FILE SYSTEM

Il file system fornisce il meccanismo per la memorizzazione e l’accesso in linea di dati e programmi appartenenti al sistema operativo. Consiste in due parti distinte: un insieme di file e una struttura di directory, che organizza i file nel sistema.
I trasferimenti di Input/Output sul disco sono eseguiti in unità di BLOCCHI, per migliorare l’efficienza. Ogni blocco è costituito da uno o più settori, in Windows si chiamano cluster.
Un file system come operazione di base deve inviare dei generici comandi al driver di dispositivo per leggere e scrivere blocchi fisici su un disco, per esempio disco 2, cilindro 45, settore 12. Gli utenti non sono in grado di utilizzare questi comandi, ma utilizzano nomi per i file e cartelle per indicare la posizione sul disco. Il file system si occupa di “tradurre”, mappare, i comandi che arrivano dall’utente (o meglio dal sistema operativo) in posizioni fisiche, necessarie al controller. In questo modo l’utente non ha bisogno di sapere come è strutturato fisicamente il disco e non deve utilizzare comandi complicati per spostare le testine su una precisa traccia del disco.
Il file system si occupa anche della sicurezza e della protezione. Per esempio, in alcuni sistemi operativi, è possibile indicare chi è il proprietario del file e quali gruppi di persone possono leggere o modificare il file.
Usando termini meno tecnici, si può dire che il file system è quella parte del sistema operativo che si occupa della gestione dei file. Così come ci sono diversi sistemi operativi, esistono anche diversi file system; tutti, però, integrano strutture simili per l’immagazzinamento e la gestione delle informazioni. Queste includono tipicamente il “boot record” per l’avvio del sistema operativo, i file e le directory.
Un file system svolge le seguenti funzioni principali:

1. Distingue lo spazio libero da quello già utilizzato;
   
2. Mantiene la struttura delle directory e i nomi dei file;
   
3. Tiene traccia dei settori in cui le varie porzioni di ogni file sono fisicamente allocate;
   
4. Gestisce le informazioni su memoria di massa dandone una visibilità e una strutturazione logica anziché fisica;
   
5. Identifica i file in modo univoco;
   
6. Fornisce i metodi di accesso per leggere, scrivere e indirizzare i blocchi di informazioni contenuti nei file;
   
7. Fornisce operazioni di gestione dei file: creazione, predisposizione, cancellazione, identificazione;
   
8. Realizza meccanismi di controllo sull’accesso per garantire privatezza e coerenza;
   
9. Nasconde le caratteristiche fisiche dell’unità di memorizzazione;
   
10. Gestisce gli errori e il ripristino da situazioni di malfunzionamento.

Di seguito analizziamo le caratteristiche principali dei più diffusi file system.
FAT
La FAT è il file system tipico di Dos e Windows 95, ma può essere usato anche con Windows NT e OS/2. È caratterizzato dall’uso di una tabella di allocazione dei file (file allocation table), il vero cuore del file system; questa tiene traccia della posizione fisica su disco dei file e dei cluster da essi occupati. I cluster sono costituiti da gruppi di settori, e costituiscono la più piccola unità di memorizzazione delle informazioni (un file deve occupare almeno un cluster, e un cluster non può contenere più di un file).
I file possono essere raggruppati in directory e sottodirectory; quella di primo livello si chiama radice (root directory) e deve essere posizionata in una specifica locazione sul volume. Nei sistemi operativi che utilizzano la FAT, la directory radice è rappresentata dal carattere “\” (back slash, barra inversa), ed è quella visualizzata inizialmente quando viene caricato il sistema operativo.
FAT 32
È il file system integrato nell’ultima versione di Windows 95 (4.00.950B o superiore). Né Dos, né Windows NT, né la prima versione di Windows 95 possono riconoscere i volumi con questo file system. La FAT 32 rappresenta un sensibile miglioramento del tradizionale file system del Dos, in quanto è basato su una tabella di allocazione dei file di 32 bit, invece che di 16.
La prima conseguenza è che supporta volumi di dimensioni molto maggiori (fino a 2 terabyte, cioè 2.000 Gigabyte). Inoltre usa cluster più piccoli (riesce infatti a dividere in cluster da 4 Kbyte volumi ampi fino a 8 Gigabyte) e presenta una directory radice che può avere qualunque dimensione e può essere allocata ovunque. Tutto ciò porta ad una notevole ottimizzazione della gestione dello spazio e dei file.
NTFS
Il sistema NTFS (New Tecnology File System) è caratteristico ed esclusivo di Windows NT. Questo file system è controindicato per l’impiego su dischi di dimensioni inferiori a 400 Mbyte, in quanto usa una gran quantità di spazio per le strutture interne della gestione dei dati. Il cuore del sistema è costituito dalla master file table (MFT); il sistema conserva copie multiple di porzioni critiche di questa speciale struttura dati, così da limitare al massimo il rischio di perdita dei file.
Anche NTFS utilizza i cluster per registrare i file, ma la loro dimensione non dipende da quella del volume su cui sono contenuti; infatti possono essere usati anche cluster di soli 512 byte indipendentemente dalla dimensione del volume in oggetto. Usando i cluster più piccoli si riduce l’ammontare di spazio sprecato e la frammentazione dei file (memorizzazione su cluster non contigui) a tutto vantaggio della velocità di accesso ai dati. Per questo motivo NTFS garantisce ottime prestazioni con i dischi fissi di dimensioni generose. Offre la funzione hot fixing che rileva e marchia automaticamente tutti i settori danneggiati del disco, così da evitare che questi vengano usati erroneamente.
HPFS
High Performance File System, si riferisce al file system tipico del sistema operativo Os/2 di Ibm; è anche supportato dalle versioni meno recenti di Windows NT. Diversamente da quanto accade con la FAT, HPFS ordina le directory basandosi sui nomi dei file e usa una struttura dati più efficiente. Come risultato, l’accesso ai file è spesso più veloce rispetto al file system del Dos e di Windows. Garantisce anche un uso più efficiente dello spazio, in quanto i file vengono allocati in settori anziché in cluster.
EXT2
La sigla Ext2 è l’acronimo di Extended Filesystem 2, il secondo file system  standard di Linux. In Linux non esistono lettere assegnate alle unità logiche: le partizioni sono disposte nell’albero delle directory. Una partizione Ext2 può avere la dimensione massima di 4 TeraByte.
 

Prima che un disco sia formattato può essere diviso in partizioni, ognuna delle quali può contenere un differente file system (formattazione logica), questo è l’argomento del capitolo 5.