Файловая система ISO 9660

Файловые системы CD-ROM

В качестве первого примера рассмотрим файловую систему, применяемую на CD-ROM. Эти системы являются совсем простыми, поскольку они создавались для носителей, запись на которые могла производиться только один раз. Кроме всего прочего, в этих файловых системах отсутствует учет свободных блоков, так как файлы на CD-ROM не могут быть удалены или добавлены после того, как диск уже изготовлен. Ниже мы рассмотрим основные типы файловых систем для CD-ROM и два варианта расширения этих систем.

Файловая система ISO 9660

В 1988 году был принят Международный стандарт ISO 9660, описывающий файловые системы для CD-ROM. Назначений этого стандарта заключалось в том, чтобы любой CD-ROM мог быть прочитан на любом компьютере, независимо от используемых байтового порядка и операционной системы. Как следствие, на файловую систему были наложены определенные ограничения, которые должны были позволить читать эти диски даже самым слабым из использовавшихся тогда операционных систем (таким как MS-DOS).

У CD-ROM нет концентрических цилиндров, как у магнитных дисков. Вместо этого они содержат непрерывную спираль, на которой последовательно размещены все биты (хотя поиск поперек спирали также возможен). Биты вдоль спирали разделены на логические блоки (также называемые логическими секторами) по 2352 байт. Некоторые из этих байтов используются для преамбул, коррекции ошибок и других накладных расходов. Полезная нагрузка в каждом блоке составляет 2048 байт. Аудиодиски содержат специальные разделительные участки между композициями, а также специальные заголовки и концевики для каждой фонограммы, не используемые в CD-ROM, содержащих другие данные. Часто позиция блока в спирали указывается в минутах и секундах. Она может быть преобразована в линейный номер блока, так как каждая секунда содержит 75 блоков.

Каждый CD-ROM начинается с 16 блоков, чья функция не определяется стандартом ISO 9660. Производитель CD-ROM может использовать эту область для размещения загрузчика операционной системы или для другой цели. Следом располагается один блок, содержащий основной описатель тома, в котором хранится некоторая общая информация о CD-ROM. Среди данных, содержащихся в этом блоке, идентификатор системы (32 байт), идентификатор тома (32 байт) идентификатор издателя (128 байт), и идентификатор лица, подготовившего данные (128 байт). Производитель диска может заполнить эти поля произвольным образом, с условием, что он будет использовать только символы верхнего регистра, цифры и очень ограниченное количество знаков препинания, чтобы гарантировать совместимость с различными платформами.

Основной описатель тома также содержит имена трех файлов, в которых могут храниться краткий обзор, уведомление об авторских правах и библиографическая информация соответственно. Кроме того, в этом блоке также содержатся определенные ключевые числа, включающие размер логического блока (как правило, 2048, однако в определенных случаях могут использоваться блоки большего размера, например 4096, 8192 и других степеней двух), количество блоков на CD-ROM, а также дата создания и дата окончания срока службы диска. Наконец, основной описатель тома также содержит описатель корневого каталога, что позволяет найти этот каталог на CD-ROM (то есть определить номер блока, содержащего начало каталога). Начиная с этого каталога, можно определить местонахождение всей остальной файловой системы.

Корневой каталог и все остальные каталоги могут содержать переменное количество записей, в последней из которых установлен специальный бит, помечающий эту запись как последнюю. Сами каталоговые записи также могут иметь переменную длину. Каждая запись содержит от 10 до 12 полей, некоторые из них содержат текст формата ASCII, а другие являются числовыми двоичными полями. Двоичные поля кодируются дважды, один раз в формате, используемом в процессорах типа Pentium (сначала младшие байты, затем старшие), и один раз в формате, используемом в процессоре SPARC (сначала старшие байты, затем младшие). Следовательно, 16-разрядное число занимает 4 байт, а 32-разрядное число 8 байт. Такое избыточное кодирование было использовано при разработке стандарта, чтобы никого не обидеть. Если бы стандарт учитывал только один из способов хранения двоичного числа, тогда сотрудники компаний, в которых применяется другой способ, посчитали бы, что их отнесли к гражданам второго сорта и не приняли бы стандарт. Таким образом, эмоциональное содержание CD-ROM может быть точно измерено в килобайтах потерянного пространства.

Формат каталоговой записи стандарта ISO 9660 показан на рис. 6.26. Поскольку каталоговые записи могут быть переменной длины, первое поле записи представляет собой байт, содержащий длину записи. Во избежание любых двусмысленностей стандартом определено, что старший бит этого байта располагается слева

Записи каталогов могут иметь расширенные атрибуты. Если для каталоговой записи используется это свойство, тогда второй байт содержит длину записи расширенных атрибутов.

Следом располагается номер начального блока файла. Файлы хранятся на диске в виде непрерывных последовательностей блоков, так что размещение файла на диске однозначно определяется начальным блоком и размером, значение которого содержится в следующем поле.

В следующем поле хранятся дата и время записи CD-ROM1. Значения года, месяца, дня, часа, минуты, секунды и временной зоны хранятся в отдельных байтах. Годы отсчитываются от 1900, что означает, что CD-ROM будут страдать от проблемы 2156 года, так как следом за 2155 годом для них наступит 1900 год. Возникновение этой проблемы можно было отложить на 88 лет, приняв за точку отсчета 1988 (год принятия стандарта). Если бы это было сделано, проблему можно было бы отложить до 2244 года

Поле Flags (флаги) содержит несколько различных управляющих битов, один из которых позволяет скрывать запись при отображении каталога (свойство, взятое из MS-DOS), другой разрешает использование расширенных атрибутов, а третий помечает последнюю запись в каталоге. Мы не станем рассматривать здесь остальные биты этого поля. Следующее поле описывает особенности чередования частей файла на диске. Это свойство не используется в простейшей версии стандарта ISO 9660, поэтому оно не будет обсуждаться в данной книге.

Еще одно поле указывает местоположение файла на CD-ROM. Стандарт допускает возможность расположения файла на другом CD-ROM набора. Таким образом, можно создать на одном CD-ROM главный каталог, содержащий все файлы всех остальных CD-ROM набора.

Поле, отмеченное на рис. 6.26 символом L, содержит длину имени файла в байтах. За ним следует само имя файла, состоящее из базового имени (base name на рисунке), точки, расширения, точки с запятой и версии файла в двоичном формате (один или два байта). В базовом имени и расширении могут использоваться прописные символы, цифры от 0 до 9 и символ подчеркивания. Все остальные символы запрещены, чтобы гарантировать, что каждый компьютер сможет работать со всеми файлами на диске. Базовое имя может быть длиной до восьми символов; расширение — до трех символов. Такой выбор был продиктован необходимостью совместимости с системой MS-DOS. Имя файла может встречаться несколько раз, но с различными номерами версий.

Последние два поля не всегда присутствуют. Поле Padding (заполнение) используется для выравнивания размера каталоговои записи до четного количества байтов, чтобы выровнять записи в каталоге по 2-байтовым границам. Если требуется выравнивание, используется нулевой байт. Наконец, функция и размер последнего поля System use (Sys на рисунке) никак не определяются стандартом. В стандарте указывается лишь, что это поле должно состоять из четного числа байтов. В различных операционных системах это поле используется различным образом. Например, Macintosh хранит в этом поле флаги Finder.

Все записи каталога, кроме первых двух, располагаются в алфавитном порядке. Первая запись представляет собой описатель самого каталога. Вторая запись является ссылкой на родительский каталог. В этом смысле эти записи аналогичны каталоговым записям «.» и «..» в UNIX.

Количество каталоговых записей не ограничено. Однако существует ограничение глубины вложенности каталогов. Максимальная глубина вложенности каталогов равна восьми.

Стандартом ISO 9660 определены так называемые три уровня. На уровне 1 применяются самые жесткие ограничения. Имена файлов ограничиваются уже описанной выше схемой 8 + 3, а имена каталогов могут состоять из восьми символов и не могут иметь расширений. Кроме того, уровень 1 требует, чтобы все файлы были непрерывными. Использование этого уровня обеспечивает совместимость CD-ROM с самым широким спектром систем.

Уровень 2 ослабляет ограничение на длину имени. Он позволяет файлам и ката­логам иметь имена до 31 символа, но из того же набора символов.

На уровне 3 используются те же ограничения имен, что и на уровне 2, но ослабляется жесткость требования непрерывности файлов. На этом уровне файл может состоять из нескольких разделов, каждый из которых представляет собой непрерывную последовательность блоков. Одна и та же последовательность блоков может несколько раз встречаться в одном файле и даже входить в несколько различных файлов. Такая организация файловой системы позволяет экономить место на диске.