Файловая система, ориентированная на записи

В информатике файловая система , ориентированная на записи, — это файловая система , в которой данные хранятся в виде наборов записей . В этом отличие от байт-ориентированной файловой системы, где данные обрабатываются как неформатированный поток байтов . Существует несколько различных возможных форматов записи; детали различаются в зависимости от конкретной системы. В общем, форматы могут иметь фиксированную или переменную длину, с различной физической организацией или механизмами заполнения; метаданные могут быть связаны с записями файла для определения длины записи, или данные могут быть частью записи. Могут быть предусмотрены различные методы доступа к записям, например, записи могут быть извлечены в последовательном порядке , по ключу или по номеру записи.

Происхождение и характеристики

Файловые системы, ориентированные на записи, часто ассоциируются с операционными системами мэйнфреймов, такими как OS/360 и последующие версии. ^[1] и DOS/360 и его преемники , а также операционные системы среднего уровня, такие как RSX-11 и VMS . Однако они возникли раньше в таком программном обеспечении, как система управления вводом/выводом (IOCS). ^[2] Записи, иногда называемые логическими записями, часто записываются в блоки, иногда называемые физическими записями; это норма для устройств прямого доступа и ленточных устройств, но файлы на устройствах единичной записи обычно разблокируются, т. е. в каждом блоке имеется только одна запись.

Файловые системы, ориентированные на записи, могут поддерживаться на носителях, отличных от устройств прямого доступа. Колоду перфокарт можно рассматривать как файл, ориентированный на запись. Магнитная лента является примером носителя, который может хранить записи одинаковой или переменной длины.

В файловой системе записей программист проектирует записи, которые могут использоваться в файле. Все прикладные программы, обращающиеся к файлу, независимо от того, добавляют ли они, читают или обновляют записи, имеют общее представление о структуре записей. В DOS/360, OS/360 и их преемниках нет ограничений на битовые комбинации, составляющие запись данных, т.е. нет символа-разделителя; это не всегда верно для другого программного обеспечения, например, для определенных типов записей для процессора управления файлами RCA (FCP) на 301, 501, 601 и 3301.

Файл появляется, когда файловой системе выдается запрос на создание файла. Некоторая информация о файле может быть включена в запрос на создание. Эта информация может указывать, что файл имеет записи фиксированной длины (все записи имеют одинаковый размер), а также размер записей. Альтернативно, в спецификации может быть указано, что записи имеют переменную длину наряду с максимальной длиной записи. Может быть указана дополнительная информация, включая коэффициент блокировки, двоичный или текстовый формат, а также максимальное количество записей.

Может быть разрешено читать только начало записи; следующее последовательное чтение возвращает следующий набор данных (запись), которые автор записи намеревался сгруппировать. Также может быть разрешено записывать только начало записи. В этих случаях запись дополняется двоичными нулями или пробелами, в зависимости от того, распознается ли файл как двоичный или текстовый файл.

Некоторые операционные системы требуют, чтобы в программу были включены библиотечные процедуры, специфичные для формата записи. Это означает, что программа, изначально предназначенная для чтения файла записи переменной длины, не может читать файл фиксированной длины. Эти операционные системы должны предоставлять утилиты файловой системы для преобразования файлов из одного формата в другой. Это означает, что может потребоваться копирование файла (что требует дополнительного места для хранения, времени и координации).

Другие операционные системы включают в себя различные процедуры и связывают соответствующую процедуру в зависимости от организации файлов во время выполнения.

В любом случае значительные объемы кода для управления записями должны быть предусмотрены в защищенных процедурах, чтобы обеспечить целостность файлов.

Альтернативой файлу, ориентированному на записи, является потоковый файл, в котором файловая система рассматривает файл как неструктурированную последовательность байтов. Приложения могут, но не обязательно, навязывать структуру записи. Такой подход значительно уменьшает размер и сложность библиотеки, а также уменьшает количество утилит, необходимых для обслуживания файлов.

Общепринятым соглашением приложений для текстовых файлов, представленных в виде потоков, является использование строк нового разделителя для разделения или завершения записей, обычно CR , CRLF или LF. К сожалению, время ЦП, необходимое для анализа разделителя записей, является значительным, и исключение шаблона разделителя записей из данных часто нежелательно.

Альтернативное соглашение — включать поле длины в каждую запись. Приложение записи отвечает за введение любой структуры записи, а приложение чтения отвечает за разделение записей.

Преимущества и затраты

Файл, ориентированный на записи, имеет несколько преимуществ. После того, как программа записывает набор данных в виде записи, программа, считывающая эту запись, понимает эти данные как коллекцию. Часто файл содержит несколько связанных друг с другом записей; после того, как программа прочитает начало последовательности, следующее последовательное чтение возвращает следующий набор данных (запись), которые автор записи намеревался сгруппировать. Другое преимущество состоит в том, что запись имеет длину и обычно нет ограничений на битовые комбинации, составляющие запись данных, т.е. нет символа-разделителя.

Обычно файлы, ориентированные на записи, связаны с определенными затратами. Для записей фиксированной длины некоторые записи могут иметь неиспользуемое пространство, тогда как для записей переменной длины разделитель или поле длины занимают место.Блоки переменной длины могут иметь служебные данные из-за разделителей или полей длины. Кроме того, устройство накладывает накладные расходы. На магнитной ленте заголовок обычно имеет форму межзаписного промежутка. На устройстве прямого доступа с секторами фиксированной длины в последнем секторе блока может быть неиспользуемое пространство. На устройстве прямого доступа с физическими записями переменной длины эти издержки обычно принимают форму метаданных и промежутков между записями.

В файле, состоящем из записей различной длины, определяется максимальная длина записи, чтобы определить размер метаданных длины, связанных с каждой записью.

Основным преимуществом файловых систем, ориентированных на записи, является то, что они абстрагируют файлы, хранившиеся в прежние времена на бумаге. Запись может содержать данные, связанные с конкретным объектом, например зданием, контактом, сотрудником, деталью, местом проведения.

Второй мотивацией идеи ориентации записи является то, что в некотором смысле это более естественная ориентация для постоянного хранения на энергонезависимом, но медленном физическом устройстве хранения данных. Большинство физических устройств хранения данных могут обмениваться данными только в блоках. Значительная часть ядер современных операционных систем и связанных с ними драйверов устройств посвящена сокрытию естественно структурированной и ограниченной (и в некотором смысле блок — это просто физическая запись) природы физических устройств хранения данных. Не случайно в истории вычислений файловые системы, ориентированные на записи, возникли раньше, чем файловые системы, ориентированные на потоки байтов, когда возможности абстракции были гораздо меньшими.

См. также

Ссылки

^ z/OS DFSMS с использованием наборов данных, версия 2, выпуск 3 (PDF) , 2 октября 2018 г., SC23-6855-30
^ Справочное руководство, Система управления вводом-выводом IBM 709/7090 (PDF) . ИБМ . п. 3. С28-6100-2 . Проверено 12 сентября 2020 г.

[1] z/OS DFSMS с использованием наборов данных, версия 2, выпуск 3 (PDF) , 2 октября 2018 г., SC23-6855-30

[C28-6100-2] Справочное руководство, Система управления вводом-выводом IBM 709/7090 (PDF) . ИБМ . п. 3. С28-6100-2 . Проверено 12 сентября 2020 г.

[1]

[2]