластер цього файлу. Потім вона звертається до елемента FAT для даного кластера, щоб знайти наступний кластер в ланцюжку. Повторюючи цей процес, поки не виявить останній кластер файлу, ОС точно визначає, які кластери належать даного файлу і в якій послідовності. Таким шляхом система може надати програмі будь-яку частину запитуваної нею файлу. Такий спосіб організації файлу носить назва ланцюжка FAT.
У системі FAT файлів завжди виділяється ціле число кластерів. На 1,2-Гбайт свій диск з 32-Кбайт кластерами в каталозі може бути зазначено, що розмір текстового файлу, який містить слова "hello, world", становить усього 12 байт, але насправді цей файл займає 32 Кбайт дискового простору. Невикористана частина кластеру називається втраченими місцем (slack). У невеликих файлах майже весь кластер може бути втраченим місцем, а в середньому втрати складають половину розміру кластера.
На 850-Мбайт свій диск з 16-Кбайт кластерами при середньому розмірі файлів порядку 50 Кбайт близько 16% відведеного під файли дискового простору буде втрачено на невживані, але виділені файлів області. Один зі способів вивільнення простору на диску - за допомогою програм стиснення диска, наприклад DriveSpace, яка виділяє "втрачені місця" для використання іншими файлами.

Розрахунки розмірів секторів і кластерів
Спочатку у файловій системі FAT в DOS 1 використовувалися 12-розрядні елементи FAT. (В даний час 12-розрядна FAT все ще знаходить застосування для гнучких дисків.) У DOS 2, яка оснащена додатковими засобами для роботи з жорсткими дисками, в FAT передбачені 16-розрядні елементи. Причина проблеми, що виникла в 1987 р., криється в запитах нижнього рівня до операційної системи на зчитування секторів диска з передачею 16-розрядного значення як параметр. Існує 65 536 різних 16-розрядних значень; помноживши 65 536 на 512 байт в секторі, отримаємо 32 Мбайт. Що стосується числа секторів на диску, воно обмежене можливостями операційної системи. У DOS 4.0 для обробки запитів на зчитування секторів нижнього рівня використовуються 32-розрядні параметри.
Межа в 2 Гбайт насправді зумовлений не проблемами операційної системи, а існуючими програмами. На диску ємністю 2 Гбайт і більше кластери мають розмір 64 Кбайт, або 65 536 байт (див. рис. 2). Але найбільше значення, яке може бути представлене в 16 розрядах, становить 65 535; 64 Кбайт - занадто велика величина для 16 розрядів. У Microsoft виявили, що при розробці багатьох існуючих в даний час програм їх автори виходили з припущення, що значення числа байт в кластері вміщується в 16 розрядах.
Рис. 2. Зі збільшенням розмірів диска одиниця в двійковому 8-розрядному поданні числа секторів в кластері зміщується вліво. При зсуві одиниці за крайню ліву цифрову позицію виникає помилка перевищення розміру 4 Гбайт. Розмір кластера вказаний у вигляді 16-розрядних двійкових чисел. І знову одиниця зміщується вліво, а у разі зсуву її за крайню ліву позицію виникає "2-Гбайт кризу".

Обмеження на розміри секторів і кластерів в FAT16
Размер диска Число секторів в кластері Розмір кластера
Десяткове Двійкове Десяткове Двійкове
Менш 128 Мбайт 4 00000100 2 Кбайт 0000100000000000
Менш 256 Мбайт 8 00001000 4 Кбайт 0001000000000000
Менш 512 Мбайт 16 00010000 8 Кбайт 0010000000000000
Менш 1 Гбайт 32 00100000 16 Кбайт 0100000000000000
Менше 2 Гбайт 64 01000000 32 Кбайт 1000000000000000
Менш 4 Гбайт 128 10000000 64 Кбайт ПОМИЛКА: проблема для існуючих програм
4 Гбайт і більше 256 ПОМИЛКА: проблема для ОС

Навіть якщо такої проблеми не виникло при обсязі в 2 Гбайт, то операційна система все одно не зможе працювати з дисками ємністю понад 4 Гбайт. При використанні FAT16 число секторів в кластері зберігається самої ОС в одному байті блоку параметрів диска, що встановлюється ОС. Це число повинне бути кратним ступеню 2 і при цьому менше 256. Таким чином, у кластер може входити не більше 128 секторів, або 64 Кбайт. У результаті навіть якщо обмеження в 2 Гбайт знімається, система FAT16 прийнятна лише для дисків ємністю менше 4 Гбайт.
У файловій системі FAT32 як елементи FAT, так і номери секторів - 32-розрядні. Ось що це означає: помножимо 4 294 967 296 різних 32-розрядних значень на 512 байт в секторі і отримаємо величезне число 2 Тбайт (2 199 023 255 552 байт), що являє собою максимально можливу ємність диска при використанні FAT32.
Деякий усунення втрат
Тепер, коли допустима кількість кластерів і число секторів однакові, мабуть, можна було б припустити, що для мінімізації втрат місця на диску в FAT32 будуть використовуватися кластери, які складаються тільки з одного сектора. Але в цьому питанні необхідний якийсь компроміс, тому в специфікації FAT32 розмір кластера для накопичувачів ємністю до 8 Гбайт становить 4 Кбайт.

Залежність розміру кластера від ємності диска

Ємність диска, Гбайт Розмір кластера, Кбайт
Менше 8 4
Менше 16 8
Менш 32 16
32 і більше 32

Одним з факторів, що зіграв роль у прийнятті такого рішення, стало те, що тепер потрібно враховувати і розмір самої FAT. Операційна система зберігає дві копії FAT, тому під елемент кожного кластеру в FAT потрібно 8 байт. На 2-Гбайт диску FAT займе 32 Мбайт його простору при розмірі кластера 512 байт. А якщо розмір кластера складає 4 Кбайт, для зберігання двох таблиць FAT потрібно всього 4 Мбайт, тобто буде зекономлено 28 Мбайт.
Але причиною для компромісу послужили не тільки міркування економії дискового простору; не були забуті і питання продуктивності. Для прискорення доступу до диска вбудована програма дискового кеша VCACHE завантажує всю FAT в оперативну пам'ять. Очевидно, що простіше домогтися цього, якщо кожна окрема таблиця FAT займає 2 Мбайт, а не 16 Мбайт. І не турбуйтеся про те, що збільшення числа кластерів і подвоєння розміру елементів FAT приведуть до зниження ефективності VCACHE: для FAT32 передбачено новий метод роботи з кешем, який, згідно із заявами Microsoft, підвищує загальну продуктивність.
Інші зміни в FAT32
Щоб забезпечити можливість роботи із зростанням числа кластерів, в записі каталогу для кожного файлу повинна виділятися 4 байт для початкового кластера файлу (замість 2 байт в системі FAT16). Традиційно кожен запис в каталозі складається з 32 байт (рис. 1). У середині цього запису 10 байт не використовуються (байти з 12-го по 21-й), які Microsoft зарезервувала для своїх власних потреб у майбутньому. Два з них тепер відводяться як додаткові байти, необхідні для вказівки початкового кластера в системі FAT32.
Операційна система завжди передбачала наявність на диску двох примірників FAT, але використовувався тільки один з них. З переходом до FAT32 операційна система може працювати з будь-якою з цих копій. Ще одна зміна полягає в тому, що кореневий каталог, раніше мав фіксований розмір і строго певне місце на диску, тепер можна вільно нарощувати в міру необхідності подібно підкаталогу. Тепер не існує обмежень на кількість записів у кореневому каталозі. Це особливо важливо, оскільки під кожне довге ім'я файлу використовується декілька записів каталогу.
Поєднання переміщуваного кореневого каталогу й можливості використання обох копій FAT - непогані передумови для безперешкодного динамічної зміни розмірів розділів диска, наприклад "Оптимізації розділу з метою вивільнення місця для іншої операційної системи. Цей новий підхід менш небезпечний, ніж застосовувалися у програмах незалежних постачальників для переформатування диску при роботі з FAT16. (Хот в Windows немає інструментів, які використовують можливості FAT32, такі кошти реалізовані в програмах незалежних фірм, наприклад в Partition Magic 3.0 фірми PowerQuest і PartitionIt фірми Quarterdeck.)
Застереження
Слід зауважити, що FAT32 розрахована тільки на Windows 95. У Microsoft не давали обіцянок підготувати Windows NT до її використання і натякнули, що й не збираються цього робити. Однак в фірмі заявляють, що, якщо в Windows NT 5.0 не буде коштів для роботи з FAT32, то в ній буде передбачена утиліта для відображення дисків файлової системи FAT32 в NTFS ( "рідну" файлову систему Windows NT), тому ті, хто збирається оновити свою систему, можуть не турбуватися. Проте в даний час, якщо ви хочете встановити Windows NT і Windows 95 на одній машині, вам потрібно буде переконатися, що спільно використовується цими двома операційними системами дисковий простір організовано згідно з FAT16, а не FAT32, яку не "сприймає" система Windows NT , і не NTFS, яку не "розуміє" Windows 95.
Вам також слід пам'ятати, що, оскільки поле для розміру файлу в записі каталогу займає 32 розряду, розмір окремого файлу не може перевищувати 4 Гбайт.
Нарешті, при будь-які істотні зміни файлової системи, мабуть, такі утиліти для роботи з дисками на нижньому рівні, як Norton Utilities, перестануть працювати. Необхідно перейти на їх оновлені версії. Підсистеми управління файлами і програми перегляду (наприклад, Norton Navigator) повинні працювати і з системою FAT32.
Якщо ми зупинимося на FAT32, то пройде ще 15 років, перш ніж ми досягнемо кордону 2 Тбайт, і нам доведеться переходити на FAT64. З огляду на розмови про об'єктно-орієнтованих файлових системах, можна з тією ж мірою впевненості передбачити відмову від FAT, з якою ми могли передбачити в 1987 р. відхід від FAT до досягнення межі в 2 Гбайт.


Мета роботи: вивчити файлову систему HPFS.

Високоефективна Файлова Система (HPFS) для OS/2 вирішує всі проблеми FAT. HPFS працює за методом пристрої блоку довільного доступу, і також містить модуль програмного забезпечення, який транслює файлові запити з прикладних програм до драйверів пристроїв. HPFS також є інстальоване файловою системою, яка робить можливим звернення до кількох несумісним структурам томи системи OS/2 одночасно. Чудова продуктивність досягається завдяки використанню просунутих структур даних, інтелектуального кешування, попереднього читання і відкладеної запису. Дисковий простір використовується більш економно завдяки використанню розбиття на сектори. HPFS також включає значно поліпшену відмовостійкість. При необхідності програми використовують розширені атрибути і довгі імена файлів. Високоефективна Файлова Система (далі HPFS), яка вперше з'явилася в OS/2 System Version 1.2, була розроблена Gordon Letwin, головним архітектором операційної системи OS/2.

HPFS Структура Тома

HPFS-томи використовують розмір сектора 512 байтів і мають максимальний розмір 2199Gb. HPFS тому має дуже невелику кількість фіксованих структур. Сектори 015 томи (BootBlock, ім'я томи, 32 біта ID, дискова програма початкового завантаження). Початкова завантаження щодо складна (у стандартах MSDOS) і може використовувати HPFS в обмеженому режимі. Сектора 16 і 17 відомі як SuperBlock і SpareBlock відповідно. SuperBlock змінюється тільки за допомогою утиліт. Він містить покажчики вільного простору, список поганих блоків, смугу блоку каталогу, і кореневу директорію. Він також містить дату, яка відповідає останньої перевірки і відновлення утилітою CHKDSK/F. SpareBlock містить різні прапорці і покажчики які обговорюватимуться пізніше; Він змінюється, хоча нечасто, при роботі системи. Залишок диска розділений на 8MB смуги. Кожна смуга має власний список вільного простору, де біти представляють кожен сектор. Біт 0 якщо сектор використаний 1 якщо сектор доступний. Списки розміщуються на початку або хвості списку. Одна смуга, розміщена в "центрі" диска, називається смугою блоку каталогу й обробляється спеціально. Зверніть увагу, що розмір смуги залежить від поточної реалізації та може змінюватися в більш пізніх версіях файлової системи.
Файли та Fnodes

Кожен каталог або файл у HPFS-томі закріплюється за фундаментальним об'єктом файлової системи, званим Fnode (вимовляється "eff node"). Кожен Fnode займає одиночний сектор і містить керуючу інформацію, хронологію доступу, розширені атрибути та списки управління доступом, довжину і перші 15 символів імені, і структуру розподілу. Fnode завжди знаходиться поряд з каталогом або файлом, який він представляє. Структура розподілу в Fnode може прин?? мати кілька форм, залежно від розміру каталогу або файлів. HPFS переглядає фото як сукупність одного або більше секторів. З прикладної програми це не видно; файл з'являється як безперервний потік байтів.
Каталоги
Каталоги, подібно до файлів, реєструються в Fnodes. Для кореневої директорії Fnodes знаходиться в SuperBlock. Fnodes для некореневої каталогів визначаються через входи підкаталогу. Каталоги можуть збільшуватися до будь-якого розміру і складаються з блоків каталозі 2 КБ, які розподіляються як чотири послідовних сектора на диску. Файлова система робить спробу розподілити блоки каталогу в смузі каталогу, яка розміщується біля "центру" диска. Якщо смуга каталозі повна, блоки каталозі розподіляються там, де є вільне місце.

Кожен блок каталога 2 КБ складається з великої кількості входів каталогу. Вхід каталозі містить кілька полів, включаючи штампи часу та дати, Fnode покажчик, довжина імені каталогу чи файлу, ім'я безпосередньо, і покажчик. Кожен вхід починається словом, яке містить довжину. Число блоків каталозі і входів-різному при різній довжині імені. Якщо середня довжина імені файлу 13 символів, середній блок каталогу буде містити приблизно 40 входів. Блоки каталозі входів сортуються в двійковому лексичному порядку по полях імені в алфавітному порядку для алфавіту США. Останній блок каталога входу - запис, що відзначає кінець блоку. Коли каталог отримує занадто великий, що потрібно зберегти в одному блоці, він збільшує розмір додаванням блоків 2 КБ, які організовуються як B-Tree. При пошуку файлова система витягує покажчик B-Tree з входу. Якщо це не вказівник, то пошук невдалий; інакше файлова система слідує за вказівником в наступний каталог і продовжує пошук. Невелика арифметика дає значну статистику. При використання 40 входів на блок, блоки каталозі дерева з двома рівнями можуть містити 1640 входів, каталогу і дерева з трьома рівнями можуть містити напрочуд 65640 входів. Іншими словами, деякий файл може бути знайдений у типовому каталозі з 65640 файлів максимум за три звернення. Це набагато краще файлової системи FAT, де у найгіршому випадку більш ніж 4000 секторів потрібно прочитати для знаходження файлу. Структура каталогу B-Tree має цікаві імплікації. Створення файлу, перейменування або стирання може призводити до каскадування блоків каталогів. Фактично, перейменування може зазнати невдач через нестачу дискового простору, навіть якщо файл безпосередньо в розмірах не збільшився. Щоб уникнути цього "лиха", HPFS підтримує маленький пул вільних блоків, які можуть використовуватися при "аварії"; вказівник на цей пул вільних блоків зберігається в SpareBlock.

Розширені Атрибути

Атрибути файлу - інформація про файл. FAT підтримує тільки невелика кількість простих атрибутів (доступний тільки для читання, системний, прихований, архів), які фактично зберігаються як прапорці біта на вході каталозі файлу; ці атрибути не доступні, якщо файл відкритий. HPFS підтримує ті ж самі атрибути, що і файлова система FAT з історичних причин, але він також підтримує і нову форму fileassociated, тобто інформацію, яка називається Розширеними Атрибутами (EAs). Кожен EA концептуально подібний до змінної оточення.

Значення імені

У OS/2 1.2 кожен каталог або файл може мати максимум 64 КБ приєднаних EAs. Це обмеження знімається в більш пізніх версіях OS/2. Метод зберігання для EAs може змінюватися. Якщо одиночний EA стає надто великим, він може міститися в квартирі Fnode. Ядро API функції DosQFileInfo і DosSetFileInfo розширено новими інформаційними рівнями, які дозволяють прикладним програмам керувати розширеними атрибутами файлів. Нові функції DosQPathInfo і DosSetPathInfo використовуються для читання чи запису EAs, пов'язаних з довільними іменами шляху. Підтримка EAs є суттєвим компонентом в об'єктно - орієнтованих файлових системах. Інформація про майже будь-якому типі може зберігатися в EAs. Так як HPFS розвивається, засоби для керування EAs стають ще більш складними. Можна припустити, наприклад, що в майбутньому версії API можуть розширюватися функціями EA, які є аналогічним DosFindFirst і DosFindNext і EA - дані можуть бути організовані в B-Tree.

B Tree і B + Tree
Багато програмістів не знайомі із структурою даних, відомої як двійкове дерево. Двійкові дерева це методика для логічного упорядкування сукупності елементів даних. У простому двійковому дереві кожний вузол містить деякі дані, включаючи значення ключа, що визначає логічну позицію вузла в дереві, і покажчики на ліві і праві піддерев вузла. Вузол який починає дерево відомий як корінь; вузли які сидять на кінці гілки дерева іноді називаються відходами. Такі прості двійкові дерева, хоча прості в розумінні і застосуванні, мають недоліки (незручності), виявлені практикою. Якщо ключі розподіляються не оптимально або додаються до дерева у мимовільному режимі, дерево може ставати зовсім асиметричним, що призводить до великих відмінностей між часом обходу дерева. Тому велика кількість програмістів воліють у використанні збалансовані дерева відомі як B-Tree.

Висновок: ми познайомилися з файловою системою HPFS.



Мета роботи: Знайомство з файловою системою NTFS
NTFS (New Technology File System)

У назву файлової системи NTFS не дарма входять слова, тобто - NTFS містить ряд значних удосконалень і змін, специфічних для Windows NT. З точки зору користувачів, файли як і раніше, зберігаються в каталогах (часто званих в середовищі Windows). Однак в NTFS, на відміну від FAT, не існує ні особливих властивостей кореневих каталогів, ні обмежень, пов'язаних з апаратурою (наприклад, можливості звернення до максимальній кількості дискових секторів або кластерів). На томах NTFS не існує спеціальних областей на зразок таблиці розміщення файлів, за якою FAT отримала своє ім'я.
При проектуванні NTFS особливу увагу було приділено наступним характеристикам:

* Надійність. Високопродуктивні комп'ютери і системи спільного користування повинні володіти підвищеною надійністю, яка є ключовим елементом структури і поведінки NTFS.

* Розширена функціональність. NTFS проектувалася з урахуванням можливого розширення. У ній були втілені багато додаткові можливості - вдосконалена відмовостійкість, емуляція інших файлових систем, потужна модель безпеки, паралельна обробка потоків даних та створення файлових атрибутів, що визначаються користувачем.

* Підтримка POSIX. Оскільки уряд США вимагає, щоб всі купуються їм системи хоча б у мінімальному ступені відповідали стандарту POSIX, така можливість була передбачена і в NTFS. До числа базових засобів файлової системи POSIX відноситься необов'язкове використання імен файлів з урахуванням регістра, зберігання часу останнього звернення до файлу і механізм так званих - альтернативних імен, що дозволяють посилатися на один і той же файл з двох і більше імен.

* Гнучкість. Модель розподілу дискового простору в NTFS відрізняється надзвичайною гнучкістю. Розмір кластера може змінюватися від 512 байт до 64 Кбайт; він являє собою число, кратне внутрішньому кванта розподілу дискової апаратури. NTFS також підтримує довгі імена файлів, набір символів Unicode і альтернативні імена формату 8.3 для сумісності з FAT.

Переваги NTFS

NTFS чудово справляється з обробкою великих масивів даних (див. табл. 1) і досить добре проявляє себе при роботі з томами обсягом 400 Мбайт і вище. Оскільки в основу структури каталогів NTFS закладена ефективна структура даних, що називається, час пошуку файлів в NTFS не зв'язано лінійною залежністю з їхньою кількістю (на відміну від систем на базі FAT).
NTFS також має певні засобами самовідновлення, тому для розділів NTFS користувачам ніколи не доведеться використовувати утиліти відновлення диска. Зокрема, що видаляються файли в NTFS поміщаються в (Recycle Bin). Користувачі можуть відновити вилучені файли без допомоги утиліти Undelete або її аналогів. Однак NTFS також підтримує різні механізми перевірки цілісності системи, включаючи ведення журналів транзакцій, що дозволяють відтворити всі файлові операції запису по спеціальному системного журналу.


Мета лабораторної роботи:
1. Структура розподілу пам'яті в середовищі DOS

Організація пам'яті

Пам'ять складається з великої кількості окремих елементів, кожний з яких призначений для зберігання мінімальної одиниці інформації - 1 байта. Кожному елементу відповідає унікальна числова адреса. Першому елементу визначено адреса 0, друга - 1 і т.д., включаючи останній елемент, чия адреса визначається загальною кількістю елементів пам'яті мінус одиниця. Зазвичай адреса визначається шістнадцятковим числом (у тексті шістнадцяткові числа позначаються великої «Н», наприклад, 10Н).
Сегменти

Процесор комп'ютера (CPU) ділить пам'ять на блоки, які називаються сегментами. Кожен сегмент займає 64 К і кожному сегменту відповідає унікальна числова адреса. Процесор має чотири регістри сегмента. Регістр - це внутрішня структура, призначена для зберігання інформації. Регістри сегмента призначені для зберігання адрес окремих сегментів. Вони називаються CS (сегмент коду), DS (сегмент даних), SS (сегмент стека) і ES (запасний сегмент). Крім зазначених, процесор має ще 9 регістрів. У даний момент слід відзначити регістри IP (покажчик команди) і SP (покажчик стека). Регістри CS і IP в парі складають довгу адресу команди, яка буде виконуватись наступною. Регістри SS і SP в парі складають довгу адресу стека.

Доступ до пам'яті

Доступ до комірок пам'яті здійснюється за допомогою з'єднання вмісту регістра сегменту з вмістом того чи іншого регістра. Таким чином визначається адресу необхідного ділянки пам'яті. Наприклад, адреса наступної команди визначається вмістом регістрів CS і IP (записується «CS: IP»). Після виконання команди і її видалення з пам'яті вміст IP змінюється так, щоб в регістрах CS: IP знаходився адресу команди, яка буде виконана після даної.
Спосіб об'єднання регістрів для визначення адреси комірки пам'яті не накладає обмежень на кількість доступної пам'яті. Верхнє обмеження залежить від фізичної будови пам'яті (тобто від загальної кількості клітинок). Перші версії MS-DOS розроблялися для процесора Intel 8088 CPU. Кожен регістр цього процесора розрахований на зберігання 16-бітового числа. Тобто CPU 8088 комбінує вміст сегментного регістра (скажімо, CS) з вмістом іншого регістра (скажімо, IP), отримуючи 20-бітовий адресу пам'яті, що обмежує доступну пам'ять до 2 ^ 20 байтів або 1 Мб.
Пізніше з'явилися вдосконалені версії MS-DOS і відповідно їм вдосконалені процесори CPU 80286 та 80386, що дозволяють здійснювати доступ до осередків, розташованим за кордоном перше Мб пам'яті.
Доступ до пам'яті організується з'єднанням вмісту одного з регістрів сегменту з вмістом одного з решти регістрів. Значення сегментного регістра називається адресою сегменту. Значення інших регістрів в цьому випадку називається відносним адресою комірки пам'яті (від початку сегмента) або її коротким адресою. Таким чином, адреса байта обчислюється шляхом множення адреси сегмента на 16, і до отриманого значення додається короткий адресу.

Сегментні регістри

Сегментні регістри використовуються при ідентифікації сегменту пам'яті. Сегмент - це безперервний блок пам'яті, довжиною 64 К. Сегментні регістри застосовуються в комбінації з регістром покажчика або індексними регістрами і в цьому випадку ідентифікують конкретну комірку пам'яті.
Всього сегментних регістра чотири. регістр CS зазвичай використовується при ідентифікації блоку пам'яті, в якому зберігається код програми. регістр DS при ідентифікації ділянки пам'яті, в якому знаходяться дані цієї програми. За допомогою регістра SS організується доступ до стеку. (Стек - це тимчасово розподілена область пам'яті, що забезпечує інтерфейс «MS-DOS-прикладні програма»). Регістр ES - додатковий (або запасний) сегментний регістр. На нього покладені різноманітні функції, частина з яких розглядається нижче.

Регістри стека

Є два регістри стека. Вони застосовуються в комбінації з регістром SS і визначають місцезнаходження стека. регістр SP називається покажчиком початку стека, і в комбінації з регістром SS ідентифікує перший байт стека. Регістр BP називається покажчиком бази стека і в комбінації з регістром SS ідентифікує останній байт стека.

Індексні регістри

Індексних регістра теж два. регістри SI і DI застосовуються в комбінації з одним із сегментних регістрів і визначають місцезнаходження конкретної комірки пам'яті. регістр SI зазвичай комбінують з регістром DS, регістр DI - з регістром ES.

Регістри загального призначення

До регістрів загального призначення відносяться регістри AX, BX, CX і DX (їх чотири). Це багатофункціональні регістри.

Регістр покажчика команди
Регістр IP звичайно застосовується в комбінації з регістром CS і визначає адресу наступної команди.

Регістр прапорів стану
У регістрі прапорів зазвичай знаходяться дев'ять прапорів стану процесора (кожен прапор займає 1 біт). Ці прапори визначають результат конкретних операцій, що виконуються під управлінням MS-DOS.
Регістри пам'яті
регістр пам'яті включає 2 байти даних (або 16 бітів). Реально регістри загального призначення однобайтние. Так, регістр AX включає регістр AH (який складає старший байт регістра AX) і регістр AL (який становить молодший байт регістра AX). Аналогічно, регістри BH, BL, CH, CL, DH і DL - однобайтние.

Вся пам'ять ділиться на conventional (від 1 до 1 Mb) і extended. У даних момент expanded пам'ять зустрічається рідко і ми не будемо її згадувати, окрім як результат використання емулятора (EMM386.EXE, QEMM386, 386MAX). Перший 1 Mb складається з conventional (640K) і резервних 384K, які містять в собі буфера відеопам'яті, код BIOSа для відео і додаткових пристроїв. Невикористані блоки можуть використовуватися для завантаження DOS-пpогpамм. Для цього ваш менеджер пам'яті створює upper memory blocks (UMB). UMB (або upper memory) дозволяє розширити область пам'яті, до якої можлива завантаження резидентних програм/драйверів (про всяк випадок, не треба забувати, що мізерна частина TSR-пpогpамм не працює при завантаженні в адресний простір вище 640 Kb), що звільняє першого 640K для роботи інших DOS-пpогpамм.
Існує тільки один шлях створення UMB - через використання менеджерів пам'яті. Ми розглянемо стандартну і що входить в постачання EMM386.EXE. Отже, мінімальний набір для організації UMB:
config.sys
dos = high, umb
device = himem.sys
device = emm386.exe noems
Якщо потрібна EMS-пам'ять, то доведеться замінити "noems" на "auto" або "frame =" і треба задати блоки UMB за допомогою команди "ram =-". Приклад:
[...]< br /> device = emm386.exe ram = b000-b7ff frame = c800
Загpузку пpогpамм в UMB потрібно робити через використання команд DeviceHigh = (в config.sys) і LH.

Висновок: Ми розібрали структуру розподілу пам'яті в середовищі DOS.



Мета роботи: описати особливості роботи операційних систем Windows 95, Windows NT з мережами різних типів.

Windows 95

Мережі Microsoft.

Client for Microsoft Networks (клієнт для мереж Microsoft) - 32-бітний мережевий клієнт захищеного режиму для Windows 95, що містить редиректор та інші програмні компоненти для доступу до мереж Microsoft. Клієнт для мереж Microsoft здатний також взаємодіяти (з рядом обмежень) з іншими Microsoft-сумісними серверами на базі протоколу SMB (Server Message Block), наприклад, IBM LAN Server, DEC PATHWORKS, AT & T StarLAN і LAN Manager for UNIX Systems.
Ви можете встановити клієнта Microsoft як єдиний вид мережної підтримки в Windows 95 або використовувати його разом з клієнтом Client for NetWare Networks (Клієнт для мереж NetWare) або мережевими клієнтами для інших типів мереж.
Мережева підтримка для комп'ютерів, що працюють з клієнтом для мереж Microsoft, включає в себе всі мережеві можливості, вбудовані в Windows 95:
* Автоматична установка, конфігурування комп'ютерів через профілі користувачів і системну політику;
* Доступ до мереж по телефонних лініях, захист на рівні доступу до ресурсів, що розділяються і наскрізна захист на рівні користувачів, а також наявність засобів віддаленого адміністрування;
* Уніфікований вхід в систему і автоматичне відновлення з'єднання з мережевими ресурсами.
А ось які найважливіші додаткові переваги, які забезпечує клієнтом для мереж Microsoft.
Висока продуктивність без виключення?? ользованія стандартної пам'яті. Клієнт для мереж Microsoft побудований виключно на 32-розрядних компонентах мережної підтримки захищеного режиму; як і драйвер файлової системи, використовує кеш Windows 95 (VCACHE). Він працює з 32-бітними версіями NetBEUI, Microsoft TCP/IP, а також Microsoft IPX/SPX-сумісним протоколом і задовольняють специфікації NDIS 3.1 драйверами мережних адаптерів. Цей клієнт захищеного режиму розрахований на роботу в багатозадачному середовищі, забезпечує стійкі робочі характеристики і не займає стандартну пам'ять MS-DOS.
Сервіс однорангового поділу ресурсів захищеного режиму. За допомогою сервісу File and Printer Sharing for Microsoft Networks (Служба доступу до файлів і принтерів мереж Microsoft) комп'ютер зі встановленим клієнтом для мереж Microsoft можна використовувати як сервер в тимчасової мережі.
Захист ресурсів та інші види підтримки в мережах Windows NT. Сервери Windows NT можна застосовувати для перевірки правильності реєстрації користувачів і забезпечення наскрізної захисту поділюваних ресурсів на комп'ютерах під управлінням Windows 95. Такі комп'ютери можуть розпізнавати і використовувати довгі імена файлів на серверах Windows NT, оскільки в обох операційних системах застосовується однаковий алгоритм для довгих імен файлів і псевдонімів (aliases).
Крім того, комп'ютери під управлінням Windows 95 можна завантажувати як з локального гнучкого або жорсткого диска, так і з мережного диска - загальну копію Windows 95 розміщену на сервері Windows NT.

Мережі NetWare.

Windows 95 можна запускати на робочих станціях NetWare, що використовують сервери Novell NetWare версій 2.15, 2.2, 3.х і 4.х. Для цього підходять кілька мережевих клієнтів:
* Новий 32-бітний клієнт захищеного режиму - клієнт для мереж NetWare (розроблений Microsoft);
* Мережний клієнт реального режиму - Novell NetWare 3.x (NETX);
* Мережний клієнт реального режиму - Novell NetWare 4.x (VLM).
Якого б клієнта ви не вибрали, вбудовані засоби і команди Windows 95 дозволяють виконувати практично всі базові мережні операції та адміністративні завдання. Клієнт для мереж NetWare здатний обробляти сценарії реєстрації і підтримує всі 16-бітові утиліти командного рядка NetWare 3.х і велику частину утиліт NetWare 4.x, тому їх можна використовувати так само, як і під час роботи з клієнтами NETX і VLM під управлінням MS - DOS або ранніх версій Windows.
Windows 95 надає повністю 32-бітне програмне забезпечення захищеного режиму для мереж NetWare, включаючи мережевий клієнт (званий також редиректорами), IPX/SPX-сумісний протокол, драйвери мережних адаптерів і засоби адміністрування. За допомогою клієнта для мереж NetWare користувачі Windows 95 дістають доступ до сервісу серверів NetWare, дивляться сервери NetWare і підключаються до них, відправляють завдання на друк, застосовуючи при цьому як мережевий інтерфейс Windows 95, так і утиліти NetWare.
Незалежно від типу клієнта Windows 95 забезпечує наступні можливості для підтримки комп'ютерів що працюють в мережах NetWare:

* Автоматичну встановлення та налаштування Windows 95 на робочих станціях NetWare;
* Запуск загальної копії Windows 95 для віддаленого завантаження робочих станцій і інші колективні конфіг