Создание компьютерных сетей вызвано практической потребностью пользователей удаленных друг от друга компьютеров в одной и той же информации. Сети предоставляют пользователям возможность не только быстрого обмена информацией, но и совместной работы на принтерах и других периферийных устройствах, и даже одновременной обработки документов.
Локальные компьютерные сети. Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8—12 компьютеров) или в одном здании.
В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети. Такие сети называются одноранговыми.
Если к локальной сети подключено более десяти компьютеров, то одноранговая сеть может оказаться недостаточно производительной. Для увеличения производительности, а также в целях обеспечения большей надежности при хранении информации в сети некоторые компьютеры специально выделяются для хранения файлов или программ-приложений. Такие компьютеры называются серверами, а локальная сеть — сетью на основе серверов.
Каждый компьютер, подключенный к локальной сети, должен иметь специальную плату (сетевой адаптер). Между собой компьютеры (сетевые адаптеры) соединяются с помощью кабелей.
Региональные компьютерные сети. Локальные сети не позволяют обеспечить совместный доступ к информации пользователям, находящимся, например, в различных частях города. На помощь приходят региональные сети, объединяющие компьютеры в пределах одного региона (города, страны, континента).
Корпоративные компьютерные сети. Многие организации, заинтересованные в защите информации от несанкционированного доступа (например, военные, банковские и пр.), создают собственные, так называемые корпоративные сети. Корпоративная сеть может объединять тысячи и десятки тысяч компьютеров, размещенных в различных странах и городах (в качестве примера можно привести сеть корпорации Microsoft, MSN).
Глобальная компьютерная сеть Интернет. Потребности формирования единого мирового информационного пространства привели к созданию глобальной компьютерной сети Интернет. В настоящее время на десятках миллионов компьютеров, подключенных к Интернету, хранится громадный объем информации (сотни миллионов файлов, документов и т. д.) и сотни миллионов людей пользуются информационными услугами глобальной сети.
Интернет — это глобальная компьютерная сеть, объединяющая многие локальные, региональные и корпоративные сети и включающая в себя десятки миллионов компьютеров.
В каждой локальной или корпоративной сети обычно имеется, по крайней мере, один компьютер, который имеет постоянное подключение к Интернету с помощью линии связи с высокой пропускной способностью (сервер Интернета).Надежность функционирования глобальной сети обеспечивается избыточностью линий связи: как правило, серверы имеют более двух линий связи, соединяющих их с Интернетом.
Основу, «каркас» Интернета составляют более ста миллионов серверов, постоянно подключенных к сети, из которых в России насчитывается более трехсот тысяч (на начало 2001 г.).
К серверам Интернета могут подключаться с помощью локальных сетей или коммутируемых телефонных линий сотни миллионов пользователей сети.
|
|
|
|
Билет № 19
1. Компьютерные сети. Электронная почта.
Электронная почта (E-mail) - это служба передачи и приема текстовых сообщений или двоичных файлов в качестве вложенных с компьютера одного пользователя на компьютер другого пользователя средствами Интернет.
Электронная почта во многом удобнее обычной бумажной и имеет следующие преимущества:
- электронной почтой сообщение в большинстве случаев доставляется гораздо быстрее, чем обычной;
- электронная почта стоит дешевле, отправка сообщений электронной почты в любую страну не требует дополнительной оплаты сверх обычной оплаты за подключение к Интернет;.
- для отправки письма нескольким адресатам не нужно печатать его во многих экземплярах, достаточно однажды ввести текст в компьютер;
- если нужно перечитать, исправить полученное или составленное Вами письмо, или использовать выдержки из него, это сделать легче, поскольку текст уже находится в машине;
- удобнее хранить большое количество писем на диске, чем в ящике стола; на диске их легче и искать;
- экономится бумага.
Для того, чтобы электронное письмо дошло до своего адресата, необходимо, чтобы оно было оформлено в соответствии с международными стандартами и имело стандартизованный почтовый электронный адрес. Общепринятый формат послания определяется стандартом RFC822, и имеет заголовок и непосредственно сообщение. Заголовок состоит из следующих строк (полей):
From (От): почтовый электронный адрес - от кого пришло послание;
|
|
To (Кому): почтовый электронный адрес - кому адресовано послание;
Cc (Копия): почтовые электронные адреса - кому еще направлено послание;
Subject (Тема): тема сообщения произвольной формы;
Date: дата и время отправки сообщения;
Message-Id: уникальный идентификатор послания, присвоенный ему почтовой машиной;
Reply-To: адрес абонента, куда следует отвечать на присланное письмо.
Строки заголовка From: и Date: формируются, как правило, автоматически, программными средствами. Само послание – это, как правило, текстовый файл произвольной формы.
При передаче нетекстовых данных (исполняемой программы, графической информации) применяется перекодировка сообщений, которая выполняется соответствующими программными средствами.
Кодирование информации в электронной почте определяют 2 наиболее распространенных стандарта MIME (MultipurposeInternetMailExtensions) и Uuencode. Они позволяют вкладывать в сообщение изображения, звуковые, двоичные или сжатые файлы.
Почтовый электронный адрес имеет вид:
mailbox@site.domen,
где mailbox - идентификатор абонента. Обычно пользователь называет свой почтовый ящик тем же именем, под которым он зарегистрирован в системе. Чаще всего это имя, фамилия или фамилия с инициалами. Для того, чтобы отделить идентификатор абонента от его почтовых координат, используется значок @. Справа от знака @ располагается домен, который однозначно описывает местонахождение абонента. Составные части домена разделяются точками. Пример почтового адреса электронной почты: petrov@mrsu.ru.
В Интернет для работы с электронной почтой используется прикладные протоколы SMTP и POP. Протокол SMTP поддерживает передачу сообщений между произвольными узлами Интернет. Используя механизмы промежуточного хранения почты и повышения надежности доставки, протокол SMTP допускает использование различных транспортных служб и почтовых серверов. Почтовый протокол POP дает конечному пользователю доступ к пришедшим к нему электронным сообщениям. POP-клиенты при запросе на получение почты требуют ввести пароль, что повышает конфиденциальность переписки.
Отправка электронных писем происходит следующим образом. SMTP-сервер определяет IP-адрес компьютера, на котором находится почтовый ящик получателя. По этому адресу SMTP-сервер отправляет письмо. Письмо получает SMTP-сервер адресата и записывает его в файл, соответствующий почтовому ящику адресата. Этот файл находится в специальной директории среди файлов владельцев других почтовых ящиков, относящихся к одному и тому же провайдеру.
Если SMTP-сервер не сумел определить, по какому IP-адресу ему отправлять письмо, или ящика, указанного в адресе не существует, или размер письма превышает ограничение, установленное провайдером на размер входящей почты, то запускается программа Mailer-Daemon, которая отправит письмо назад по адресу отправителя, приписав объяснение, почему письмо не было доставлено адресату.
При получении команды на проверку почты почтовая программа-клиент связывается с сервером входящей почты (POP-сервером) и передает ему запрос на проверку почтового ящика, содержащий имя ящика и пароль к нему. Проверив пароль, POP-сервер отправляет файлы почты почтовой программе-клиенту. Затем программа-клиент сообщает POP-серверу о том, что файл она получила, и после этого POP-сервер удаляет файл соответствующего почтового ящика.
Таким образом, для того, чтобы воспользоваться услугами электронной почты, необходимо иметь подключение к Интернет, зарегистрировать почтовый ящик на почтовом сервере и установить на компьютере программу- почтовый клиент. Наиболее популярны в настоящее время следующие почтовые клиенты: Eudora Mail, Outlook Express, Netscape Messenger, The Bat! Кроме того, многие почтовые службы позволяют получить доступ к почтовому ящику через WWW-интерфейс, т.е. в этом случае можно получить и отправить электронную почту, запустив браузер и набрав адрес web-страницы соответствующей почтовой службы.
При настройке программы-почтового клиента необходимы следующие данные:
- название ящика: название, которое будет присвоено ящику внутри почтового клиента;
- имя пользователя: имя, которое будет ставиться в поле From (От) отправляемого письма рядом с электронным адресом отправителя и которое будет видеть получатель письма;
- сервер POP3: адрес почтового сервера, с которого принимается почта (для популярной в России службы mail.ru – pop.mail. ru);
- сервер SMTP: адрес почтового сервера, на который посылается почта (для mail.ru – smtp.mail.ru);
- почтовый адрес: адрес электронной почты(например, petrov@mail.ru);
- имя пользователя для входа на POP3-сервер: уникальное на почтовом сервере имя для идентификации пользователя (в нашем случае petrov);
- пароль для получения почты.
Все эти сведения получают у провайдера Интернет или при регистрации почтового ящика.
Билет № 20
1. Кодирование информации. Способы кодирования. Привести примеры.
2. Практическое задание на преобразование формата графического файла
1. Кодирование информации. Способы кодирования. Привести примеры.
Кодирование информации. В процессе преобразования информации из одной формы представления (знаковой системы) в другую осуществляется кодирование. Средством кодирования служит таблица соответствия, которая устанавливает взаимно однозначное соответствие между знаками или группами знаков двух различных знаковых систем.
В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. При вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре выполняется его кодирование, т. е. преобразование в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или принтер происходит обратный процесс — декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в графическое изображение.
Кодирование изображений и звука. Информация, в том числе графическая и звуковая, может быть представлена в аналоговой или дискретной форме. При аналоговом представлении физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем ее значения изменяются непрерывно. При дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений, причем ее величина изменяется скачкообразно.
Примером аналогового представления графической информации может служить, скажем, живописное полотно, цвет которого изменяется непрерывно, а дискретного — изображение, напечатанное с помощью струйного принтера и состоящее из отдельных точек разного цвета.
Примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно), а дискретного — аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка которого содержит участки с различной отражающей способностью).
Графическая и звуковая информация из аналоговой формы в дискретную преобразуется путем дискретизации, т. е. разбиения непрерывного графического изображения и непрерывного (аналогового) звукового сигнала на отдельные элементы. В процессе дискретизации производится кодирование, т. е. присвоение каждому элементу конкретного значения в форме кода.
Дискретизация — это преобразование непрерывных изображений и звука в набор дискретных значений, каждому из которых присваивается значение его кода.
Кодирование информации в живых организмах. Генетическая информация определяет строение и развитие живых организмов и передается по наследству. Хранится генетическая информация в клетках организмов в структуре молекул ДНК (дезоксирибонукле-иновой кислоты). Молекулы ДНК состоят из четырех различных составляющих (нуклеотидов), которые образуют генетический алфавит.
Молекула ДНК человека включает в себя около трех миллиардов пар нуклеотидов, и в ней закодирована вся информация об организме человека: его внешность, здоровье или предрасположенность к болезням, способности и т. д.
Билет № 21
1. Компьютерные вирусы: способы распространения, защита от вирусов.
2. Построение графика простой функции с помощью электронных таблиц.
1. Компьютерные вирусы: способы распространения, защита от вирусов.
Компьютерные вирусы: способы распространения, защита от вирусов.
Компьютерные вирусы являются программами, которые могут «размножаться» и скрытно внедрять свои копии в файлы, загрузочные сектора дисков и документы.
В настоящее время известно несколько десятков тысяч вирусов, заражающих компьютеры различных операционных систем и распространяющихся по компьютерным сетям. Обязательное свойство компьютерного вируса — способность к самокопированию.
Активизация компьютерного вируса нередко вызывает уничтожение программ и данных.
По «среде обитания» вирусы разделяют на файловые, загрузочные, макровирусы и сетевые.
Файловые вирусы. Файловые вирусы различными способами внедряются в исполняемые файлы (программы) и обычно активизируются при их запуске. После запуска зараженной программы вирусы находятся в оперативной памяти компьютера и остаются активными (т. е. могут заражать другие файлы) вплоть до момента выключения компьютера или перезагрузки операционной системы.
Профилактическая защита от файловых вирусов состоит в том, чтобы не запускать на исполнение файлы, полученные из сомнительного источника и предварительно не проверенные антивирусными программами.
Загрузочные вирусы. Загрузочные вирусы записывают себя в загрузочный сектор диска. При загрузке операционной системы с зараженного диска вирусы внедряются в оперативную память компьютера.
Профилактическая защита от таких вирусов состоит в отказе от загрузки операционной системы с гибких дисков и установке в BIOS вашего компьютера защиты загрузочного сектора от изменений.
Макровирусы. Макровирусы заражают файлы документов Word и электронных таблиц Excel. Макровирусы фактически представляют собой макрокоманды (макросы), которые встраиваются в документ.
После загрузки зараженного документа в приложение макровирусы постоянно присутствуют в памяти компьютера и могут заражать другие документы. Угроза заражения прекращается только после закрытия приложения.
Профилактическая защита от макровирусов состоит в предотвращении запуска вируса. При открытии документа в приложениях Word и Excel сообщается о присутствии в них макросов (потенциальных вирусов) и предлагается запретить их загрузку. Выбор запрета на загрузку макросов надежно защитит ваш компьютер от заражения макровирусами, однако отключит и полезные макросы, содержащиеся в документе.
Сетевые вирусы. По компьютерной сети могут распространяться и заражать компьютеры любые обычные вирусы. Это происходит, например, при получении зараженных файлов с серверов файловых архивов. Однако существуют и специфические сетевые вирусы, которые используют для своего распространения электронную почту и Всемирную паутину.
«Почтовый» вирус содержится во вложенных в почтовое сообщение файлах. Если получатель сообщения откроет вложенный файл (вирус), то произойдет заражение компьютера. Этого не случится после чтения самого почтового сообщения, так как заражено не почтовое сообщение, а вложенный в него файл.
Профилактическая защита от почтовых вирусов заключается в том, чтобы не открывать вложенные в почтовые сообщения файлы, полученные из сомнительных источников.
Антивирусные программы. Наиболее эффективны в борьбе с компьютерными вирусами антивирусные программы, в которых используются различные принципы поиска и лечения зараженных файлов.
Самыми популярными и действенными антивирусными программами являются полифаги (например, AntiViralToolkitPro). Принцип работы полифагов основан на проверке файлов и секторов дисков и оперативной памяти и поиске в них известных и новых (неизвестных полифагу) вирусов.
Полифаги способны обеспечивать проверку файлов в процессе их загрузки в оперативную память. Такие программы называются антивирусными мониторами sнапример, AVP Monitor).
К достоинствам полифагов относится их универ-альность, к недостаткам — большие размеры применяемых ими антивирусных баз данных, которые ^олжны содержать информацию о максимально возможном количестве вирусов, что, в свою очередь, приводит к относительно небольшой скорости поиска вирусов.
Принцип работы программ другого типа — ревизоров (например, ADinf) — основан на подсчете контрольных сумм для присутствующих на диске файлов.
Недостаток ревизоров состоит в том, что они не могут обнаружить вирус в новых файлах (на дискетах, при распаковке файлов из архива, в электронной почте), поскольку в их базах данных отсутствует информация об этих файлах.
Антивирусные блокировщики — это программы, перехватывающие «вирусоопасные» ситуации и сообщающие об этом пользователю.
Наибольшее распространение получили антивирусные блокировщики, «зашитые» в BIOS компьютера. С помощью программы BIOS Setup можно провести настройку BIOS таким образом, что будет запрещена (заблокирована) любая запись в загрузочный сектор диска и компьютер окажется защищенным от заражения загрузочными вирусами.
К достоинствам блокировщиков относится их способность обнаруживать и останавливать вирус на самой ранней стадии его размножения.
2. Построение графика простой функции с помощью электронных таблиц.
Задача. Построить график функции: у = 2х2 + 5х + 3 на отрезке х=[-5;5].
Технология выполнения работы.
1. В ячейку А1 вводим само уравнение функции «у = 2х2 + 5х + 3. Оно будет служить в качестве заголовка нашей работы.
2. В ячейку ВЗ вводим «а=».
3. В ячейку В4 вводим «b=».
4. В ячейку В5 вводим «с=».
5. Выделяем эти три ячейки.
6. Заходим в меню [Формат —Ячейки}.
7. В открывшемся окне выбираем вкладку «Выравнивание».
8. Выравниваем «по горизонтали» — «по правому краю». После этого текст в наших ячейках сдвигается к правому краю.
9. В ячейку СЗ вводим «2» — значение а.
| 10. В ячейку С4 вводим «5» — значение b. 11. В ячейку С5 вводим «З» — значение с. 12. В результате должно получиться: | а= | |
| b= | ||
| с= |
13. Выделяем все шесть ячеек, создаем для них «все границы» (
) и «толстую внешнюю границу» (p).
14. Для того, чтобы успешно построить график функции, ячейкам, содержащим значения а (2), b (5) и с (3), нужно присвоить абсолютные имена.
15. Выделяем ячейку СЗ и щелкаем мышью в поле имени (маленькое окно вверху слева, где отображается адрес выделенной ячейки).
16. Здесь нужно удалить старое имя и присвоить новое - допустим, «Ф»,
17. Выделяем ячейку С4 и щелкаем мышью в поле имени. Этой ячейкеприсваиваем имя «И».
18. Ячейке «С5» присваиваем имя <<Ц».
19. В ячейке В7 пишем: «х =».
20. В ячейке В8 — «у =».
21. Выравниваем по правому краю (см п. б...8).
22. В ячейке С7 пишем «- 5».
23. В ячейке D7 пишем «- 4».
24. Выделяем ячейки С7 и D7.
25. Подводим курсор к правому нижнему углу выделения. Курсор принимает вид тонкого черного крестика (так называемый маркер автозаполнения).
26. При нажатой левой кнопке мыши тащим курсор вправо. При этом у нас будут появляться значения X. Тащим до тех пор, пока не появится «5». Это будет последнее значение в нашей таблице.
27. Далее щелкаем мышью на заголовке столбца В и выделяем все столбцы от В до М.
28. Подводим курсор к границе столбцов М и N. Он превращается в двойную черную стрелку. Делаем двойной щелчок мышью. Выделенные столбцы сжимаются по ширине.
29. В ячейку С8 вводим следующую формулу: «=ф*С7*С7+и*С7+ц» и нажимаем клавишу {Enter}. В ячейке появляется значение формулы.
30. С помощью маркера автозаполнения копируем формулу в ячейки с D8 по M8.
31. Оформляем границы таблицы (см п. 13.)
| 32. Вот что должно получиться: | х= | -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | ||||||
| у= |
33. Далее приступаем к построению графика.
34. Выделяем ячейки с С8 по М8.
35. На панели инструментов вверху находим кнопку «Мастер диаграмм».
36. В открывшемся окне выбираем [«тип диаграммы» — «график»] и нажимаем кнопку «Далее».
37. На следующем этапе открываем вкладку «Ряд» и ставим курсор в поле «подписи по оси X» и выделяем ячейки с С7 по М7.
38. Ставим курсор в поле «Имя» и щелкаем на ячейке А1.
39. Нажимаем кнопку «Далее».
40. Здесь выбираем вкладку «Подписи данных», на ней кнопку «значение».
41. Нажимаем кнопку «Дотее».
42. В следующем окне нажимает кнопку «Готово».
 78
| В результате должно получиться вот что: у= 2х2+5х+3 График квадратичной функции | |||||||||||
| 28 15 21 | ||||||||||||
| 6 10 | ||||||||||||
| -1 0 2 | ||||||||||||
| -5 | -4 | -3 | -2 | -1 | ||||||||
Билет № 22
1. Программное управление работой компьютера. Программное обеспечение компьютера.
Данные и программы. Числовая, текстовая, графическая и звуковая информация может быть представлена и обработана на компьютере в форме данных.
Чтобы процессор «знал», что ему делать с данными, как их обрабатывать, он должен получить определенную команду (инструкцию). Например, «сложить два числа» или «заменить один символ на другой».
Обычно для решения какой-либо задачи процессору требуется не единичная команда, а их последовательность. Последовательность команд, которую выполняет компьютер в процессе обработки данных, называется программой.
Программное обеспечение. В течение нескольких десятилетий создавались программы, нужные для обработки различных данных. Совокупность требуемых программ составляет программное обеспечение компьютера.
Операционная система является базовой и необходимой составляющей программного обеспечения компьютера, без нее компьютер не может работать в принципе.
Для выполнения на компьютере конкретных работ (создания текстов и рисунков, обработки числовых данных и т. д.) требуется прикладное программное обеспечение. Прикладное программное обеспечение можно разделить на две группы программ: системы программирования и приложения.
Системы программирования являются для программистов-профессионалов инструментами разработки программ на различных языках программирования (Basic, Pascal, С и др.). В настоящее время появились системы визуального программирования (VisualBasic, BorlandDelphi и др.), которые позволяют даже начинающему пользователю компьютера создавать несложные программы. Приложения предоставляют пользователю возможность обрабатывать текстовую, графическую, числовую, аудио- и видеоинформацию, а также работать в компьютерных сетях, не владея программированием.
Практически каждый пользователь компьютера нуждается в приложениях общего назначения, к числу которых относятся: текстовые и графические редакторы, электронные таблицы, системы управления базами данных, а также приложения для создания мультимедиа-презентаций.
В связи со стремительным развитием глобальных и локальных компьютерных сетей все большее значение приобретают различные коммуникационные программы.
Из-за широкого распространения компьютерных вирусов можно отнести к отдельной группе антивирусные программы.
Для профессиональных целей квалифицированными пользователями компьютера используются приложения специального назначения. К ним относятся системы компьютерной графики, системы автоматизированного проектирования (САПР), бухгалтерские программы, компьютерные словари и системы автоматического перевода и др.
Все большее число пользователей применяет обучающие программы для самообразования или в учебном процессе. Прежде всего, это программы обучения иностранным языкам, программы-репетиторы и тесты по различным предметам и т. д.
Большую пользу приносят различные мультимедиа-приложения (энциклопедии, справочники и т. д.) на лазерных дисках, содержащие огромный объем информации и средства быстрого ее поиска.
Достаточно большое число пользователей начинают знакомство с компьютером с компьютерных игр, которые бывают самых различных типов: логические, стратегические, спортивные и т. д.
Билет № 23
1.Файловая система. Решение задач файловой системы
Файл – это именованная область внешней памяти, в которую можно записывать и из которой можно считывать данные. Файлы хранятся в энергонезависимой памяти, обычно – на магнитных дисках.
Основными целями использования файла являются:
1) Долговременное и надежное хранение информации. Долговременность достигается за счет использования запоминающих устройств, не зависящих от питания, а высокая надежность определяется средствами защиты доступа к файлам и общей организацией программного кода ОС, при которой сбои аппаратуры чаще всего не разрушают информацию, хранящуюся в файлах.
2) Совместное использование информации. Файлы обеспечивают естественный и легкий способ разделения информации между приложениями и пользователями за счет наличия понятного человеку символьного имени и постоянства хранимой информации и расположения файла. Пользователь должен иметь удобные средства работы с файлами, включая каталоги-справочники, объединяющие файлы в группы, средства поиска файлов по признакам, набор команд для создания, модификации и удаления файлов. Файл может быть создан одним пользователем, а затем использоваться другим пользователем, при этом создатель файла или администратор могут определить права доступа к нему других пользователей.
Файловая система, являющаяся неотъемлемой частью любой современной ОС, включает:
· совокупность всех файлов на диске;
· наборы структур данных, используемых для управления файлами (каталоги файлов, дескрипторы файлов, таблицы распределения свободного и занятого пространства на диске);
· комплекс системных программных средств, реализующих различные операции над файлами (создание, уничтожение, чтение, запись, именование и поиск файлов).
Файловая система позволяет программам обходиться набором относительно простых операций для выполнения действий над некоторым абстрактным объектом, представляющим файл. При этом программистам не нужно иметь дело с деталями действительного расположения данных на диске, буферизацией данных и другими низкоуровневыми проблемами передачи данных с долговременного запоминающего устройства – все эти функции файловая система берет на себя. Файловая система распределяет дисковую память, поддерживает именование файлов, отображает имена файлов в соответствующие адреса во внешней памяти, обеспечивает доступ к данным, поддерживает разделение, защиту и восстановление файлов.
Таким образом, файловая система играет роль промежуточного слоя, экранирующего все сложности физической организации долговременного хранилища данных, и создающего для программ более простую логическую модель этого хранилища, а также предоставляя им набор удобных в использовании команд для манипулирования файлами.
Задачи, решаемые файловой системой, зависят от способа организации вычислительного процесса в целом. Самый простой тип файловой системы реализуется в однопользовательских и однопрограммных ОС (например, MS-DOS).
Основные функции в такой файловой системе сведены к следующему перечню:
· именование файлов;
· программный интерфейс для приложений;
· отображение логической модели файловой системы на физическую организацию хранилища данных;
· устойчивость файловой системы к сбоям питания, ошибкам аппаратных и программных средств.
Задачи файловой системы естественным образом усложняются в однопользовательских мультипрограммных ОС, которые, хотя и предназначены для работы одного пользователя, но дают ему возможность запускать одновременно несколько процессов. Одной из первых ОС этого типа стала OS /2. В этом случае к перечисленным выше задачам добавляется новая задача совместного доступа к файлу из нескольких процессов. Файл в этом случае является разделяемым ресурсом, а значит, файловая система должна решать весь комплекс проблем, связанных с такими ресурсами. В частности, в файловой системе должны быть предусмотрены средства блокировки файла и его частей, предотвращения гонок, исключение тупиков, согласование копий и т.п.
В многопользовательских ОС появляется еще одна задача – защита файлов одного пользователя от несанкционированного доступа другого пользователя. Таким образом, основными функциями файловой системы многопользовательской многозадачной ОС являются:
· идентификация файлов – связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти;
· распределение внешней памяти между файлами – для работы с конкретным файлом не требуется иметь информацию о местоположении этого файла на внешнем носителе информации (сторона магнитного диска, цилиндр, сектор);
· обеспечение надежности и отказоустойчивости;
· обеспечение защиты от несанкционированного доступа;
· обеспечение совместного доступа к файлам (пользователь не должен прилагать специальных усилий по обеспечению синхронизации доступа);
· обеспечение высокой производительности.
Типы файлов
Файловые системы поддерживают несколько функционально различных типов файлов, в число которых, как правило, входят:
· обычные файлы;
· файлы-каталоги;
· специальные файлы;
· отображаемые в память файлы;
· именованные конвейеры;
· другие.
Рассмотрим каждый из этих типов файлов.
Обычные файлы, или просто файлы, содержат информацию произвольного характера, которую заносит в них пользователь или которая образуется в результате работы системных и пользовательских программ. Большинство современных ОС (например, Unix или MS Windows) никак не ограничивает и не контролирует содержимое и структуру обычного файла. Содержание обычного файла определяется приложением, которое с ним работает. Обычные файлы бывают двух типов – текстовые17 и двоичные18. Обычно прикладные программы, работающие с файлами, распознают тип файла по его имени в соответствии с общепринятыми соглашениями. Например, файлы с расширениями. c,. pas,. txt – ASCII-файлы, файлы с расширениями. exe – исполняемые, файлы с расширениями. obj,. zip – бинарные и т.д. Все ОС должны уметь распознавать хотя бы один тип файлов – собственные исполняемые файлы.
Для пользователей файл обозначается с помощью идентификаторов – внешних имен (могут быть и внутренние имена файлов). Пользователи дают файлам символьные имена, при этом учитываются ограничения ОС как на используемые символы, так и на длину имени. До недавнего времени эти границы были весьма узкими. Так, в популярной файловой системе FAT длина имен ограничивается известной схемой 8.3 (8 символов – собственно имя, 3 символа – расширение имени), а в ОС UnixSystem V имя не может содержать более 14 символов. Однако пользователю гораздо удобнее работать с длинными именами, посколь-ку они позволяют дать файлу действительно мнемоническое название, по которому даже через достаточно большой промежуток времени мож-но будет вспомнить, что содержит этот файл. Поэтому современные файловые системы, как правило, поддерживают длинные символьные имена файлов. Например, файловая система NTFS, появившаяся в Windows NT, устанавливает, что имя файла может содержать до 255 символов, не считая завершающего нулевого символа.
Файлы-каталоги или просто каталоги – это особый тип файлов, которые содержат системную справочную информацию о наборе файлов, сгруппированных пользователями по какому-либо признаку (например, в одну группу объединяются файлы, содержащие документы одного договора, или файлы, составляющие один программный пакет), с другой стороны – это файл, содержащий системную информацию о группе файлов, его составляющих.
Во многих ОС в каталог могут входить файлы любых типов, в том числе другие каталоги, за счет чего может образовываться древовидная структура, удобная для поиска. Каталоги устанавливают соответствие между именами файлов и их характеристиками, используемыми файловой системой для управления файлами. В число таких характеристик входит, в частности, информация (или указатель на другую структуру, содержащую эти данные) о типе файла и расположении его на диске, правах доступа к файлу и датах его создания и модификации. Во всех остальных отношениях каталоги рассматриваются файловой системой как обычные файлы.
Специальные файлы – это фиктивные файлы, ассоциированные с устройствами ввода-вывода, которые используются для унификации механизма доступа к файлам и внешним устройствам. Специальные файлы позволяют пользователю выполнять операции ввода-вывода посредством обычных команд записи в файл или чтения из файла. Эти команды обрабатываются сначала программами файловой системы, а затем на некотором этапе выполнения запроса преобразуются ОС в команды управления соответствующим устройством.
Специальные файлы, так же как и устройства ввода-вывода, делятся на блок-ориентированные и байт-ориентированные20. Следует помнить, что существуют некоторые внешние устройства, которые не относятся ни к одному из указанных классов, например, часы или таймеры, которые, с одной стороны, не адресуемы, а с другой стороны, не порож-дают потока байтов. Эти устройства только выдают сигналы прерыва-ния в заданные моменты времени.
Отображаемые в память файлы (англ. memory-mappedfiles) – это мощная возможность ОС, позволяющая приложениям осуществлять доступ к файлам на диске тем же самым способом, каким осуществляется доступ к динамической памяти, то есть через указатели. Смысл отображения файла в память заключается в том, что содержимое файла (или часть содержимого) отображается в некоторый диапазон виртуального адресного пространства процесса, после чего обращение по какому-либо адресу из этого диапазона означает обращение к файлу на диске. Естественно, не каждое обращение к отображенному в память файлу вызывает операцию чтения/записи. Менеджер виртуальной памяти кэширует обращения к диску и тем самым обеспечивает высокую эффективность работы с отображенными файлами.
Именованные конвейеры (именованные каналы) – одно из средств межпроцессного взаимодействия, детали которого рассмотрены в п. 3.3.6.
Атрибуты файла