· если кластер принадлежит некоторому файлу (или каталогу), но не является последним в файле, то запись FAT содержит номер следующего кластера того же файла;
· если кластер свободен, то запись содержит все нули;
· если кластер дефектный (т.е. при проверке диска выяснилось, что данный кластер содержит хотя бы один дефектный сектор), то запись содержит специальное значение FF716 для FAT-12 или FFF716 для FAT-16.
Теперь мы знаем, каким образом в системе FAT хранится информация о размещении сегментированного файла. Номер первого кластера файла хранится в записи каталога, а остальные кластеры можно последовательно определить по записям таблицы FAT.
В каждом каталоге, кроме корневого, первые две записи содержат специальные имена: имя «.» означает сам данный каталог, имя «..» – родительский каталог.
3.6.3. Создание и удаление файла
Чтобы завершить изучение структур данных системы FAT, рассмотрим, как изменяются эти структуры при операциях создания и удаления файла.
Когда ОС выполняет функцию создания файла с заданным именем в заданном каталоге, то она, прежде всего, находит данный каталог в дереве каталогов файловой системы. (Как она его находит – опустим для краткости. Попробуйте разобраться сами.) Прочитав каталог, система проверяет, нет ли в нем уже записи с заданным именем (т.е. нет ли уже такого файла). Если есть, то не установлен ли у этого файла атрибут «только для чтения»? Если установлен, то новый файл создан быть не может, предварительно надо снять атрибут. Если не установлен, то старый файл удаляется. Затем система находит в каталоге свободную запись. Если в каталоге нет свободного места, то он может быть увеличен еще на один кластер, этот факт отражается в таблице FAT. Наконец, найдя свободное место, система заполняет поля записи о новом файле: его имя и расширение, дату и время последнего изменения, атрибуты. Размер и номер первого кластера устанавливаются нулевыми, т.к. файл пока что не содержит данных.
В дальнейшем, при выполнении первой операции записи в файл, система найдет любой свободный кластер по таблице FAT, отметит его в FAT как последний кластер файла, заполнит номер первого кластера в каталожной записи, выполнит запись и занесет количество записанных байт в поле размера файла в каталоге.
При удалении файла прежде всего по каталожной записи проверяется, можно ли его удалить (не установлен ли атрибут «только для чтения»), а затем делаются две вещи:
· первый байт имени удаляемого файла заменяется на специальный символ с кодом E516 (он отображается как русская буква «х»; вероятно, разработчики системы FAT считали, что этот код не может встретиться в имени файла);
· все записи таблицы FAT, соответствующие кластерам удаляемого файла, заполняются нулями, т.е. кластеры объявляются свободными.
Как видно из описанной процедуры, в момент удаления файла его данные не стираются с диска, однако информация о размещении файла портится. Если размер файла превышал один кластер, то нет гарантии, что его удастся восстановить в случае нечаянного удаления, даже если пользователь спохватится сразу же.
3.6.4. Работа с файлами в MS-DOS
Для работы с файлами и каталогами системы FAT в MS-DOS предусмотрен достаточно богатый набор функций. Все они вызываются с помощью команды программного прерывания int 21h, а конкретная функция определяется числом, занесенным в регистр AH. Эти функции позволяют, в частности:
· создавать файл, указывая его полное имя;
· удалять файл;
· изменять атрибуты файла;
· переименовывать файл или перемещать его в другой каталог того же диска[5];
· искать в заданном каталоге все файлы, имена которых соответствуют заданному шаблону (например, шаблону «XYZ??.C*» соответствуют все файлы, имена которых начинаются с «XYZ» и содержат ровно 5 символов, а расширение начинается с буквы «C»);
· создавать и удалять каталоги;
· задавать текущий диск и текущий каталог;
· открывать файл, получая доступ к его данным, и закрывать файл.
В MS-DOS существует два различных набора функций, позволяющих работать с данными файлов. Один из них, основанный на использовании блока управления файлом (FCB), вряд ли кем-то использовался в последние 20 лет, однако сохраняется из соображений совместимости с версией MS-DOS 1.0. Общепринятый метод работы с файлами основан на использовании хэндлов[6].
Чтобы открыть существующий файл, следует вызвать соответствующую функцию, указав в качестве параметров имя файла и желаемый режим доступа (один из трех: только чтение, только запись, чтение и запись). В более поздних версиях MS-DOS появилась также возможность указывать режим разделения, как рассмотрено в п.3.5. Любой файл рассматривается как последовательность байт, а если программа предпочитает рассматривать файл как набор записей, то она должна сама вести пересчет номера записи в смещение (в байтах) от начала файла. Операции чтения и записи всегда выполняются от текущей позиции, которая называется указателем чтения/записи, и приводят к смещению указателя вперед на прочитанное или записанное количество байт. Возможность произвольного доступа к данным обеспечивается операциями перемещения указателя.
Хэндл – это некоторое число, которое система возвращает пользовательской программе при удачном выполнении операции открытия или создания файла. Значение этого числа не играет роли для программы. Важно лишь то, что при последующих обращениях к открытому файлу программа должна передавать этот хэндл системе как указатель на этот файл.
MS-DOS предоставляет вполне достаточный набор функций для работы с открытыми файлами. Сюда включаются функции чтения и записи произвольного числа байт, функция перемещения указателя в произвольную точку файла, функции установки и снятия блокировки фрагментов файла, принудительной очистки кэш-буферов файла (обычно очистка выполняется только при закрытии файла или при нехватке буферов, см. п.2.6.6; принудительная очистка гарантирует немедленное сохранение изменений на диске).
При вызове функции открытия файла можно вместо имени файла указать имя любого символьного устройства, например, «PRN:». При этом также возвращается хэндл, с которым можно выполнять операции записи так же, как если бы этот хэндл указывал на дисковый файл. Разумеется, нельзя открыть принтер для чтения, а также нельзя выполнять перемещение указателя назад.
При запуске любой программы она получает «в подарок» от MS-DOS пять уже открытых хэндлов с номерами от 0 до 4. Из них наиболее важными являются хэндл 0, который по определению указывает на стандартный ввод программы, и хэндл 1 – стандартный вывод. Хэндл 2 означает стандартное устройство для вывода сообщений об ошибках, хэндл 3 – стандартное устройство последовательного ввода/вывода (COM-порт), хэндл 4 – стандартный принтер.
Выше, в п. 2.2, давалось иное определение стандартного ввода и вывода, как устройств, используемых «по умолчанию». Здесь нет противоречия. Компиляторы языков программирования, встречая вызовы процедур ввода/вывода без указания файла, транслируют их в вызовы системных функций MS-DOS с хэндлами, соответственно, 0 или 1.
Если программа запускается из командной строки MS-DOS, то обычно хэндл 0 указывает на клавиатуру (точнее, на устройство CON:), а хэндл 1 – на экран монитора (тоже устройство CON:, но работающее на вывод). Однако пользователь может использовать символы перенаправления стандартного ввода (знак «<») и вывода (знаки «>» и «>>»). Например, программа, запущенная при помощи команды «MY_PROG <INFILE.TXT >PRN» будет использовать в качестве стандартного ввода файл INFILE.TXT, а стандартный вывод направит на принтер. Знак «>>» означает добавление данных в конец файла стандартного вывода, знак «>» – перезапись файла заново. Чтобы выполнить указанное пользователем перенаправление стандартного ввода или вывода, система открывает заданный файл или устройство (а при знаке «>>» еще и выполняет перемещение указателя в конец файла) и обеспечивает доступ к нему из запускаемой программы через стандартный хэндл 0 или 1. Таким образом, работающая программа вообще не знает, какие именно устройства или файлы являются ее стандартным вводом и выводом.
Перенаправление стандартного ввода и вывода может быть выполнено и программой пользователя. Обычно это делается перед тем, как данная программа запускает какую-либо другую программу, передавая ей перенаправленные стандартные хэндлы.
Для обеспечения доступа к открытым файлам MS-DOS использует системные таблицы двух типов.
Таблица SFT (SystemFileTable) содержит записи о всех файлах, в данный момент открытых программами пользователя и самой ОС. Эта таблица хранится в системной памяти, число записей в ней определяется параметром FILES в файле конфигурации CONFIG.SYS, но не может превышать 255.
Если один и тот же файл был открыт несколько раз (неважно, одной и той же программ ой или разными программами), то для него будет несколько записей в SFT.
Каждая запись содержит подробную информацию о файле, достаточную для выполнения операций с ним. В частности, в записи SFT содержатся:
· копия каталожной информации о файле;
· адрес каталожной записи (сектор и номер записи в секторе);
· текущее положение указателя чтения/записи;
· номер последнего записанного или прочитанного кластера файла;
· адрес в памяти программы, открывшей файл;
· режим доступа, заданный при открытии.
Кроме того, в записи SFT содержится значение счетчика ссылок на данную запись из всех таблиц JFT, речь о которых пойдет ниже. Когда этот счетчик становится равным нулю, запись SFT становится свободной, поскольку файл закрыт.
В отличие от единственной SFT, таблицы JFT (JobFileTable) создаются для каждой запускаемой программы, поэтому одновременно может существовать несколько таких таблиц. (А откуда в однозадачной MS-DOS могут взяться одновременно несколько программ? Простейший ответ: когда одна программа запускает другую, то в памяти присутствуют обе. Подробнее см. п. 4.4.3.) Таблица JFT имеет простейшую структуру: она состоит из однобайтовых записей, причем значение каждой записи представляет собой индекс (номер записи) в таблице SFT. Неиспользуемые записи содержат значение FF16. Размер таблицы по умолчанию составляет 20 записей (байт), но может быть увеличен до 255.