Файл

У этого термина существуют и другие значения, см. Файл (значения).

Файл (англ. file) — блок информации на внешнем запоминающем устройстве компьютера, имеющий определённое логическое представление (начиная от простой последовательности битов или байтов и заканчивая объектом сложной СУБД), соответствующие ему операции чтения-записи (см. ниже) и, как правило, фиксированное имя (символьное или числовое), позволяющее получить доступ к этому файлу и отличить его от других файлов (см. ниже).

Работа с файлами реализуется средствами операционных систем. Многие операционные системы приравнивают к файлам и обрабатывают сходным образом и другие ресурсы:

• области данных (необязательно на диске);
• устройства — как физические, например, порты или принтеры, так и виртуальные (генератор случайных чисел);
• потоки данных (именованный канал);
• сетевые ресурсы, сокеты;
• объекты операционной системы.

История

Файл перфокарт

Два жёстких диска машины IBM 305

Слово file впервые применено к компьютерному хранилищу в 1950 году. Реклама памяти на запоминающих ЭЛТ фирмы RCA в журнале «Popular Science»^[1] гласила:

…результаты бесчисленных вычислений можно держать «в картотеке» (on file) и получать снова. Эта «картотека» теперь существует в запоминающей трубке, разработанной в лабораториях RCA. Она электрически сохраняет цифры, отправленные в вычислительную машину, и держит их в хранилище, заодно запоминая новые — ускоряя интеллектуальные решения в лабиринтах математики.

В 1952 году слово file отнесли к колоде перфокарт.^[2] Поначалу словом file называли само устройство памяти, а не его содержимое (см. Регистровый файл). Например, диски IBM 350, использовавшиеся, например, в машине IBM 305, назывались disk files.^[3] Системы наподобие Compatible Time-Sharing System ввели концепцию файловой системы, когда на одном запоминающем устройстве существует несколько виртуальных «устройств памяти», что и дало слову «файл» современное значение. Имена файлов в CTTS состояли из двух частей, «основного имени» и «дополнительного имени» (последнее существует и поныне как расширение имени файла).^[4][5]

Файловая система

Основная статья: Файловая система

По мере развития вычислительной техники файлов в системах становилось всё больше. Для удобства работы с ними, их, как и другие данные, стали организовывать в структуры (тогда же появились символьные имена). Вначале это был простой массив, «привязанный» к конкретному носителю информации. В настоящее время наибольшее распространение получила древовидная организация с возможностью монтирования и вставки дополнительных связей (то есть ссылок). Соответственно, имя файла приобрело характер пути к файлу: перечисление узлов дерева файловой системы, которые нужно пройти, чтобы до него добраться.

Файл как объект API операционной системы

Операционная система предоставляет приложениям набор функций и структур для работы с файлами. Возможности операционной системы накладывают дополнительные ограничения на ограничения файловой системы. С точки зрения API файл — объект, по отношению к которому могут быть применены функции этого API. На уровне API уже не существенно, существует ли файл как объект файловой системы или является, например, устройством ввода/вывода.

Свойства файла

В зависимости от файловой системы, файл может обладать различным набором свойств.

Имя файла

В большинстве файловых систем имя файла используется для указания, к какому именно файлу производится обращение. В различных файловых системах ограничения на имя файла сильно различаются: в FAT16 и FAT12 размер имени файла ограничен 8.3 знаками (8 на имя и 3 на расширение); в других системах имя файла ограничено обычно в 255 байт; в NTFS имя ограничено в некоторых ОС 255 символами Unicode (по спецификации — 32 768 символов).

Помимо ограничений файловой системы, интерфейсы операционной системы дополнительно ограничивают набор символов, который допустим при работе с файлами.

• Для MS-DOS в имени файла допустимы только заглавные латинские буквы, цифры. Недопустимы пробел, знак вопроса, звёздочка, символы больше/меньше, символ вертикальной черты.^[6] При вызове системных функций именами файлов в нижнем или смешанном регистре, они приводятся к верхнему регистру.
• Для Windows в имени файла разрешены заглавные и строчные буквы, цифры, некоторые знаки препинания, пробел. Запрещены символы > < | ? * / \ : ".
• Для GNU/Linux (с учётом возможности маскировки) разрешены все символы, кроме / и байта, значение которого равно нулю, то есть 0x00.

Большинство операционных систем требуют уникальности имени файла в одном каталоге, хотя некоторые системы допускают файлы с одинаковыми именами (например, при работе с ленточными накопителями).

Расширение имени файла

Основная статья: Расширение имени файла

Расширение имени файла (часто расширение файла или расширение) как самостоятельный атрибут файла существует в файловых системах FAT16, FAT32, NTFS, используемых операционными системами MS-DOS, DR-DOS, PC DOS, MS Windows и используется для определения типа файла. Оно позволяет системе определить, каким приложением следует открывать данный файл. По умолчанию в операционной системе Windows расширение скрыто от пользователя.

В остальных файловых системах расширение — условность, часть имени, отделённая самой правой точкой в имени.

Атрибуты

В некоторых файловых системах, таких как NTFS, предусмотрены атрибуты (обычно это бинарное значение «да»/«нет», кодируемое одним битом). Во многих современных операционных системах атрибуты практически не влияют на возможность доступа к файлам, для этого в некоторых операционных и файловых системах существуют права доступа.

Название атрибута	перевод	значение	файловые системы	операционные системы
READ ONLY	только для чтения	в файл запрещено писать	FAT32, FAT12, FAT16, NTFS, HPFS, VFAT	DOS, OS/2, Windows
SYSTEM	системный	критический для работы операционной системы файл	FAT32, FAT12, FAT16, NTFS, HPFS, VFAT	DOS, OS/2, Windows
HIDDEN	скрытый	файл скрывается от показа, пока явно не указано обратное	FAT32, FAT12, FAT16, NTFS, HPFS, VFAT	DOS, OS/2, Windows
ARCHIVE	архивный (требующий архивации)	файл изменён после резервного копирования или не был скопирован программами резервного копирования	FAT32, FAT12, FAT16, NTFS, HPFS, VFAT	DOS, OS/2, Windows
SUID	Установка пользовательского ID	выполнение программы от имени владельца	ext2	Unix-like
SGID	Установка группового ID	выполнение программы от имени группы (для каталогов: любой файл созданный в каталоге с установленным SGID, получит заданную группу-владельца)	ext2	Unix-like
Sticky Bit	липкий бит	изначально предписывал ядру не выгружать завершившуюся программу из памяти сразу, а лишь спустя некоторое время, чтобы избежать постоянной загрузки с диска наиболее часто используемых программ, в настоящее время в разных ОС используется по разному	ext2	Unix-like

Время

Для файла могут быть определены временные метки создания, модификации и последнего доступа.

Владелец и группа файла

В некоторых файловых системах предусмотрено указание на владельца файла и группу-владельца.

Права доступа

В некоторых файловых системах предусмотрена возможность для ограничения доступа пользователей к содержимому файла

В UNIX-подобных операционных системах для файлов обычно выделяют три типа прав: на запись, чтение и выполнение.

Каждое право задаётся раздельно для владельца, для группы и для всех остальных. ACL позволяют расширить этот список.

В операционных системах Windows NT при работе с файловой системой NTFS права доступа задаются явно для пользователей или групп (или наследуются от вышестоящих объектов). Права в себя включают право на чтение, запись исполнение, удаление, смену атрибутов и владельца, создание и удаление подпапок (для папок) и чтение прав доступа.

Каждое право может быть задано как разрешением, так и запретом, запрет имеет больший приоритет, чем разрешение.

Операции с файлом

Условно можно выделить два типа операций с файлом — связанные с его открытием, и выполняющиеся без его открытия. Операции первого типа обычно служат для чтения/записи информации или подготовки к записи/чтению. Операции второго типа выполняются с файлом как с «объектом» файловой системы, в котором файл является мельчайшей единицей структурирования.

Операции, связанные с открытием файла

В зависимости от операционной системы те или иные операции могут отсутствовать.

Обычно выделяют дополнительные сущности, связанные с работой с файлом:

• хэндлер файла, или дескриптор (описатель). При открытии файла (в случае, если это возможно), операционная система возвращает число (или указатель на структуру), с помощью которого выполняются все остальные файловые операции. По их завершению файл закрывается, а хэндлер теряет смысл.
• файловый указатель. Число, являющееся смещением относительно нулевого байта в файле. Обычно по этому адресу осуществляется чтение/запись, в случае, если вызов операции чтения/записи не предусматривает указание адреса. При выполнении операций чтения/записи файловый указатель смещается на число прочитанных (записанных) байт. Последовательный вызов операций чтения таким образом позволяет прочитать весь файл не заботясь о его размере.
• файловый буфер. Операционная система (и/или библиотека языка программирования) осуществляет кэширование файловых операций в специальном буфере (участке памяти). При закрытии файла буфер сбрасывается.
• режим доступа. В зависимости от потребностей программы, файл может быть открыт на чтение и/или запись. Кроме того, некоторые операционные системы (и/или библиотеки) предусматривают режим работы с текстовыми файлами. Режим обычно указывается при открытии файла.
• режим общего доступа. В случае многозадачной операционной системы возможна ситуация, когда несколько программ одновременно хотят открыть файл на запись и/или чтение. Для регуляции этого существуют режимы общего доступа, указывающие на возможность осуществления совместного доступа к файлу (например, файл в который производится запись может быть открыт для чтения другими программами — это стандартный режим работы log-файлов).

Операции

• Открытие файла (обычно в качестве параметров передается имя файла, режим доступа и режим совместного доступа, а в качестве значения выступает файловый хэндлер или дескриптор), кроме того обычно имеется возможность в случае открытия на запись указать на то, должен ли размер файла изменяться на нулевой.
• Закрытие файла. В качестве аргумента выступает значение, полученное при открытии файла. При закрытии все файловые буферы сбрасываются.
• Запись — в файл помещаются данные.
• Чтение — данные из файла помещаются в область памяти.
• Перемещение указателя — указатель перемещается на указанное число байт вперёд/назад или перемещается по указанному смещению относительно начала/конца. Не все файлы позволяют выполнение этой операции (например, файл на ленточном накопителе может не «уметь» перематываться назад).
• Сброс буферов — содержимое файловых буферов с незаписанной в файл информацией записывается. Используется обычно для указания на завершение записи логического блока (для сохранения данных в файле на случай сбоя).
• Получение текущего значения файлового указателя.

Операции, не связанные с открытием файла

Операции, не требующие открытия файла, оперируют с его «внешними» признаками — размером, именем, положением в дереве каталогов. При таких операциях невозможно получить доступ к содержимому файла, файл является минимальной единицей деления информации.

В зависимости от файловой системы, носителя информации, операционной системой часть операций может быть недоступна.

Возможные операции с файлами: открытие для изменения, удаление, переименование, копирование, перенос на другую файловую систему/носитель информации, создание симлинка или хардлинка, получение или изменение атрибутов.

Типы файлов

В различных операционных и/или файловых системах могут быть реализованы различные типы файлов; кроме того, реализация различных типов может различаться.

• «Обыкновенный файл» — файл, позволяющий операции чтения, записи, перемещения внутри файла
• Каталог (англ. directory — алфавитный справочник) или директория — файл, содержащий записи о входящих в него файлах. Каталоги могут содержать записи о других каталогах, образуя древовидную структуру.
• Жёсткая ссылка (англ. hardlink, часто используется калька «хардлинк») — в общем случае, одна и та же область информации может иметь несколько имён. Такие имена называют жёсткими ссылками (хардлинками). После создания хардлинка сказать где «настоящий» файл, а где хардлинк невозможно, так как имена равноправны. Сама область данных существует до тех пор, пока существует хотя бы одно из имён. Хардлинки возможны только на одном физическом носителе.
• Символьная ссылка (симлинк, софтлинк) — файл, содержащий в себе ссылку на другой файл или директорию. Может ссылаться на любой элемент файловой системы, в том числе, и расположенный на другом физическом носителе.

Особенности реализации

В операционной системе UNIX процессы (обычно находятся в каталоге /proc) и устройства (/dev) представляются в виде файлов особого рода, что позволяет использовать некоторые файловые операции для манипуляции этими объектами.

В некоторых файловых системах (например, в файловой системе OS VAX VMS) файлы имеют версию, что позволяет открывать более старые варианты данного файла. В файловой системе Mac OS (HFS) у файлов есть два «потока»: поток данных (где хранится содержимое файла) и поток ресурсов, хранящий информацию о программе, предназначенной для открывания данного файла и, возможно, некоторую информацию для этой программы. В NTFS файл может содержать, кроме основного, сколько угодно именованных потоков.

Проблема точного определения понятия «файл»

Так как файл в разных операционных системах обладает различным набором атрибутов, свойств и методов доступа, универсального определения, которое бы учитывало все особенности, сформулировано не было.

Вопрос «Что такое файл?» неоднократно вызывал в эхо-конференции ru.os.cmp волны флейма, из-за чего попал в FAQ конференции с формулировкой «Q48: что такое файл? A48: ОПЯТЬ?»^[7]

См. также

Список форматов файлов Двоичный файл Текстовый файл Медиаконтейнер

Временный файл Разрежённый файл Исполнимый модуль Заголовочный файл Пакетный файл

Файл конфигурации Файл регистрации README-файл Метафайл

Примечания

В Викисловаре есть статья «файл»

1. ↑ Popular Science Magazine, February 1950, page 96
2. ↑ Robert S. Casey, et al. Punched Cards: Their Applications to Science and Industry, 1952.
3. ↑ Martin H. Weik. Ballistic Research Laboratories Report #1115. March 1961. pp. 314-331.
4. ↑ Fernando J. Corbató et al. "An Experimental Time-Sharing System." May 3, 1962.
5. ↑ Jerome H. Saltzer CTSS Technical Notes. Project MIT-LCS-TR016
6. ↑ Обзор файловых систем FAT, HPFS и NTFS
7. ↑ FAQ конференции ru.os.cmp

Это заготовка статьи о компьютерах. Вы можете помочь проекту, исправив и дополнив её. Это примечание по возможности следует заменить более точным.

Для улучшения этой статьи желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. Проставив сноски, внести более точные указания на источники.