Operační systémy II

Obsah lekce:

Organizace dat na disku (diskové jednotky, soubory, adresáře, cesty, komprese)

Diskové jednotky

Disková jednotka slouží pro ukládání dat v počítači. Může představovat jeden pevný disk, jeho část (oddíl) nebo zařízení pro čtení vyměnitelných médií (například. disketová mechanika, CD-ROM, DVD-ROM, ...).

V případě, že pracujeme s operačním systémem MS DOS nebo MS Windows, setkáme se s tím, že jsou jednotlivé diskové jednotky označeny písmeny z rozsahu A až Z. Tyto písmena jsou většinou přiřazována následujícím způsobem:

• A: B: - disketové mechaniky
• C: - systémová část pevného disku
• D: E: F: ... - další pevné disky, další oddíly pevného disku (tzv. logické oddíly), CD, DVD, Flash disk, ...

Výše uvedená pravidla však platí pouze pro operační systémy MS DOS nebo MS Windows. V případě, že budeme pracovat s operačním systémem GNU/Linux nebo Apple Mac OS (či s dalšími UNIXovými systémy), tak se s tímto způsobem značení diskových jednotek nesetkáme. Souborový systém je tvořen hlavním kořenovou složkou (označena "/"), který se skládá z jednotlivých složek s tím, že daná složka může představovat složku na systémovém disku nebo i jinou diskovou jednotku. Situace tedy může vypadat například následovně:

• / ... systém
• /home ... oddíl s uživatelskými daty
• /swap ... oddíl s virtuální pamětí
• /zaloha ... pevný disk se zálohou dat

Soubor

Soubor je základním objektem, který slouží k ukládání dat na záznamová média. Mohli bychom jej definovat jako množinu logicky souvisejících prvků a může reprezentovat aplikaci, nebo představovat určitá data.

Název souboru se skládá ze dvou zákadních částí: jméno (charakterizující obsah) a přípona (charakterizující typ souboru), která je od jména oddělena tečkou. Název by měl co nejlépe charakterizovat jeho obsah, avšak při volbě názvu je třeba se držet určitých pravidel. Ty závisí na použitém operačném systému. V operačním systémů MS DOS jsme byli omezeni osmi znaky pro název a třemi znaky pro příponu (navíc bylo možné použít pouze znaky anglické abecedy a některé speciální znaky, jako například podtržítko). V aktuálně používaném operačním systému MS Windows 7 jsou pravidla pro pojmenování souboru mnohem svobodnější. název souboru může obsahovat až 260 znaků (včetně kompletní cesty k souboru) a nesmí obsahovat následující znaky: \ / ? : * " < > .

Znaky ? a * můžeme používat v různých příkazech nebo při vyhledávání pro nejednoznačnou specifikaci souboru. Znak * zastupuje libovolný počet znaků a znak ? zastupuje jeden libovolný znak.

Přípony souborů (File Extensions)

Přípona souboru je nepovinnou částí názvu souboru, která je od jména oddělena tečkou. Přípona obsahuje nejčastěji 3 nebo 4 znaky, které charakterizují typ souboru.

Typ souboru	Přípona souboru
Spustitelný soubor	exe (executable file) bat (batch file) – dávkový soubor
Textový dokument	txt (neformátovaný textový soubor) rtf (rich text format) doc (Dokument MS Word 2003 a starší) docx (dokument MS Word 2007 a novější) odt (dokument OpenOffice Writer) pdf (Portable Document Format)
Tabulka	xls (Dokument MS Excel 2003 a starší) xlsx (dokument MS Excel 2007 a novější) ods (dokument OpenOffice Calc)
Prezentace	ppt (Dokument MS PowerPoint 2003 a starší) pptx (dokument MS PowerPoint 2007 a novější) odp (dokument OpenOffice Impress)
Grafický soubor (obrázek)	jpg, jpe, jpeg (Joint Photographic Experts Group) gif (Graphical Interchange Format) png (Portable Network Graphics) bmp (Bitmap file) pcx (PC Paintbrush format) tif, tiff (Tag Image File Format)
Zvukový soubor (audio)	mp3, mpeg3 (MPEG Audio Layer 3) wav (Waveform sound) mid (Musical Instrument Digital Interface – MIDI) aac, mp4 (komprese MPEG 4) wma (Windows Media Audio od společnosti Microsoft)
Multimediální formáty (audio/video)	mpg, mpeg (Moving Picture Experts Group) avi (Audio Video Interleaved) asf (Advanced Streaming Format) qt, mov (QuickTime) mp4 (komprese MPEG 4) wmv (Windows Media Video od Microsoftu) webm (Google WebM)
Archivní soubory (komprimované)	zip, rar, arj, gz, gzip, ...
Další formáty	ttf (True Type Font) dwg (Autocad Drawing) dll (Dynamic Link Library – dynamická knihovna)

Asociace

Asociace je využití  přípony souboru k vyvolání akce, která je s touto příponou spojena (např. soubor s příponou XLS spuštění aplikace MS Excel a automatické načtení toho souboru). Při nastavování asociace je však nutné si dát pozor, aby daná aplikace podporovala požadovaný formát souboru.

Složka

Složka (nebo podsložka) je prostor na disku, který může obsahovat soubory nebo další (pod)složky. Složky tvoří hierarchickou strukturu a pro jejich názvy platí stejná pravidla jako pro soubory s tím rozdílem, že nevyužíváme příponu.

Složka nejvyšší úrovně na disku se označuje pojmem kořenová složka (root). U operačního systému je označena písmenem jednotky a lomítkem (např. "c:\"), v případě operačního systému Linux je označena lomítkem ("/") a označuje kořenovou složku systémového disku.

V jedné složce se nesmí vyskytovat dvě složky nebo dva soubory se stejným názvem, avšak může nastat situace, kdy jsou dva stejné názvy v různých složkách.

Zástupce

Zástupce je soubor s odkazem na jinou složku nebo jiný soubor soubor (jakási „zkratka“ k jeho nalezení) neobsahuje data ani program.

Cesta

Cesta určuje přesné umístění souboru ve stromové struktuře složek. Je dána jmény jednotlivých do sebe zanořených složek oddělených oddělovacím znakem. Jako oddělovací znak se používá \ v případě operačního systému MS DOS nebo MS Windows a / v případě operačního systému GNU/Linux nebo Mac OS X.

Cestu lze zapsat dvěma způsoby:

• absolutní (úplnou) – začíná vždy kořenovou složkou, příp. i označením disku - např: C:\Dokumenty\Záloha\photo.jpg
• relativní (neúplnou) – začíná aktuální složkou - . aktuální složka, - .. rodičovská (nadřazená) složka, např: recenze.doc (nebo .\recenze.doc)

Organizace dat na disku

Základní pojmy:

• Cluster (klastr, alokační jednotka) – nejmenší logická datová jednotka na disku, která je tvořena několika bloky (viz. níže uvedený obrázek) - počet sektorů v clusteru souvisí s kapacitou disku. Čím větší je disk, tím větší bývá i velikost clusteru - i když uložíme na disk soubor o velikosti jen 1 B, obsadíme tím ve skutečnosti celý cluster.

• Master Boot Record (MBR) – uložen v nultém sektoru nulté stopy disku, má dvě části: tabulku oblastí (partition table) a zaváděcí záznam. Je to krátký program spouštěný BIOSem při startu počítače, jeho úkolem je načíst tabulku oblastí a najít aktivní oblast (tu, z níž se načte systém).
• Virtuální paměť – slouží ke „zvětšení“ kapacity operační paměti. Pokud systém potřebuje více paměti než je dostupná fyzická paměť RAM, jsou do souboru virtuální paměti na pevném disku odkládány právě nepoužívané paměťové bloky. Jde však pouze o "nouzové" řešení nedostatku paměťi, protože přístup k pevnému disku je mnohem pomalejší než k paměti RAM. U operačního systému MS Windows je virtuální paměť reprezentována souborem pagefile.sys, který je obvykle umístěn na systémovém oddílu pevného disku (pokud nenastavíme jinak). V případě operačního systému GNU/Linux je pro virtuální paměť používán samostatný diskový oddíl, který je většinou pojmenován /swap.
• Defragmentace – neustálá práce se soubory na pevném disku (ukládání, mazání) má za následek, že uložené soubory jsou „rozkouskovány“ na několik částí. Defragmentace roztroušené kousky souborů uspořádá tak, aby obsah jednotlivých souborů byl uložen co nejvíce pohromadě (např. v po sobě jdoucích clusterech), čímž se urychlí práce s těmito soubory.

Typy souborových systémů (FAT, NTFS, EXT2, EXT3)

• Systém souborů se skládá ze dvou částí – sada souborů obsahující vlastní uložené informace (data a programy) a struktura adresářů obsahující informace o souborech.

FAT (File Allocation Table)

Souborový systém FAT se objevil v předchůdci operačního systému MS DOS a po určitých modifikacích se používá dodnes. Výhodou tohoto souborového systému je jeho použitelnost ve většině operačních systémů (např. MS Windows, GNU/Linux, Mac OS X), nevýhodou je omezení na velikost pevného disku a na maximální velikost souboru. Základní varianty tohoto souborového systému shrnuje níže uvedená tabulka.

Souborový systém	Velikost svazku	Maximální velikost souboru
FAT12	do 16 MB	4 GB
FAT16	16 MB až 2 GB
FAT32	512 MB až 2 TB

Struktura FAT:

• Hlavní spouštěcí záznam a spouštěcí záznam rozšířeného oddílu
• Spouštěcí záznam svazku
• Alokační tabulka souborů
• Kořenový adresář
• Clustery (jednotlivé alokační jednotky v datové oblasti)
• Diagnostické cylindry pro čtení a zápis

NTFS (New Technology File System) – umožňuje definovat přístupová práva pro jednotlivé soubory a adresáře

Souborový systém NTFS je nativním souborovým systémem operačních systému řady Windows NT/2000/XP/Vista/7 (nebyl brán přílišný ohled na zpětnou kompatibilitu).

Tento souborový systém podporuje názvy souborů o délce až 255 znaků. Velikost jednoho souboru či oddílu až 16 EB (exabytů = miliard GB) a narozdíl od souborového systému FAT podporuje šifrování souborů a možnost definice uživatelských práv.

Ext3

Nativní souborový systém v operačním systému GNU/Linux. Velikost souboru může být maximálně 2TB a velikost oddílu 32 TB. Kromě souborového systému Ext3 se v operačním systému GNU/Linux můžeme setkat například se souborovými systémy ReiserFS, Reiser4, XFS nebo JFS.

ExFAT

Souborový systém ExFAT je nástupcem souborového systému FAT s tím, že odstraňuje jeho hlavní nevýhody - omezení velikosti diskového oddílu a omezení velikosti souboru. Velikost souboru je zde omezena na 16 EB (exabytů = miliard GB) a velikost oddílu na 128 EB (exabytů = miliard GB) .

Tento souborový systém je patentován společností Microsoft, ale můžeme jej použít ve většině dnešních operačních systémů. Narozdíl od souborového systému NTFS je cílen spíše na použití u přenosných zařízení pro ukládání dat (např. flash disky nebo paměťové karty).

Podpora jednotlivých souborových systémů v operačních systémech

Otázky

1. Co je to soubor a jaké přípony může mít?
2. Vysvětlete pojem asociace.
3. Jak se používá virtuální paměť?
4. K čemu slouží defragmentace?
5. Jaký je rozdíl mezi FAT32 a NTFS?