ระบบปฎิบัติการ ปวส

บทท่ี 8 การจดั การแฟม้ ขอ้ มูล File Management

การจดั การแฟม้ ขอ้ มลู• หน้าที่สาคัญของระบบปฏิบัติการ คือ การจัดการแฟ้มข้อมูล (File Management) ซง่ึ เปน็ การช่วยอานวยความสะดวกแก่ผู้ใช้งานในการเรียกใช้ แฟม้ ขอ้ มลู ต่างๆ และทาใหผ้ ใู้ ช้มคี วามเป็นอิสระจากอุปกรณ์• ผู้ใช้งาน (User) สามารถเรียกใช้คาสั่งเพ่ือดาเนินการต่างๆ กับแฟ้มข้อมูลได้ เช่น สร้างแฟ้มข้อมูล (Create), เปิดแฟ้มข้อมูล (Open) หรือลบ แฟ้มขอ้ มูล (Delete)

แฟม้ ขอ้ มลู (File)• แฟ้มข้อมูล (File) หมายถึง ส่ิงท่ีบรรจุข้อมูลต่างๆ ไว้ด้วยกัน โดยมีการจัด โครงสร้าง และแต่ละแฟ้มข้อมูลจะมีลักษณะเฉพาะหรือลักษณะประจาของ แฟ้มข้อมูล เช่น ช่ือแฟ้มข้อมูล ชนิดของแฟ้มข้อมูล ขนาดของแฟ้มข้อมูล โดย ลักษณะเหล่าน้ีจะเป็นประโยชน์ในการป้องกัน การรักษาความปลอดภัย และ การควบคมุ การใช้งานแฟม้ ข้อมลู• ในการอ้างถึงตาแหน่งท่ีอยู่ของแฟ้มข้อมูล ผู้ใช้ไม่จาเป็นต้องอ้างถึงเลขท่ีอยู่เชิง กายภาย (Physical Address) ที่บรรจุแฟ้มข้อมูลนั้นโดยตรง แต่ สามารถระบุช่ือทางตรรกะของแฟ้มข้อมูล (Logical filename) ซึ่งเป็นชื่อ แฟม้ ขอ้ มลู สาหรบั ให้ผู้ใชเ้ รยี กใช้งานได้อยา่ งสะดวก

แฟม้ ข้อมลู (File)• ระบบปฏิบัติการจะเข้ามาจัดการส่ง (map) จากแฟ้มข้อมูลเชิงตรรกะไปยัง แฟ้มข้อมูลเชิงกายภาพ รวมถึงการเรียก system call เพื่อสร้างแฟ้มข้อมูล, ลบแฟ้มข้อมลู , อ่าน/เขยี นแฟม้ ข้อมูล

ไดเรกทอรแี ฟม้ ขอ้ มูล• ไดเรกทอรี (Directories) เปน็ ท่ีเก็บรวบรวมช่ือของแฟ้มข้อมูล และข้อมูลที่ สาคญั ของแฟ้มข้อมลู• โดยมวี ตั ถปุ ระสงคส์ าคัญคือ เพม่ิ ประสิทธิภาพการทางานของระบบ และความ สะดวกสาหรับผู้ใช้ ด้วยการช่วยให้ผู้ใช้สามารถเข้าถึงแฟ้มข้อมูลที่ต้องการได้ อย่างรวดเร็วมากขนึ้• รวมถงึ ชว่ ยให้ผใู้ ช้สะดวกสบายในการใช้แฟ้มข้อมูล ท้ังการต้ังช่ือแฟ้มข้อมูล การ จัดกลุ่มแฟ้มขอ้ มูลตามความต้องการของผใู้ ช้

ไดเรกทอรแี ฟม้ ขอ้ มลู• โดยทว่ั ไป ไดเรกทอรปี ระกอบดว้ ยขอ้ มูลต่างๆ ดงั น้ี o ข้อมลู พืน้ ฐาน (Basic information) เป็นข้อมูลพ้ืนฐานท่ัวไปของแฟ้มข้อมูล เช่น ช่ือแฟ้มข้อมูล และชนิดของ แฟม้ ขอ้ มลู o ขอ้ มูลเลขที่อยู่ (Address information) เป็นข้อมูลเก่ียวกับเลขที่อยู่ของแฟ้มข้อมูล ได้แก่ ตาแหน่งเริ่มต้นของ หนว่ ยความจาสารองทีเ่ ก็บแฟม้ ข้อมลู นี้, ขนาดของแฟ้มขอ้ มูล

ไดเรกทอรแี ฟม้ ขอ้ มลูo ข้อมูลการควบคุมการเข้าถงึ (Access control information) เป็นข้อมูลท่ีระบบใช้ในการควบคุมการเข้าถึงแฟ้มข้อมูลน้ันๆ เช่น ช่ือเจา้ ของแฟม้ ข้อมูล สทิ ธใิ นการเข้าถึงแฟม้ ขอ้ มลูo ขอ้ มลู การใช้งาน (Usage information) เป็นข้อมูลเกี่ยวกับการใช้งานแฟ้มข้อมูลน้ันๆ เช่น วันที่ใช้งานแฟ้มข้อมูลอาจเป็นวันท่ีทาการสร้างแฟ้มข้อมูล วันที่ทาการเข้าถึงแฟ้มข้อมูลล่าสุด วันที่ทาการแก้ไขแฟ้มขอ้ มลู ล่าสุด วนั ท่ีทาการเรยี กใชง้ านแฟม้ ข้อมูลล่าสดุ

ไดเรกทอรแี ฟม้ ขอ้ มูล• ตัวอยา่ งการนาไดเรกทอรีไปใชใ้ นการดาเนินการกับแฟ้มข้อมลู o การค้นหาแฟ้มข้อมูล (search) เม่ือผู้ใช้หรือโปรแกรมเรียกใช้แฟ้มข้อมูลใด ระบบต้องคน้ หาแฟม้ ขอ้ มลู นนั้ จากไดเรกทอรี o การสร้างแฟ้มขอ้ มลู (create file) เม่ือมีการสร้างแฟ้มข้อมูลใหม่ ระบบต้อง บันทึกลักษณะประจาและข้อมลู ต่างๆ ของแฟม้ ขอ้ มูลนั้น เพิม่ เขา้ ไปในไดเรกทอรี o การลบแฟ้มข้อมูล (delete file) เมื่อมีการลบแฟ้มข้อมูล รายการของ แฟ้มข้อมูลจะต้องถูกลบออกจากไดเรกทอรี และเม่ือมีการค้นหาก็จะไม่พบ แฟม้ ขอ้ มลู นอี้ กี ต่อไป o การเปลย่ี นแปลงแฟม้ ข้อมลู (update file) เมื่อต้องการเปลีย่ นแปลงลักษณะ ประจาต่างๆ ของแฟ้มข้อมูล สามารถทาได้โดยการเปลี่ยนแปลงรายการใน ไดเรกทอรี

ตวั อย่างโครงสร้างของไดเรกทอรี• ตวั อย่างโครงสร้างของไดเรกทอรี o ไดเรกทอรีระดบั เดยี ว (Single-level directory) o ไดเรกทอรสี องระดบั (Two-level directory) o ไดเรกทอรีแบบต้นไม้ (Tree-structured directory)

ไดเรกทอรรี ะดบั เดยี ว• ไดเรกทอรีระดับเดียว (Single-level directory) เป็นไดเรกทอรีท่ีมี โครงสร้างง่ายที่สุด โดยแฟ้มข้อมูลทุกแฟ้มจะถูกรวบรวมไว้ในระดับเดียวกัน ทงั้ หมด• ทาใหไ้ มส่ ะดวกสาหรับระบบที่มผี ้ใู ช้หลายคน เนอ่ื งจากผู้ใชแ้ ต่ละคนมีแฟ้มข้อมูล จานวนมาก และเป็นแฟ้มข้อมูลหลากหลายชนิด เม่ือนามาเก็บรวมกันไว้ใน ระดับเดยี วกัน ทาใหไ้ มส่ ะดวกในการคน้ หาแฟม้ ข้อมูลทผ่ี ู้ใช้ต้องการ• อาจเกิดปัญหาในการสร้างแฟ้มข้อมูลมีช่ือเดียวกับแฟ้มข้อมูลที่มีอยู่แล้ว เป็นผล ใหเ้ กิดการเขยี นทับแฟม้ ขอ้ มลู เดมิ ทาใหข้ อ้ มลู เดมิ เกิดสญู หายได้

ไดเรกทอรรี ะดบั เดยี ว

ไดเรกทอรสี องระดบั• ไดเรกทอรีสองระดับ (Two-level directory) เป็นโครงสร้างไดเรกทอรีที่ แก้ไขปญั หากรณีช่อื แฟม้ ข้อมูลตรงกันของไดเรกทอรรี ะดับเดยี ว• โดยจะกาหนดให้ผู้ใช้แต่ละคน สามารถสร้างไดเรกทอรีย่อยของตนเอง (sub directory) โดยท่ีแต่ละไดเรกทอรีย่อยอยู่ภายใต้ไดเรกทอรีราก (root directory) เดียวกนั ดังนั้นภายในไดเรกทอรยี อ่ ยของผู้ใช้แต่ละคน สามารถ กาหนดชอื่ แฟ้มขอ้ มลู ได้ตามความตอ้ งการ• อาจเกดิ ปญั หาในกรณีทีผ่ ใู้ ชม้ แี ฟม้ ข้อมูลหลายประเภท เช่น แฟ้มข้อมูลงานวิจัย (research.doc) แฟ้มข้อมูลคะแนน (score.xls) แฟ้มข้อมูลการสอน (lecture.ppt) การใช้ไดเรกทอรีสองระดับ ทาให้แฟ้มข้อมูลทุกแฟ้ม ต้องถูก จดั เก็บในระดบั เดียวกนั

ไดเรกทอรสี องระดบั

ไดเรกทอรแี บบตน้ ไม้• โครงสรา้ งไดเรกทอรีสองระดับ แม้จะแก้ปัญหาความซา้ ซ้อนของชื่อแฟ้มข้อมูลใน ระบบที่มีผู้ใช้หลายคนได้แล้ว แต่ยังเกิดปัญหาในกรณีที่ผู้ใช้แต่ละคนมี แฟ้มขอ้ มลู จานวนมาก• ไดเรกทอรีแบบต้นไม้ (Tree-structured directory) เป็นการจัด โครงสร้างของไดเรกทอรี โดยกาหนดให้ผู้ใช้แต่ละคนสามารถแยกกลุ่มของ แฟ้มขอ้ มลู ตามงานท่ที า หรอื ตามความตอ้ งการ• โดยทาการรวบรวมแฟ้มข้อมูลแต่ละกลุ่มไว้ภายใต้ไดเรกทอรีท่ีแยกจากกัน คือ ใหม้ ไี ดเรกทอรยี ่อยภายใต้ไดเรกทอรแี ฟม้ ข้อมลู ของผใู้ ชแ้ ตล่ ะคนได้• ในการอา้ งถึงแฟ้มข้อมูล จาเปน็ ต้องระบทุ ีอ่ ยูข่ องแฟม้ ข้อมลู นั้นๆ ให้ถกู ต้อง

ไดเรกทอรแี บบต้นไม้

การจดั ระเบยี บและการเขา้ ถึงแฟม้ ขอ้ มลู• การจัดระเบียบแฟ้มข้อมูล (File Organization) หมายถึง การจัด โครงสรา้ งทางตรรกะของแฟ้มข้อมูล ที่ได้มีการรวบรวมระเบียนหรือเรคคอร์ดไว้ ในแฟม้ ขอ้ มูล• เม่ือผู้ใช้ต้องการใช้ข้อมูลเหล่านั้น ผู้ใช้ต้องเข้าถึงแฟ้มข้อมูลในรูปแบบท่ี สอดคล้องกบั การจัดระเบียบแฟม้ ข้อมลู นั้นๆ โดยรปู แบบการเขา้ ถึงแฟม้ ขอ้ มูล o การเข้าถึงแบบลาดับ (Sequential access) ซ่ึงต้องมีการอ่านข้อมูลตั้งแต่ต้น ระเบียนแรกของแฟม้ ข้อมลู จนกระท่งั ถึงระเบยี นขอ้ มูลทีต่ ้องการ o การเข้าถึงโดยตรง (direct access) ท่ีมีการเข้าถึงเลขที่อยู่ระเบียนท่ีต้องการ โดยตรง o การเข้าถึงแบบสุ่ม (random access) ที่มีการใช้วิธีการต่างๆ ในการหาตาแหน่ง ของระเบยี นที่ต้องการ

โครงสรา้ งระบบแฟม้ ขอ้ มูล• แฟม้ ขอ้ มูลต้องถกู จัดเกบ็ ลงบนสื่อบันทกึ ข้อมลู สอ่ื ทน่ี ิยมใช้ คือ ดสิ ก์ (disk)• ในการออกแบบระบบแฟ้มข้อมูลทีม่ ีประสทิ ธิภาพ และอานวยความสะดวกให้แก่ ผ้ใู ช้ ระบบปฏิบัติการจาเป็นต้องกาหนดให้ระบบแฟ้มข้อมูลสามารถจัดเก็บและ เรียกใชข้ ้อมลู ตา่ งๆ ได้งา่ ย• โดยแบ่งโครงสร้างการทางานของระบบแฟ้มข้อมูลออกเป็น 4 ระดับ แต่ละ ระดับถูกออกแบบให้ใช้คุณสมบัติของระดับที่อยู่ต่ากว่าในการสร้างคุณลักษณะ ใหม่ เพอื่ ใหร้ ะดบั ทอ่ี ยู่สงู กวา่ นาไปใช้งานตอ่ ไป

การแบง่ ระดบั ของระบบแฟม้ ขอ้ มลู• Application Program คอื โปรแกรมท่ีนาไปใช้งาน เชน่ MS Word, Game• Devices คอื อุปกรณท์ เี่ ก็บข้อมลู หรอื แฟ้มข้อมลู ถูกควบคุมโดย Device Driver

โครงสรา้ งระบบแฟม้ ขอ้ มูล• I/O Control เป็นระบบแฟ้มข้อมูลระดับล่างสุด ท่ีประกอบด้วย โปรแกรม ขับอุปกรณ์ (device driver) และชุดคาสั่งเร่ืองขัดจังหวะ เพ่ือทาหน้าท่ี สง่ ผ่านข้อมลู ระหวา่ งหนว่ ยความจาหลักและอุปกรณ์• Basic File System ประกอบด้วยคาสั่งท่ีสัง่ ใหโ้ ปรแกรมขับอุปกรณ์ทาการ อา่ น/เขียนขอ้ มูลบนอุปกรณ์• File-organization Module ทาหน้าที่แปลงเลขที่อยู่เชิงตรรกะของบล็อค เป็นเลขที่อยู่เชิงกายภาพท่ีบรรจุข้อมูล และทาหน้าที่จัดการพ้ืนที่ว่างของ อปุ กรณ์• Logical File System มีหน้าที่เชื่อมระบบปฏิบัติการกับผู้ใช้ ป้องกัน ข้อมูล และรกั ษาความปลอดภัยของขอ้ มลู

โครงสร้างระบบแฟม้ ขอ้ มูล• เมื่อผู้ใช้ต้องการเข้าถึงอุปกรณ์ต่างๆ (Devices) ด้วยการเขียนข้อมูลลง อุปกรณ์ หรืออ่านข้อมูลท่ีถูกจัดเก็บบนอุปกรณ์ต่างๆ ผู้ใช้สามารถทาได้ด้วย การเรียกใช้โปรแกรมประยุกต์ (Application program) ท่ีส่งผ่านความ ต้องการของผู้ใช้ผ่านไปตามระดับช้ันต่างๆ ของระบบแฟ้มข้อมูล เพ่ือให้ได้งาน ตามทีผ่ ูใ้ ชต้ ้องการ• เช่น เมื่อโปรแกรมประยุกต์ เช่น โปรแกรมเอดิเตอร์ ต้องการสร้างแฟ้มข้อมูล ใหม่ (create) โปรแกรมประยุกต์จะเข้าไปทางานท่ีระดับของ Logical file system ด้วยการอ่านไดเรกทอรีของดิสก์ และนาไปไว้ท่ีหน่วยความจา หลัก จากนั้นทาการเปลี่ยนแปลง (update) ไดเรกทอรีด้วยการเพ่ิมรายการ ใหม่ท่ีประกอบไปด้วย ลักษณะเฉพาะของแฟ้มข้อมูลที่ต้องการสร้าง แล้วจึง บันทึกไดเรกทอรีท่ถี ูกเปลย่ี นแปลงกลบั ลงดสิ ก์

โครงสรา้ งระบบแฟม้ ขอ้ มลู• จากนั้นทางานต่อไปท่ีระดับของ Logical file system ด้วยการเรียก File-organization module ท่ีจะแปลงเลขท่ีอยู่เชิงตรรกะของดิสก์บล็อค เป็นเลขที่อยเู่ ชิงกายภาพของดสิ กบ์ ล็อค รวมถึงจดั การหาที่ว่างบนดิสก์• ข้อมูลต่างๆ จะถูกส่งต่อไปยังระดับ Basic file system ท่ีเรียกใช้คาสั่งท่ี จะส่ังให้โปรแกรมขับอุปกรณ์ทาการเขียนข้อมูลลงบนดิสก์บล็อคในระดับ I/O Control system ตอ่ ไป• การทางานระดับ I/O control จะต้องมีการเรียกใช้โปรแกรมขับอุปกรณ์ และโปรแกรมขัดจังหวะ เพ่ือให้ระบบสามารถถ่ายโอนข้อมูลระหว่าง หนว่ ยความจาหลัก และดิสก์ ด้วยการเขียนข้อมูลท่ีต้องการลงบนบล็อคที่มีอยู่ จรงิ บนดิสก์

ความเชอ่ื ถอื ไดข้ องแฟม้ ขอ้ มลู• ระบบแฟม้ ขอ้ มลู ที่ถกู ใช้งาน อาจเกดิ การสูญหาย หรือเสียหายด้วยสาเหตุต่างๆ อันเนื่องมาจากฮารด์ แวร์ ซอฟตแ์ วร์ ภัยธรรมชาติ อุบัติเหตุ• ระบบจาเปน็ ต้องสรา้ งความเช่ือถือได้ของแฟ้มข้อมูลด้วยการสารอง (backup) แฟ้มข้อมูลไวใ้ นหนว่ ยความจาสารอง เช่น ดสิ ก์ ซีดีรอม• เมือ่ มีความเสยี หายเกดิ ขนึ้ กบั แฟม้ ขอ้ มลู สามารถนาเอาแฟ้มข้อมูลที่สารองไว้มา ใช้งานตอ่ ไปได้• ดังน้ันถ้าข้อมูลมีการเปล่ียนแปลงบ่อย จาเป็นต้องสารองแฟ้มข้อมูลบ่อยๆ เช่นกัน เพอ่ื ใหแ้ ฟ้มข้อมูลนนั้ เป็นปัจจุบนั มากทส่ี ดุ

ความเชอื่ ถอื ไดข้ องแฟ้มขอ้ มลู• ในการสารองข้อมูลทั้งหมดของระบบอาจต้องใช้เวลานานมาก และใช้พ้ืนที่ หน่วยความจาสารองขนาดใหญ่ ดังนั้นระบบต้องพิจารณาว่า• จะทาการสารองแฟ้มข้อมูลทั้งหมด หรือสารองเฉพาะบางส่วนของแฟ้มข้อมูล เทา่ นน้ั หรืออาจพจิ ารณาให้มีการบีบอัดแฟ้มข้อมูลกอ่ นทจ่ี ะทาการสารอง• พิจารณาความเหมาะสมของเวลาและความถ่ีในการสารองแฟ้มข้อมูล เน่ืองจาก ขณะที่ทาการสารองแฟ้มข้อมูล ระบบต้องหยุดทางานชั่วขณะ และไม่สามารถ เรยี กแฟม้ ข้อมูลนนั้ ได้• ถ้าสารองแฟ้มข้อมูลบ่อยเกินไป จะทาให้ระบบเสียเวลาทางาน แต่ถ้าสารอง แฟม้ ขอ้ มลู เป็นระยะเวลาทห่ี ่างกนั มากเกนิ ไป จะทาใหข้ ้อมลู ไมเ่ ปน็ ปัจจบุ ัน

ประเภทของการสารองแฟม้ ขอ้ มลูPhysical Dump• เปน็ วิธที ีง่ ่าย หลักการทางานคอื ทาการสารองแฟ้มข้อมูลท้ังหมดของระบบ โดยทา การสารองแฟม้ ขอ้ มูลต้งั แตบ่ ล็อคแรกจนถงึ บลอ็ คสดุ ทา้ ยของแฟม้ ข้อมลู• ข้อเสยี คอื ตอ้ งเสยี เวลา เนือ่ งจากตอ้ งสารองข้อมลู ทกุ บล็อคของดิสก์ ถึงแม้ว่าบล็อค น้ันๆ จะบรรจุแฟ้มข้อมูลที่ไม่มีการเปลี่ยนแปลง หรือบล็อคน้ันไม่มีแฟ้มข้อมูลบรรจุ อยูก่ ็ตามLogical Dump• หลักการทางานคือ ทาการสารองเฉพาะแฟ้มข้อมูลท่ีมีการเปลี่ยนแปลงเท่านั้น ด้วย การพจิ ารณาจากวนั ท่แี ละเวลาของแฟ้มข้อมูลทบ่ี นั ทึกไวใ้ นไดเรกทอรี• วิธีนี้ช่วยให้ระบบใช้เวลาในการสารองข้อมูลน้อยลง และลดพื้นท่ีของส่ือบันทึกข้อมูล (ดิสก)์ ที่ใช้ในการสารองแฟม้ ข้อมูล