計算機概論

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計算機概論

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ファイルシステム

 「ディスクファイルシステム」は、直接的か間接的かに関わらずコンピュータシステムに接続された補助記憶装置、特にハードディスク上にファイルを格納するためのものである。  ディスクファイルシステムとしては、FAT、NTFS、HFS、ext2、 ext3、ext4などがある。  オペレーティングシステム (OS) はファイルシステムを提供している。各OSに使用されるファイルシステムはそれぞれ異なる。

◦ Windows： FAT(File Allocation Table), NTFS(NT File System)

◦ Linux: ext2, ext3,ext4

◦ Mac OS: HFS+, HFSX (Hierarchical File System)

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HDのパーティション

 Windowsで一般的なパーティション構成は、1つのパーティション、いわゆる C: ドライブである。そこにOSもプログラムもデータも全て格納する。  パーティション（あるいはドライブ）を複数用意して、OS用のひとつのパーティション以外をアプリケーション等に割り当てるのが望ましい。  計算機にマルチOSをインストールする際、HDのパーティションが必要である。  一つのパーティションはファイルシステムの一種しかつかえない。（実演）

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Windows のFATファイルシステム

仕様  ディスクの記録単位としてセクタがあり、1以上のセクタ（sector）をまとめてクラスタ(cluster)として管理する。  FATは言わばクラスタ番号による巨大な一次元配列であり、ディスクの最初から最終までのクラスタ番号ごとに、そのクラスタが使用中なのか、空き領域なのかなどの状態を保持する。  FATはディスクの管理上、最重要なデータテーブルであり、もしこの情報が損なわれると、ディスク上のファイル等が正常に読み出せなくなってしまう。

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FATのファイル

ディスク上の1つのファイルは、1つ以上のクラスタの連鎖として管理される。すなわち、あるファイルの最初のクラスタ番号がディレクトリ・エントリに格納されており、ファイルの最初のデータはそのクラスタ番号の領域に格納されている。そして、最初のクラスタ番号に対応するFAT上のエントリは、その次に繋がるクラスタ番号を保持するか、またはそこが最終クラスタであるマークを保持している。

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クイズ



FATのファイルシステムでは、ファイ

ルの保存領域は連続ですか？

(8)

Windows のFATファイルシステム



昔のWindowsのFATシステムではファイル名が8文字

+拡張子3文字までしか扱えない。



FATファイルシステムはFAT12、FAT16、FAT32、

exFATなどの種類がある。



大文字と小文字が区別しない。

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FATファイルシステムの特徴

FAT12 FAT16 FAT32 exFAT

最大ファイルサイズ 32MB 2GB 4GB (NT) 4GB 16EB クラスタサイズ 512byte〜 32KB 512byte 〜 32KB（NT系では64KB） 512byte 〜 32KB 512byte 〜 32MB 最大ファイル数 4,077 65,517 268,435,437 ディレクトリ毎に 2,796,202 最大ボリュームサイズ 32MB 2GB 4GB (NT) 2TiB 8TiB（2KBセクタ） TBU 最大ファイル名長 255文字 255文字

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NT File Systemの特徴

 大容量 ◦ 1ボリューム当たりの推奨最大サイズは、2 TiBであるが、それ以上のファイルシステムも作成可能である（理論上は、264-1クラスタまで可能だが、コンピュータの性能上制限してある）。  検索の高速化 ◦ ファイルの管理はB+木で行われ、大量のファイルが存在していても、検索やアクセス速度の低下が少ない。  長いファイル名 ◦ MS-DOSの「ファイル名 8バイト + 拡張子 3バイト」から、ファイル名・拡張子にとらわれず、Unicodeで最大255文字のファイル名を付けることができるようになった（ドットもファイル名の一部となった）。  POSIXサポート ◦ アメリカ合衆国政府のコンピュータ納入の条件としてPOSIXサポートが必須条項であったため、NTFSはPOSIX.1仕様の環境を提供する。これには、ファイル名やディレクトリ名の大文字と小文字の区別やアクセス権、ハードリンク、互換性を持つタイムスタンプのサポートが含まれる。

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仕様

限度

最大ファイルサイズ（実装上）

16 TiB（Windows 7、Windows Server 2008 R2まで）、 256 TiB（Windows 8、Windows Server 2012[1]）

（理論上） 16 EiB 最大ファイル数 232-1 (4,294,967,295) 最大ファイル名長 255文字最大ボリュームサイズ（実装上）256 TiB （理論上）264-1 クラスタファイル名の文字 Uicode。ただし、/、¥、*、:、?、<、>、"、|は使用不可。

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フラグメンテーション（断片化）

FAT, NTFSなどのファイルシステムという仕組みの性質であるが、データの削除やデータサイズの増減を許容するファイルシステムでは、それら操作時の必要に応じてコンパクションを行わない限り、いずれかの段階でフラグメンテーションが発生する。（実演）

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ファイルの削除と復旧



ファイルを削除するとき、以下のことが行われ。

◦ ファイルを所属するディレクトリの表から削除する。 ◦ ファイルシステムのデータテーブルにファイルの使用領域を解放する。 ◦ 削除されたファイルが以前に使用した記憶領域はそのまま残る。 

ファイルの復旧

◦ 記憶領域のデータをスキャンしてから、削除されるファイルの元々の情報を推定できる。

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テキストファイル

 テキストファイル (Text File) は、文字など文字コードによって表されるデータだけが含まれるファイルのことで、ファイルフォーマットの一種と見なすこともできる。互換性が高く幅広い環境でデータを利用できる利点がある一方、単純な文字だけしか扱えないという制限がある。文字の内部表現  一般的にコンピュータで処理されるすべてのデータは、内部的に数値として扱われる。文字をコンピュータで処理する場合は文字コードが使われる。現在のパソコンではほとんどの場合英数字をASCIIと呼ばれる文字コードで扱い、例えば文字Aは0x41（16進数の41）、Bは0x42になる。  そのため、ASCIIの場合に「ABCD」という文字列を表すファイルを作成すると、内部的には16進数で次のように表される。

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バイナリファイル

 バイナリ (binary) とは二進法のことであるが、コンピュータが処理・記憶するために2進化されたファイルまたはその内部表現の形式（バイナリデータ）のことを指して用いることが多い。  コンピュータが扱うすべてのデータはバイナリデータ（バイトの並び）であり、プレーンテキスト（または単にテキスト）もバイナリデータの一種ではあるが、通常バイナリとテキストは対比して用いられる。テキストとはデータの内容すべてを人間が読んで理解できる (human-readable) もの、バイナリとはそうでないものを指す。

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