Файл

• фиксированное имя (последовательность символов, число или что-то иное, однозначно характеризующее файл)
• определенное логическое представление и соответствующие ему операции чтения/записи

Может быть любой — от последовательности бит до базы данных с произвольной организацией или любым промежуточным вариантом.

Первому случаю соответствуют операции чтения/записи потока и/или массива (то есть последовательные или с доступом по индексу), второму — команды СУБД. Промежуточные варианты - чтение и разбор всевозможных форматов файлов.

В отличие от переменной, файл (в частности, его имя) имеет смысл вне конкретной программы. Работа с файлами — по крайней мере, в «простейшем» представлении — реализуется средствами операционных систем, а до их появления реализовывалась их предшественниками — мониторами и библиотеками подпрограмм.

Ресурсами, доступными через файлы, в принципе, может быть что угодно, представимое в цифровом виде. Чаще всего в их перечень входят:

• области данных (необязательно на диске)
• устройства (как физические, так и виртуальные)
• потоки данных (в частности, вход или выход другого процесса)
• сетевые ресурсы
• объекты операционной системы

Файлы первого типа исторически возникли первыми и распространены наиболее широко, поэтому часто «файлом» называют и область данных, соответствующую имени. Так как файл в разных операционных системах обладает различным набором атрибутов, свойств и методов доступа, формулировки универсального определения, которое бы учитывало все особенности, сформулировано не было.

Файловая система

Основная статья: файловая система

По мере развития вычислительной техники файлов в системах становилось все 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 (т. е. 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 Application Programming Interface (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 символами (3 символа расширения).
• В VFAT ограничение 255 байт.
• В FAT32, HPFS имя файла ограниченно 255 символами
• В NTFS имя ограничено 254 символами Unicode
• В ext2/ext3 ограничение 255 байт.

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 буквы, цифры. Не допустим пробел, знак вопроса, звёздочка, символы больше/меньше, символ вертикальной черты.^[1]. При вызове системных функций именами файлов в нижнем или смешанном регистре, они приводятся к верхнему регистру.
• Для Microsoft 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 нулевого байта.

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 существовал в файловых системах FAT16, FAT12, и использовался для определения типа файла. В остальных файловых системах расширение — условность, часть имени, отделённая самой правой точкой в имени.

Атрибуты

В некоторых файловых системах предусмотрены атрибуты (обычно это бинарное значение «да»/«нет», кодируемое одним битом). Практически атрибуты не влияют на возможность доступа к файлам, для этого в некоторых файловых системах существуют права доступа.

Время

Для файла могут быть определены следующие временные метки:

• Время создания
• Время модификации
• Время 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:

• Право на запись
• Право на чтение
• Право на 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
• Право на запись
• Право на исполнение
• Право на удаление
• Право на смену атрибутов и владельца
• Право на создание, удаление подпапок (для папок)
• Право на 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 кеширование 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.

Список операций с файлами

• Удаление файла
• Переименование файла
• Копирование файла
• Перенос файла на другую файловую систему/носитель информации
• Создание симлинка или хардлинка
• Получение или изменение атрибутов файла

Типы файлов

В различных операционных системах 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
• Директория (англ. directory — алфавитный справочник, часто переводится как каталог) — файл, содержащий в себе записи о других файлах. Директории могут содержать записи о других директориях, образуя древовидную структуру.
• Жёсткая ссылка (англ. hardlink, часто используется калька хардлинк) — в общем случае одна и та же область информации может иметь несколько имён, указывающих на одни и те же данные. В этом случае такие имена называют жёсткими ссылками (хардлинками). В общем случае после создания хардлинка сказать где «настоящий» файл а где хардлинк невозможно, так как имена равноправны; а область данных существует до тех пор пока существует хотя бы одно из имён. Хардлинки возможны только на одном физическом носителе.
• Символьная ссылка (cимлинк, 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.