Κεφάλαιο 2ο: ΟΡΓΑΝΩΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΑΡΧΕΙΩΝ

Εισαγωγή στη Διαχείριση Αρχείων Οι Η/Υ θα ήταν άχρηστοι, αν δεν μπορούσαν να αποθηκεύσουν τα δεδομένα που επεξεργάζονται για μελλοντική χρήση. Τα δεδομένα αποθηκεύονται σε αρχεία (files). Ένα αρχείο είναι ένα σύνολο δεδομένων (data set). Οι πληροφορίες που αντιπροσωπεύουν τα δεδομένα αυτά μπορεί να είναι στοιχεία, αριθμοί, κείμενα, ήχοι, εικόνες ή προγράμματα. Κάθε αρχείο είναι γνωστό με ένα μοναδικό όνομα αρχείου (filename). Έτσι, οι υπολογιστές μπορούν να αποθηκεύουν μόνιμα τις πληροφορίες μόνο σε αρχεία.

Σύστημα Αρχείων (File System) Τα Λ.Σ. δημιουργούν μια συγκεκριμένη «λογική» οργάνωσης των αρχείων που βρίσκονται στο δίσκο του συστήματος. Η οργάνωση αυτή ονομάζεται Σύστημα Αρχείων (File System). Το Σύστημα Αρχείων αποθηκεύει τις σχετικές πληροφορίες για κάθε αρχείο. Οι πληροφορίες αυτές είναι το όνομα του, το μέγεθός του, ποιοι έχουν δικαιώματα προσπέλασης και που βρίσκονται αποθηκευμένα τα πραγματικά δεδομένα του. Οι πληροφορίες φυλάγονται σε πίνακες για κάθε μέσο (ή τόμο) αποθήκευσης (Volume). Ένας τόμος (Volume) είναι μια μονάδα αποθήκευσης που αποτελείται από ελεύθερο χώρο σε έναν ή περισσότερους δίσκους και μπορεί να του αντιστοιχιστεί ένα γράμμα μονάδας δίσκου.

Ευρετήριο ή Κατάλογος Αρχείων (Directory ή Folder) Ο συνήθης τρόπος οργάνωσης είναι η «Ιεραρχική Δομή». Τα Ευρετήρια ή Κατάλογοι περιέχουν τα Αρχεία. Περιλαμβάνει για κάθε Αρχείο το όνομα του, το μέγεθός του, τον ιδιοκτήτη του, τη θέση του στο δίσκο και κάποια ακόμα χρήσιμα στοιχεία. Στην κορυφή της Ιεραρχικής Δομής υπάρχει το βασικό ή ριζικό ευρετήριο (Root Directory) που περιέχει κάποια άλλα υπό-ευρετήρια (Subdirectories). Αυτά περιέχουν άλλα κ.ο.κ.. Έτσι δημιουργείται η εικόνα ενός «δένδρου», όπου τα κλαδιά αντιπροσωπεύουν καταλόγους και τα φύλλα αρχεία, αντεστραμμένο βέβαια, με τη ρίζα επάνω και τα κλαδιά κάτω.

Παράδειγμα Καταλόγων WinXP

Παράδειγμα Καταλόγων Win7

Τι προσφέρει το Σύστημα Αρχείων Για την αξιοποίηση των αρχείων, το Σύστημα Αρχείων υποστηρίζει κάποιους μηχανισμούς σύμφωνα με τις παρακάτω κατηγορίες: Οργάνωση Γίνεται με τους καταλόγους που ομαδοποιούν τα αρχεία. Έλεγχος Προσπέλασης Καθορίζεται ο ιδιοκτήτης και τα δικαιώματά του σ’ αυτό. Εγγραφή, Ανάγνωση, Διαγραφή και Εκτέλεση. Φυσική Αποθήκευση Αναφέρεται στην πραγματική οργάνωση των αρχείων κατά την αποθήκευσή τους στα μαγνητικά ή οπτικά μέσα. Δυνατότητα επιλογής μέσου αποθήκευσης από τον χρήστη.

Μηχανισμοί Ονοματολογία Αναφέρεται στον τρόπο χρήσης των ονομάτων των αρχείων. Απαγορεύεται η χρήση των χαρακτήρων *|\<>?/”: επειδή χρησιμοποιούνται από τα Windows για ειδικές χρήσεις. Η θέση ενός αρχείου χαρακτηρίζεται από το «μονοπάτι» (pathname) που οδηγεί σ’ αυτό. Π.χ. \My Documents\dimos\new.ppt Η χρήση του αρχείου χαρακτηρίζεται από μια «κατάληξη» ή «επέκταση» του ονόματός του, π.χ. run.bat, δηλαδή αρχείο που περιέχει εντολές του λειτουργικού συστήματος για ομαδική εκτέλεση. Test.doc, αρχείο κειμένου του MS-Word. Progr1.exe, αρχείο εκτελέσιμου προγράμματος.

Μηχανισμοί (συνέχεια) Εκτέλεση Προγράμματος Αναζήτηση Αρχείου Δημιουργία Αρχείου Διαγραφή Αρχείου Αντιγραφή Αρχείου Μετονομασία Αρχείου Δημιουργία Καταλόγου Διαγραφή Καταλόγου Παραχώρηση δικαιωμάτων προσπέλασης Αφαίρεση δικαιωμάτων προσπέλασης

Χρήση του Συστήματος Αρχείων Ένα τυπικό σύγχρονο σύστημα Η/Υ περιλαμβάνει χιλιάδες αρχεία. Αρκετά τυχαίνει να έχουν το ίδιο όνομα. Πως λοιπόν μπορεί το Λ.Σ. να τα βρίσκει και να τα ξεχωρίζει; Κάθε Αρχείο έχει ένα και μόνο ένα Απόλυτο Όνομα, ενώ μπορεί να έχει πολλά Σχετικά ονόματα. Το Απόλυτο Όνομα (Absolute Pathname) είναι όλο το μονοπάτι που ακολουθούμε από τη ρίζα μέχρι το αρχείο, π.χ. το πλήρες όνομα του αρχείου F5 είναι το \D3\D4\F5. Το Απόλυτο Όνομα αρχίζει πάντα με \. Το Σχετικό Όνομα εξαρτάται από το που βρίσκεται αυτός που θέλει να το προσπελάσει. Είναι όλο το μονοπάτι από το σημείο που βρισκόμαστε μέχρι το σημείο που βρίσκεται το αρχείο.

Λογική Εικόνα του Συστήματος Αρχείων Λογική Εικόνα του Συστήματος Αρχείων

Παραδείγματα επεξεργασίας αρχείων στα Windows Αναζήτηση Αρχείου για χρήση ή εκτέλεση Εκτέλεση Προγράμματος Αντιγραφή Αρχείου στον ίδιο ή σε άλλο κατάλογο Μετακίνηση Αρχείου Διαγραφή Αρχείου Αλλαγή Ονόματος (Μετονομασία) Δημιουργία νέου Καταλόγου Διαγραφή Καταλόγου

Τύποι Αρχείων Τα Αρχεία σε ένα Λ.Σ. διαχωρίζονται σε διάφορες κατηγορίες ανάλογα με το περιεχόμενό τους ή τη χρήση τους. Αρχεία Δεδομένων (Data Files) Αρχεία Κειμένου (Text Files) Αρχεία Προγραμμάτων (Program Files) Αρχεία Συστήματος (System Files) Αρχεία Συσκευών (Device Files) Προσωρινά Αρχεία (Temporary Files) Αρχεία Εκτύπωσης (Spooler Files) Εφεδρικά Αρχεία (Backup Files) Αρχεία Δέσμης Εντολών (Batch Files)

Αποθήκευση των Δεδομένων Φυσική Οργάνωση του Δίσκου Τομείς και Ομάδες Δεδομένων (Blocks) Η οργάνωση γίνεται από το Λ.Σ. που γράφει σημάδια στο δίσκο ώστε να βρίσκει τις αποθηκευμένες πληροφορίες. Αυτό ονομάζεται Μορφοποίηση (Format) του δίσκου. Με τη Μορφοποίηση ο δίσκος χωρίζεται σε Ίχνη (Tracks) και Τομείς (Sectors). Η μαγνητική επιφάνεια του δίσκου διαμορφώνεται σε ομόκεντρους κύκλους που ονομάζονται Ίχνη. Κάθε Ίχνος χωρίζεται σε Τομείς και περιέχει τον ίδιο αριθμό Τομέων. Κάθε Τομέας μπορεί να αποθηκεύσει τον ίδιο αριθμό bytes.

Tracks and Sectors

Ομάδες Δεδομένων (Blocks) Το μέγεθος της ομάδας είναι χαρακτηριστικό και μπορεί να είναι 128, 256, 512 ή 1024 bytes. Το μέγεθος αυτό (block size) είναι σημαντικό γιατί αυτός είναι ο αριθμός των bytes που μεταφέρονται κάθε φορά που ο δίσκος εκτελεί μια εντολή ανάγνωσης (read) ή εγγραφής (write). Κάθε ομάδα δεδομένων του δίσκου κατέχει μια συγκεκριμένη θέση στο δίσκο και χαρακτηρίζεται από τη «διεύθυνση» της, δηλαδή μια τριάδα αριθμών: επιφάνεια, ίχνος, τομέας.

Προσπέλαση Δίσκων Όταν ένα πρόγραμμα θέλει να διαβάσει ή να γράψει στο δίσκο, καλεί πάντα την αντίστοιχη ρουτίνα του Λ.Σ. Όλες οι απαιτήσεις καταλήγουν τελικά στο Λ.Σ. και αποτελούνται από τα παρακάτω στοιχεία: Εντολή (Read, Write, κλπ) Λογική Συσκευή (C:) Λογική Διεύθυνση Ομάδας Δεδομένων Φυσική Διεύθυνση Ομάδας Αριθμός Ομάδων Δεδομένων που θα μεταφερθούν Επειδή οι δίσκοι είναι σχετικά αργές συσκευές, ο χρόνος προσπέλασης του δίσκου είναι ο βασικότερος παράγοντας καθυστέρησης του υπολογιστή.

Κατακερματισμός Όταν δημιουργούνται αρχεία σε έναν καινούριο δίσκο, οι τομείς που καταλαμβάνονται είναι συνεχείς (γειτονικοί). Όταν κάποιο αρχείο σβήνεται, τότε οι τομείς που καταλάμβανε σημειώνονται ότι είναι ελεύθεροι. Το επόμενο αρχείο που θα δημιουργηθεί μπορεί να καταλάβει κάποιους από αυτούς τους ελεύθερους τομείς. Αν χρειάζεται λιγότερους, θα αφήσει ένα κενό απ’ αυτούς. Αν χρειάζεται περισσότερους, τότε θα τους πάρει όλους και θα συνεχίσει να καταλαμβάνει τομείς, όπου βρει ελεύθερους. Έτσι, το αρχείο δε θα είναι πλέον συνεχές, αλλά οι ομάδες δεδομένων του θα είναι σκορπισμένες σε διάφορα σημεία του δίσκου.

Κατακερματισμός (συνέχεια) Όταν λοιπόν ένας δίσκος έχει χρησιμοποιηθεί αρκετά, τα περισσότερα αρχεία του είναι διασκορπισμένα σε διάφορα σημεία του δίσκου. Το αποτέλεσμα είναι η Κεφαλή του Δίσκου να αναγκάζεται να μετακινείται πολύ πάνω στην επιφάνεια για να φθάσει στα σημεία που βρίσκονται σκόρπιες οι ομάδες δεδομένων. Αυτό καθυστερεί αρκετά την ταχύτητα πρόσβασης και μειώνει τη συνολική απόδοση του συστήματος. Η κατάσταση αυτή ονομάζεται Εξωτερικός Κατακερματισμός (External Fragmentation) του Δίσκου.

Αποκατακερματισμός Για να διορθωθεί το πρόβλημα, τα Λ.Σ. έχουν προγράμματα Αποκατακερματισμού (Defragmentation), που τακτοποιούν τις ομάδες (blocks) των αρχείων, έτσι ώστε να είναι γειτονικές. Η Κεφαλή του Δίσκου δηλαδή, αφού βρει την πρώτη ομάδα δεν ξαναμετακινείται, απλά διαβάζει και τις επόμενες που βρίσκονται στη σειρά.

Ασφάλεια Συστήματος Ακεραιότητα και Ασφάλεια Τα Συστήματα Η/Υ και κυρίως τα στοιχεία που αποθηκεύονται σ’ αυτά έχουν πολύ μεγάλη αξία για τους κατόχους τους. Η αξία αυτή μπορεί να είναι οικονομική, επαγγελματική ή ακόμα και συναισθηματική. Για το λόγο αυτό, τα Λ.Σ. συμπεριλαμβάνουν και δυνατότητες που εξασφαλίζουν ότι κάτι τέτοιο δεν μπορεί να συμβεί ή τουλάχιστον το κάνουν πιο δύσκολο να συμβεί. Οι δυνατότητες αυτές βελτιώνουν την Ακεραιότητα (Integrity) και την Ασφάλεια (Security) του Συστήματος. Με τον όρο Ακεραιότητα αναφερόμαστε στην προστασία των συστημάτων υπολογιστών και πληροφοριών από καταστροφή ή αλλοίωση.

Ασφάλεια (συνέχεια) Με τον όρο Ασφάλεια αναφερόμαστε στα μέτρα που προστατεύουν τα συστημάτων υπολογιστών και τις πληροφορίες από: Φυσικές Καταστροφές (πυρκαγιές, πλημμύρες, σεισμούς). Διακοπές ρεύματος. Βλάβες του Υλικού. Βλάβες από λανθασμένο ή σκόπιμο χειρισμό. Κλοπή ή Διαρροή εμπιστευτικών πληροφοριών. Ιούς και άλλα επιβλαβή προγράμματα.

Υποστήριξη της Ασφάλειας από το Λ.Σ. Τα σύγχρονα Λ.Σ. συμπεριλαμβάνουν κάποιες δυνατότητες για να μπορέσουν να υποστηρίξουν τις ανάγκες Ασφάλειας. Λήψη Εφεδρικών Αντιγράφων Προσπέλαση με χρήση συνθηματικών (passwords) Δικαιώματα προσπέλασης των αρχείων και των καταλόγων Τοίχος Προστασίας (Windows Firewall) Ενημερώσεις (Windows Update)

Ερωτήσεις Τι είναι Αρχείο και από τι αποτελείται; Τι είναι το Σύστημα Αρχείων; Περιγράψτε σύντομα την Ιεραρχική Δομή Τι προσδιορίζει η επέκταση ενός αρχείου; Τι είναι το Απόλυτο Όνομα αρχείου; (Δώστε παράδειγμα) Σε τι χωρίζεται ο δίσκος με τη μορφοποίηση; Τι είναι Ομάδα Δεδομένων; Τι είναι ο Κατακερματισμός (Fragmentation); Τι εννοούμε με τον όρο Ασφάλεια Συστήματος; Τι δυνατότητες περιλαμβάνουν τα σύγχρονα Λ.Σ για να μπορέσουν να υποστηρίξουν τις ανάγκες Ασφάλειας;