Урок: Файловые системы

Основы файловых систем

Файловая система — это метод и структура, используемая операционной системой для хранения и управления файлами на носителях информации, таких как жесткие диски, SSD и флеш-накопители. В этом уроке мы рассмотрим основы файловых систем, их типы и управление файлами и каталогами, включая права доступа.

Основы файловых систем: структура и организация данных

Файловая система определяет, как данные организуются, хранятся и управляются на диске. Основные компоненты файловой системы включают:

Файлы и каталоги:

Файл — это логическая единица хранения данных.
Каталог (или папка) — это контейнер для файлов и других каталогов.

Иерархическая структура:

Файловая система организует файлы и каталоги в древовидной структуре.

Блоки и кластеры:

Данные хранятся в блоках или кластерах фиксированного размера.

Метаданные:

Файловая система хранит метаданные, такие как имя файла, размер, права доступа и временные метки.

Пример иерархической структуры файловой системы

├── home
│   ├── user
│   │   ├── documents
│   │   │   └── file1.txt
│   │   └── pictures
│   │       └── photo.jpg
├── var
│   └── log
│       └── syslog
└── etc
    └── config

Типы файловых систем

Существует множество типов файловых систем, каждая из которых имеет свои особенности и преимущества. Рассмотрим некоторые из наиболее распространенных типов файловых систем:

FAT (File Allocation Table):

Разработана для простоты и совместимости.
Используется в основном на съемных носителях (флеш-накопителях).
Ограничения: максимальный размер файла 4 ГБ (FAT32).

NTFS (New Technology File System):

Разработана Microsoft для Windows.
Поддерживает большие файлы и диски.
Функции: журналирование, шифрование, сжатие и управление доступом.

ext3/ext4 (Third Extended Filesystem/Fourth Extended Filesystem):

Разработаны для Linux.
ext4 является улучшенной версией ext3, поддерживает большие объемы данных и высокую производительность.
Функции: журналирование, поддержка больших файлов и дисков, гибкое управление метаданными.

Сравнение файловых систем
| Файловая система | Максимальный размер файла | Максимальный размер диска | Журналирование | Поддержка ОС          |
|------------------|---------------------------|---------------------------|----------------|-----------------------|
| FAT32            | 4 ГБ                      | 2 ТБ                      | Нет            | Windows, Linux, macOS |
| NTFS             | 16 ЭБ                     | 256 ТБ                    | Да             | Windows               |
| ext3             | 2 ТБ                      | 32 ТБ                     | Да             | Linux                 |
| ext4             | 16 ТБ                     | 1 ЭБ                      | Да             | Linux                 |

Управление файлами и каталогами, права доступа

Управление файлами и каталогами:

Создание, удаление, перемещение и переименование файлов и каталогов.
Примеры команд в Linux:

touch file.txt — создание файла.
mkdir directory — создание каталога.
rm file.txt — удаление файла.
rmdir directory — удаление каталога.
mv old_name new_name — перемещение или переименование файла/каталога.
cp source destination — копирование файла/каталога.

Права доступа:

Права доступа определяют, кто может читать, записывать и выполнять файлы.
Три уровня доступа: владелец, группа и остальные пользователи.
Примеры команд в Linux:

chmod — изменение прав доступа.
chown — изменение владельца файла/каталога.
ls -l — отображение прав доступа.

Пример прав доступа в Linux
-rw-r--r-- 1 user group 0 May 29 12:00 file.txt

| Символы  | Значение                   |
|----------|----------------------------|
| -rw-r--r-- | Права доступа к файлу     |
| 1        | Количество жестких ссылок  |
| user     | Владелец файла             |
| group    | Группа владельца           |
| 0        | Размер файла               |
| May 29 12:00 | Дата и время изменения |
| file.txt | Имя файла                  |

Практическое задание

Опишите основные компоненты файловой системы и их функции.
Сравните файловые системы FAT, NTFS и ext4, указывая их основные особенности и области применения.
Напишите команды для создания, удаления, перемещения и переименования файлов и каталогов в Linux.
Объясните, как управлять правами доступа к файлам и каталогам в Linux.

Пример выполнения практического задания

## Задание 1: Основные компоненты файловой системы

### Файлы и каталоги
- **Файлы:** Логические единицы хранения данных.
- **Каталоги:** Контейнеры для файлов и других каталогов.

### Иерархическая структура
- Организация файлов и каталогов в древовидной структуре.

### Блоки и кластеры
- Хранение данных в блоках или кластерах фиксированного размера.

### Метаданные
- Хранение информации о файлах, такой как имя, размер, права доступа и временные метки.

## Задание 2: Сравнение файловых систем

| Файловая система | Максимальный размер файла | Максимальный размер диска | Журналирование | Поддержка ОС          |
|------------------|---------------------------|---------------------------|----------------|-----------------------|
| FAT32            | 4 ГБ                      | 2 ТБ                      | Нет            | Windows, Linux, macOS |
| NTFS             | 16 ЭБ                     | 256 ТБ                    | Да             | Windows               |
| ext3             | 2 ТБ                      | 32 ТБ                     | Да             | Linux                 |
| ext4             | 16 ТБ                     | 1 ЭБ                      | Да             | Linux                 |

### Основные особенности и области применения

- **FAT32:** Используется на съемных носителях (флеш-накопителях) из-за своей простоты и совместимости.
- **NTFS:** Основная файловая система для Windows с поддержкой больших файлов и дисков, журналированием и шифрованием.
- **ext3/ext4:** Основные файловые системы для Linux, поддерживающие большие объемы данных и высокую производительность.

## Задание 3: Команды управления файлами и каталогами в Linux

- Создание файла: `touch file.txt`
- Создание каталога: `mkdir directory`
- Удаление файла: `rm file.txt`
- Удаление каталога: `rmdir directory`
- Перемещение или переименование файла/каталога: `mv old_name new_name`
- Копирование файла/каталога: `cp source destination`

## Задание 4: Управление правами доступа к файлам и каталогам в Linux

- Изменение прав доступа: `chmod`
  - Пример: `chmod 755 file.txt` — устанавливает права `rwxr-xr-x` для `file.txt`.
- Изменение владельца файла/каталога: `chown`
  - Пример: `chown user:group file.txt` — устанавливает владельца `user` и группу `group` для `file.txt`.
- Отображение прав доступа: `ls -l`
  - Пример: `ls -l file.txt` — выводит информацию о правах доступа к `file.txt`.

Этот урок охватывает основные аспекты файловых систем в операционных системах, включая их структуру и организацию данных, типы файловых систем (FAT, NTFS, ext3/ext4), а также управление файлами и каталогами, включая права доступа. Практикуйтесь для лучшего понимания и освоения материала.