Жазбаларға бағытталған файлдық жүйелер

Кіріспе

Деректер жазбалар жиынтығы ретінде сақталанатын файлдық жүйе. Компьютер ғылымында жазбаға бағытталған файлдық жүйе – деректер жазбалар жиынтығы ретінде сақталанатын файлдық жүйе. Бұл байтқа бағытталған файлдық жүйеден өзгеше, онда деректер пішімделмеген байттар ағыны ретінде қарастырылады. Әртүрлі жазба форматтары болуы мүмкін; нақты мәліметтер нақты жүйеге байланысты өзгереді. Жалпы, форматтар тұрақты немесе өзгермелі ұзындықта болуы мүмкін, сондай-ақ әртүрлі физикалық құрылымдары немесе толтыру механизмдері болуы мүмкін; метадеректер жазба ұзындығын анықтау үшін файл жазбаларымен байланыстырылуы немесе деректер жазбаның бір бөлігі болуы мүмкін. Жазбаларға қол жеткізудің әртүрлі тәсілдері қарастырылуы мүмкін, мысалы, жазбаларды реттілікпен, кілт арқылы немесе жазба нөмірі бойынша алуға болады.

Шығу тегі және сипаттамалары

Жазбаларға бағдарланған файлдық жүйелер көбінесе операциялық жүйелермен байланысты, мысалы OS/360 және оның ізбасарлары, сондай-ақ DOS/360 және оның ізбасарлары, және RSX 11 және VMS сияқты орташа деңгейдегі операциялық жүйелер. Дегенмен, олар Input/Output Control System (IOCS) сияқты бағдарламалық құралдарда ертерек пайда болды. Жазбалар, кейде логикалық жазбалар деп аталады, көбінесе блоктарда, кейде физикалық жазбалар деп аталады, біріктіріледі; бұл тікелей қол жеткізілетін және магниттік таспа құрылғылары үшін қалыпты жағдай, бірақ бірлік жазба құрылғыларындағы файлдар әдетте блокталмайды, яғни бір блокқа бір ғана жазба жазылады. Жазбаларға бағдарланған файлдық жүйелер тікелей қол жеткізілетін құрылғылардан басқа құрылғыларда да қолдауға болады. Пункциялық карталар жинағын жазбаларға бағдарланған файл деп қарастыруға болады. Магниттік таспа – біркелкі немесе өзгермелі ұзындығы бар жазбаларды сақтауға болатын ортаның мысалы. Жазбалық файлдық жүйеде бағдарламашы файлда қолданылатын жазбалардың құрылымын жобалайды. Файлға қол жеткізетін барлық қолданбалық бағдарламалар, жазбаларды қосу, оқу немесе жаңарту болсын, жазбалардың құрылымын білуі керек. DOS/360, OS/360 және олардың ізбасарларында дерек жазбасын құрайтын бит үлгілеріне ешқандай шектеу қойылмайды, яғни бөліштердің таңбасы болмайды; бұл басқа бағдарламалық құралдарда әрқашан дұрыс болмайды, мысалы, 301, 501, 601 және 3301 RCA файлдық басқару процессоры (FCP) үшін кейбір жазба түрлері. Файл, файлдық жүйеге файл жасау туралы сұрау жіберілген кезде құрылады. Файл туралы ақпараттың бір бөлігі жасау сұрауымен бірге берілуі мүмкін. Бұл ақпарат файлдағы жазбалардың барлық жазбалары бірдей өлшемде болса, олардың өлшемін көрсетуі мүмкін. Сонымен қатар, спецификация жазбалардың өзгермелі ұзындығы бар екенін және олардың максималды ұзындығын көрсетуі мүмкін. Блоктау коэффициенті, екілік немесе мәтіндік формат және жазбалардың максималды саны сияқты қосымша ақпаратты да көрсетуге болады. Жазбаның тек басын оқуға рұқсат етуге болады; келесі оқу операциясы жазушының бірге топтауды көздеген келесі деректер жинағын (жазбаны) қайтарады. Сондай-ақ, жазбаның тек басына ғана жазуға рұқсат етуге болады. Мұндай жағдайларда жазба екілік нөлдермен немесе бос орындармен толтырылады, файл екілік файл немесе мәтіндік файл ретінде танылғандығына байланысты. Кейбір операциялық жүйелер бағдарламаға жазба форматына тән кітапханалық процедураларды қосуды талап етеді. Бұл бастапқыда өзгермелі ұзындығы бар жазба файлдарын оқитын бағдарлама тұрақты ұзындығы бар файлды оқи алмайды дегенді білдіреді. Мұндай операциялық жүйелер файлдарды бір форматтан екінші форматқа түрлендіруге арналған файлдық жүйе құралдарын ұсынуы керек. Бұл файлды көшіруді қажет етуі мүмкін (қосымша сақтау кеңістігі, уақыт және үйлестіруді талап етеді). Басқа операциялық жүйелер әртүрлі процедураларды қамтиды және файлдың ұйымдастырылуына байланысты орындалу уақытында тиісті процедураны тағайындайды. Екі жағдайда да файлдың тұтастығын қамтамасыз ету үшін деректерді басқаруға арналған кодтың көп бөлігі қорғалған процедураларда ұсынылуы керек. Жазбаларға бағдарланған файлға балама ретінде ағын файлдары бар, онда файлдық жүйе файлды байттардың құрылымдалмаған тізбегі ретінде қарастырады. Қолданбалар жазба құрылымын қолдануы мүмкін, бірақ олар міндетті емес. Бұл тәсіл кітапхананың көлемін және күрделілігін едәуір азайтады және файлдарды сақтау үшін қажетті құралдардың санын азайтады. Ағын ретінде ұсынылған мәтіндік файлдар үшін кең таралған конвенция – жазбаларды бөлу немесе аяқтау үшін жаңа жол бөлігішін пайдалану, әдетте CR, CRLF немесе LF. Алайда, жазба бөлігішін табу үшін процессор уақытының көп жұмсалуы және деректерден жазба бөлігішін алып тастау жиі қажет болмайды. Балама конвенция – әр жазбаға ұзындық өрісін қосу. Жазушы қолданба кез келген жазба құрылымын орнатуға жауапты, ал оқушы қолданба жазбаларды бөліп алуға жауапты.

Record oriented filesystems are frequently associated with mainframe operating systems, such as OS/360 and successors and DOS/360 and successors, and midrange operating systems, such as RSX 11 and VMS. However, they originated earlier in software such as Input/Output Control System (IOCS). Records, sometimes called logical records, are often written together in blocks, sometimes called physical records; this is the norm for direct access and tape devices, but files on unit record devices are normally unblocked, i. e., there is only one record per block. Record oriented filesystems can be supported on media other than direct access devices. A deck of punched cards can be considered a record oriented file. A magnetic tape is an example of a medium that can support records of uniform length or variable length. In a record file system, a programmer designs the records that may be used in a file. All application programs accessing the file, whether adding, reading, or updating records share an understanding of the design of the records. In DOS/360, OS/360, and their successors there is no restriction on the bit patterns composing the data record, i. e. there is no delimiter character; this is not always true in other software, e. g., certain record types for RCA File Control Processor (FCP) on the 301, 501, 601 and 3301. The file comes into existence when a file create request is issued to the filesystem. Some information about the file may be included with the create request. This information may specify that the file has fixed length records (all records are the same size) along with the size of the records. Alternatively, the specification may state that the records are of variable length, along with the maximum record length. Additional information including blocking factor, binary vs. text and the maximum number of records may be specified. It may be permitted to read only the beginning of a record; the next sequential read returns the next collection of data (record) that the writer intended to be grouped together. It may also be permitted to write only the beginning of a record. In these cases, the record is padded with binary zeros or with spaces, depending on whether the file is recognized as a binary file or a text file. Some operating systems require that library routines specific to the record format be included in the program. This means that a program originally expected to read a variable length record file cannot read a fixed length file. These operating systems must provide file system utilities for converting files between one format and another. This means copying the file (which requires additional storage space, time and coordination) may be necessary. Other operating systems include various routines and associate the appropriate routine, based on the file organization, at execution time. In either case, significant amounts of code to manage records must be provided in protected routines to ensure file integrity. An alternative to a Record oriented file is a stream file, in which the file system treats a file as an unstructured sequence of bytes. The applications may, but need not, impose a record structure. This approach significantly reduces the size and complexity of the library and reduces the number of utilities required to maintain files. A common application convention for text files represented as streams is to use a new line delimiter to separate or terminate records, commonly CR, CRLF or LF. Unfortunately, the CPU time required to parse for the record delimiter is significant and the exclusion of the record delimiter pattern from the data is frequently undesirable. An alternate convention is to include a length field in each record. The writer application is responsible for imposing any record structure and the reader application is responsible for separating out the records.

Артықшылықтар мен шығындар

Жазуға бағдарланған файлдың бірнеше артықшылығы бар. Бағдарлама деректерді жиын түрінде жазғаннан кейін, сол деректерді жиын түрінде оқитын бағдарлама оларды түсінеді. Көбінесе файлда бірнеше байланысты жазбалар тізбекпен орналасады; бағдарлама тізбектің басын оқығаннан кейін, келесі оқылымда жазушының біріктіруді көздеген келесі деректер жиыны (жазба) қайтарылады. Тағы бір артықшылығы – жазбаның ұзындығы болады және әдетте дерек жазбасын құрайтын бит үлгілеріне шектеу қойылмайды, яғни, шектеуші белгі болмайды. Әдетте жазбаға бағдарланған файлдармен байланысты белгілі бір шығындар туындайды. Белгілі бір ұзындығы бар жазбаларда кейбір жазбалар бос орынмен толмауы мүмкін, ал өзгермелі ұзындығы бар жазбаларда шекаралағыш немесе ұзындық өрісі орын алады. Өзгермелі ұзындығы бар блоктарда шекаралағыш немесе ұзындық өрісіне байланысты қосымша шығындар болуы мүмкін. Сонымен қатар, құрылғының өзі де қосымша шығындарды тудырады. Магниттік таспада бұл әдетте жазбалар арасындағы бос орын түрінде көрінеді. Белгілі бір ұзындығы бар секторлармен тікелей қолжетімділік құрылғысында блоктың соңғы секторында пайдаланылмаған орын болуы мүмкін. Өзгермелі ұзындығы бар физикалық жазбалары бар тікелей қолжетімділік құрылғысында бұл қосымша шығын әдетте метадеректер және жазбалар арасындағы бос орын түрінде көрінеді. Әр түрлі ұзындықтағы жазбалардан тұратын файлда әр жазбаға байланысты ұзындық метадеректерiнiң көлемiн анықтау үшiн ең үлкен жазба ұзындығы белгіленеді. Жазбаға бағдарланған файл жүйелерiнiң басты артықшылығы – олар бұрынғы уақытта қағазға жазылған файлдарды абстракциялайды. Жазбада белгілі бір объектіге қатысты деректер болуы мүмкін, мысалы, ғимарат, байланыс, қызметкер, бөлшек, орын. Жазбаларды бағдарлау идеясының екінші себебі – бұл мәні бойынша тұрақты сақтау үшін табиғи бағдарлау болып табылады. Көптеген физикалық сақтау құрылғылары тек блоктармен ғана байланыса алады. Қазіргі заманғы операциялық жүйе ядроларының және оған байланысты құрылғы драйверлерінің үлкен бөлігі физикалық сақтау құрылғыларының табиғи түрде құрылымдалған және шектелген (және белгілі бір мағынада блок – бұл жай ғана физикалық жазба) табиғатын жасыруға арналған. Бұл кездейсоқ емес, жазуға бағдарланған файл жүйелерi есептеу тарихында байт ағынына бағдарланған файл жүйелерiнен бұрын пайда болды, ол кезде абстракциялау мүмкiндiктерi әлдеқайда шектеулі болды.

A record oriented file has several advantages. After a program writes a collection of data as a record the program that reads that record has the understanding of those data as a collection. Often a file will contain several related records in sequence; after the program reads the beginning of the sequence, the next sequential read returns the next collection of data (record) that the writer intended to be grouped together. Another advantage is that the record has a length and there is usually no restriction on the bit patterns composing the data record, i. e. there is no delimiter character. There is usually a cost associated with record oriented files. For fixed length records, some records may have unused space, while for variable length records the delimiter or length field takes up space. Variable length blocks may have overhead due to delimiters or length fields. In addition, there is overhead imposed by the device. On a magnetic tape overhead typically takes the form of an inter record gap. On a direct access device with fixed length sectors, there may be unused space in the last sector of a block. On a direct access device with variable length physical records, that overhead typically takes the form of metadata and inter record gaps. On a file composed of varying length records a maximum record length is defined to determine the size of the length metadata associated with each record. A major advantage of record oriented file systems is that they abstract files kept on paper in earlier times. A record might contain data associated with a particular, e. g., building, contact, employee, part, venue. A second motivator for the idea of record orientation is that it is in some sense the more natural orientation for persistent storage on a non volatile but slow physical storage device. Most physical storage devices can communicate only in units of a block. Significant portions of modern operating system kernels and associated device drivers are devoted to hiding the naturally structured and delimited (and in some sense a block is just a physical record) nature of physical storage devices. It is not coincidental that record oriented file systems arose earlier in the history of computing than byte stream oriented file systems, when the capabilities for abstraction were far less.