В вычислительной технике компьютерный файл — это ресурс для записи данных на компьютерном устройстве хранения данных, в первую очередь идентифицируемый по имени файла . Так же, как слова могут быть написаны на бумаге, так и данные могут быть записаны в компьютерный файл. Файлы могут быть доступны и передаваться между компьютерами и мобильными устройствами через съемные носители , сети или Интернет .
Различные типы компьютерных файлов предназначены для различных целей. Файл может быть предназначен для хранения изображения , письменного сообщения, видео , программы или любого широкого спектра других видов данных. Некоторые файлы могут хранить несколько типов данных одновременно.
Используя компьютерные программы, человек может открывать, читать, изменять, сохранять и закрывать компьютерный файл. Компьютерные файлы можно открывать, изменять и копировать произвольное количество раз.
Файлы обычно организованы в файловую систему , которая отслеживает расположение файлов на диске и обеспечивает доступ к ним пользователей.
Слово «напильник» происходит от латинского filum («нить, шнур»). [1]
«Файл» использовался в контексте компьютерного хранения данных еще в январе 1940 года. В работе « Методы перфокарт в научных вычислениях» [ 2] У. Дж. Эккерт утверждал: «Первое широкое использование раннего табулятора Холлерита в астрономии было сделано Комри . [3] Он использовал его для построения таблицы из последовательных разностей и для добавления большого количества гармонических членов». «Таблицы функций строятся из их разностей с большой эффективностью, либо в виде печатных таблиц, либо в виде файла перфокарт ».
В феврале 1950 года в рекламе Radio Corporation of America (RCA) в журнале Popular Science [4] , описывающей новую вакуумную лампу «памяти», которую она разработала, RCA заявила: «Результаты бесчисленных вычислений могут храниться «в файле» и извлекаться снова. Такой «файл» теперь существует в лампе «памяти», разработанной в лабораториях RCA. В электронном виде она сохраняет цифры, введенные в вычислительные машины, удерживает их в памяти, пока запоминает новые — ускоряет интеллектуальные решения в лабиринтах математики».
В 1952 году «файл» обозначал, помимо прочего, информацию, хранящуюся на перфокартах . [5]
На раннем этапе использования базовое оборудование, а не содержимое, хранящееся на нем, называлось «файлом». Например, дисководы IBM 350 назывались «дисковыми файлами». [6] Введение около 1961 года Burroughs MCP и MIT Compatible Time-Sharing System концепции « файловой системы », которая управляла несколькими виртуальными «файлами» на одном устройстве хранения, является источником современного обозначения этого слова. Хотя современный « регистровый файл » демонстрирует раннюю концепцию файлов, его использование значительно сократилось.
В большинстве современных операционных систем файлы организованы в одномерные массивы байтов . Формат файла определяется его содержимым, поскольку файл является исключительно контейнером для данных.
На некоторых платформах формат указывается расширением имени файла , определяющим правила организации и осмысленной интерпретации байтов. Например, байты простого текстового файла ( .txt в Windows) связаны с символами ASCII или UTF-8 , тогда как байты файлов изображений, видео и аудио интерпретируются иначе. Большинство типов файлов также выделяют несколько байтов для метаданных , что позволяет файлу нести некоторую базовую информацию о себе.
Некоторые файловые системы могут хранить произвольные (не интерпретируемые файловой системой) специфичные для файла данные вне формата файла, но связанные с файлом, например, расширенные атрибуты или форки . В других файловых системах это можно сделать с помощью файлов-сопутствующих файлов или баз данных, специфичных для программного обеспечения. Однако все эти методы более подвержены потере метаданных, чем форматы файлов -контейнеров и архивов .
В любой момент времени файл имеет определенный размер, обычно выражаемый в виде числа байтов , [a] , который указывает, сколько памяти занимает файл. В большинстве современных операционных систем размер может быть любым неотрицательным целым числом байтов до системного предела. Многие старые операционные системы отслеживали только количество блоков или дорожек , занятых файлом на физическом устройстве хранения. В таких системах программное обеспечение использовало другие методы для отслеживания точного количества байтов (например, CP/M использовал специальный управляющий символ Ctrl-Z для обозначения конца текстовых файлов).
Однако общее определение файла не требует, чтобы его размер имел какое-либо реальное значение, если только данные в файле не соответствуют данным в пуле постоянного хранилища. Особым случаем является файл с нулевым байтом ; эти файлы могут быть вновь созданными файлами, в которые еще не записаны никакие данные, или могут служить своего рода флагом в файловой системе, или являются случайностями (результатами прерванных дисковых операций). Например, файл, на который указывает ссылка /bin/ls в типичной Unix-подобной системе, вероятно, имеет определенный размер, который редко меняется. Сравните это с /dev/null, который также является файлом, но как символьный специальный файл его размер не имеет значения.
Информация в компьютерном файле может состоять из меньших пакетов информации (часто называемых « записями » или «строками»), которые по отдельности отличаются, но имеют некоторые общие черты. Например, файл с расчетной ведомостью может содержать информацию обо всех сотрудниках компании и сведения об их расчетной ведомости; каждая запись в файле с расчетной ведомостью касается только одного сотрудника, и все записи имеют общую черту — они связаны с расчетной ведомостью — это очень похоже на размещение всей расчетной ведомости в определенном картотечном шкафу в офисе, где нет компьютера. Текстовый файл может содержать строки текста, соответствующие напечатанным строкам на листе бумаги. В качестве альтернативы файл может содержать произвольное двоичное изображение (blob ) или исполняемый файл .
Способ группировки информации в файле полностью зависит от того, как он спроектирован. Это привело к появлению множества более или менее стандартизированных структур файлов для всех мыслимых целей, от самых простых до самых сложных. Большинство компьютерных файлов используются компьютерными программами , которые создают, изменяют или удаляют файлы для собственного использования по мере необходимости. Программисты, создающие программы, решают, какие файлы нужны, как они будут использоваться и (часто) их имена.
В некоторых случаях компьютерные программы манипулируют файлами, которые видны пользователю компьютера. Например, в программе обработки текста пользователь манипулирует файлами документов, которые он сам называет. Хотя содержимое файла документа организовано в формате, который понимает программа обработки текста, пользователь может выбрать имя и местоположение файла и предоставить основную часть информации (такой как слова и текст), которая будет сохранена в файле.
Многие приложения упаковывают все свои файлы данных в один файл, называемый архивным файлом , используя внутренние маркеры для различения различных типов содержащейся в нем информации. Преимущества архивного файла заключаются в уменьшении количества файлов для более легкой передачи, в уменьшении использования хранилища или просто в организации устаревших файлов. Архивный файл часто необходимо распаковывать перед следующим использованием.
Самые основные операции, которые программы могут выполнять с файлами:
Файлы на компьютере могут быть созданы, перемещены, изменены, увеличены, сжаты ( усечены ) и удалены. В большинстве случаев компьютерные программы, которые выполняются на компьютере, обрабатывают эти операции, но пользователь компьютера также может манипулировать файлами, если это необходимо. Например, файлы Microsoft Word обычно создаются и изменяются программой Microsoft Word в ответ на команды пользователя, но пользователь также может перемещать, переименовывать или удалять эти файлы напрямую с помощью программы-менеджера файлов , такой как Windows Explorer (на компьютерах Windows) или с помощью командной строки (CLI).
В Unix-подобных системах программы пользовательского пространства не работают напрямую, на низком уровне, с файлом. С файлами работает только ядро , и оно обрабатывает все взаимодействия пользовательского пространства с файлами таким образом, который прозрачен для программ пользовательского пространства. Операционная система обеспечивает уровень абстракции , что означает, что взаимодействие с файлом из пользовательского пространства осуществляется просто через его имя файла (вместо его inode ). Например, не удалит сам файл, а только ссылку на файл. Может быть много ссылок на файл, но когда они все удалены, ядро считает, что пространство памяти этого файла свободно и может быть перераспределено. Это свободное пространство обычно считается риском безопасности (из-за существования программного обеспечения для восстановления файлов ). Любая программа безопасного удаления использует функции пространства ядра (системы) для стирания данных файла.rm filename
Перемещение файлов в файловой системе завершается практически мгновенно, поскольку содержимое данных не нужно перезаписывать. Нужно изменить только пути.
Существуют две различные реализации перемещения файлов.
При перемещении файлов между устройствами или разделами некоторые программы управления файлами удаляют каждый выбранный файл из исходного каталога по отдельности после передачи, в то время как другие программы удаляют все файлы сразу только после передачи каждого файла.
Например, при использовании команды mvпервый метод используется при выборе файлов по отдельности, возможно, с использованием подстановочных знаков (пример: mv -n sourcePath/* targetPath, тогда как второй метод используется при выборе целых каталогов (пример: mv -n sourcePath targetPath). Проводник Microsoft Windows использует первый метод для перемещения файлов на устройствах массового хранения , но второй метод использует протокол передачи мультимедиа , как описано в разделе Протокол передачи мультимедиа § Поведение при перемещении файлов .
Первый метод (отдельное удаление из источника) имеет то преимущество, что пространство на исходном устройстве или разделе освобождается немедленно после начала передачи, то есть после завершения первого файла. При использовании последнего метода пространство освобождается только после завершения передачи всего выделенного.
Если неполная передача файла с помощью последнего метода неожиданно прерывается, возможно, из-за неожиданного отключения питания, остановки системы или отключения устройства, на исходном устройстве или разделе не будет освобождено место. Пользователю необходимо будет объединить оставшиеся файлы из источника, включая не полностью записанный (обрезанный) последний файл.
При использовании метода индивидуального удаления программное обеспечение для перемещения файлов также не должно вести кумулятивный учет всех файлов, передача которых завершена, на случай, если пользователь вручную прервет передачу файлов. Файловый менеджер, использующий последний метод (после удаления), должен будет удалить только те файлы из исходного каталога, передача которых уже завершена.
В современных компьютерных системах доступ к файлам обычно осуществляется с помощью имен ( filenames ). В некоторых операционных системах имя связано с самим файлом. В других файлах файл анонимен и указывается ссылками, имеющими имена. В последнем случае пользователь может идентифицировать имя ссылки с самим файлом, но это ложный аналог, особенно когда существует более одной ссылки на один и тот же файл.
Файлы (или ссылки на файлы) могут располагаться в каталогах. Однако, в более общем смысле, каталог может содержать либо список файлов, либо список ссылок на файлы. В рамках этого определения первостепенное значение имеет то, что термин «файл» включает каталоги. Это допускает существование иерархий каталогов, т. е. каталогов, содержащих подкаталоги. Имя, которое ссылается на файл в каталоге, должно быть, как правило, уникальным. Другими словами, в каталоге не должно быть одинаковых имен. Однако в некоторых операционных системах имя может включать спецификацию типа, которая означает, что каталог может содержать одинаковое имя для более чем одного типа объекта, такого как каталог и файл.
В средах, в которых файлу присваивается имя, имя файла и путь к каталогу файла должны однозначно идентифицировать его среди всех других файлов в компьютерной системе — никакие два файла не могут иметь одинаковые имя и путь. Если файл анонимен, именованные ссылки на него будут существовать в пространстве имен. В большинстве случаев любое имя в пространстве имен будет ссылаться ровно на ноль или один файл. Однако любой файл может быть представлен в любом пространстве имен нулём, одним или несколькими именами.
Любая строка символов может быть правильно сформированным именем файла или ссылки в зависимости от контекста приложения. Правильность или нет имени зависит от типа используемой компьютерной системы. Ранние компьютеры допускали только несколько букв или цифр в имени файла, но современные компьютеры допускают длинные имена (некоторые до 255 символов), содержащие практически любую комбинацию букв Unicode или цифр Unicode, что упрощает понимание назначения файла с первого взгляда. Некоторые компьютерные системы допускают наличие пробелов в именах файлов, другие — нет. Чувствительность имен файлов к регистру определяется файловой системой . Файловые системы Unix обычно чувствительны к регистру и позволяют приложениям уровня пользователя создавать файлы, имена которых отличаются только регистром символов. Microsoft Windows поддерживает несколько файловых систем, каждая из которых имеет свою политику [ какую? ] относительно чувствительности к регистру. Обычная файловая система FAT может иметь несколько файлов, имена которых отличаются только в том случае, если пользователь использует редактор дисков для редактирования имен файлов в записях каталога . Однако пользовательские приложения обычно не позволяют пользователю создавать несколько файлов с одинаковым именем, но различающимися регистром.
Большинство компьютеров организуют файлы в иерархии, используя папки, каталоги или каталоги. Концепция одна и та же, независимо от используемой терминологии. Каждая папка может содержать произвольное количество файлов, а также может содержать другие папки. Эти другие папки называются подпапками. Подпапки могут содержать еще больше файлов и папок и так далее, таким образом создавая древовидную структуру, в которой одна «главная папка» (или «корневая папка» — название варьируется от одной операционной системы к другой) может содержать любое количество уровней других папок и файлов. Папки можно именовать так же, как и файлы (за исключением корневой папки, которая часто не имеет имени). Использование папок упрощает организацию файлов логическим образом.
Когда компьютер позволяет использовать папки, каждый файл и папка имеют не только свое собственное имя, но и путь, который идентифицирует папку или папки, в которых находится файл или папка. В пути для разделения имен файлов и папок используется некий специальный символ, например косая черта. Например, на иллюстрации, показанной в этой статье, путь /Payroll/Salaries/Managers однозначно идентифицирует файл с именем Managers в папке с именем Salaries , которая, в свою очередь, содержится в папке с именем Payroll . В этом примере имена папок и файлов разделены косыми чертами; у самой верхней или корневой папки нет имени, поэтому путь начинается со слеша (если бы у корневой папки было имя, оно бы предшествовало этой первой косой черте).
Многие компьютерные системы используют расширения в именах файлов, чтобы помочь идентифицировать то, что они содержат, также известное как тип файла. На компьютерах Windows расширения состоят из точки (точки) в конце имени файла, за которой следуют несколько букв, чтобы идентифицировать тип файла. Расширение .txt идентифицирует текстовый файл; расширение .doc идентифицирует любой тип документа или документации, обычно в формате файла Microsoft Word ; и так далее . Даже когда расширения используются в компьютерной системе, степень, в которой компьютерная система распознает и учитывает их, может различаться; в некоторых системах они требуются, в то время как в других системах они полностью игнорируются, если они представлены.
Многие современные компьютерные системы предоставляют методы защиты файлов от случайного и преднамеренного повреждения. Компьютеры, которые позволяют нескольким пользователям использовать разрешения на файлы, чтобы контролировать, кто может или не может изменять, удалять или создавать файлы и папки. Например, определенному пользователю может быть предоставлено только разрешение на чтение файла или папки, но не на изменение или удаление; или пользователю может быть предоставлено разрешение на чтение и изменение файлов или папок, но не на их выполнение. Разрешения также могут использоваться для того, чтобы разрешить только определенным пользователям просматривать содержимое файла или папки. Разрешения защищают от несанкционированного вмешательства или уничтожения информации в файлах и сохраняют конфиденциальность личной информации от несанкционированных пользователей.
Другим защитным механизмом, реализованным во многих компьютерах, является флаг «только для чтения». Когда этот флаг включен для файла (что может быть выполнено компьютерной программой или пользователем-человеком), файл может быть изучен, но не может быть изменен. Этот флаг полезен для критически важной информации, которая не должна быть изменена или стерта, например, специальные файлы, которые используются только внутренними частями компьютерной системы. Некоторые системы также включают скрытый флаг , чтобы сделать определенные файлы невидимыми; этот флаг используется компьютерной системой, чтобы скрыть важные системные файлы, которые пользователи не должны изменять.
Любой файл, имеющий какую-либо полезную цель, должен иметь какое-то физическое проявление. То есть файл (абстрактное понятие) в реальной компьютерной системе должен иметь реальный физический аналог, если он вообще должен существовать.
С физической точки зрения большинство компьютерных файлов хранятся на каком-либо типе устройства хранения данных. Например, большинство операционных систем хранят файлы на жестком диске . Жесткие диски были повсеместной формой энергонезависимого хранения с начала 1960-х годов. [8] Если файлы содержат только временную информацию, они могут храниться в оперативной памяти . В некоторых случаях компьютерные файлы могут также храниться на других носителях, таких как магнитные ленты , компакт-диски , цифровые универсальные диски , Zip-накопители , USB-флеш-накопители и т. д. Использование твердотельных накопителей также начинает конкурировать с жесткими дисками.
В Unix-подобных операционных системах многие файлы не имеют связанного с ними физического устройства хранения. Примерами являются /dev/null и большинство файлов в каталогах /dev , /proc и /sys . Это виртуальные файлы: они существуют как объекты внутри ядра операционной системы.
С точки зрения работающей пользовательской программы файлы обычно представлены либо блоком управления файлом , либо дескриптором файла . Блок управления файлом (FCB) — это область памяти, которая обрабатывается для установки имени файла и т. д., а затем передается операционной системе в качестве параметра; он использовался старыми операционными системами IBM и ранними операционными системами ПК, включая CP/M и ранние версии MS-DOS . Дескриптор файла — это, как правило, либо непрозрачный тип данных , либо целое число; он был представлен примерно в 1961 году основанным на ALGOL Burroughs MCP, работающим на Burroughs B5000 , но теперь он распространен повсеместно.
Когда говорят, что файл поврежден, это потому, что его содержимое было сохранено на компьютере таким образом, что оно не может быть правильно прочитано ни человеком, ни программным обеспечением. В зависимости от степени повреждения исходный файл иногда может быть восстановлен или, по крайней мере, частично понят. [9] Файл может быть создан поврежденным или может быть поврежден на более позднем этапе путем перезаписи.
Существует множество способов, с помощью которых файл может быть поврежден. Чаще всего проблема возникает в процессе записи файла на диск . [10] Например, если программа редактирования изображений неожиданно аварийно завершает работу при сохранении изображения, этот файл может быть поврежден, поскольку программа не смогла сохранить его полностью. Сама программа может предупредить пользователя о том, что произошла ошибка, что позволит еще раз попытаться сохранить файл. [11] Вот некоторые другие примеры причин, по которым файлы становятся поврежденными:
Хотя повреждение файла обычно происходит случайно, это может быть сделано и намеренно, как средство прокрастинации , чтобы обмануть кого-то другого, заставив его думать, что задание было готово раньше, потенциально выигрывая время для завершения указанного задания или проведения экспериментов с целью документирования последствий, когда такой файл поврежден. Существуют службы, которые предоставляют повреждение файла по требованию, которые по сути заполняют указанный файл случайными данными, так что его нельзя открыть или прочитать, но при этом он все еще кажется законным. [18] [19]
Одной из наиболее эффективных мер противодействия непреднамеренному повреждению файлов является резервное копирование важных файлов. [20] В случае повреждения важного файла пользователь может просто заменить его резервной версией.
Когда компьютерные файлы содержат чрезвычайно важную информацию, для защиты от катастроф, которые могут уничтожить файлы, используется процесс резервного копирования . Резервное копирование файлов просто означает создание копий файлов в отдельном месте, чтобы их можно было восстановить, если что-то случится с компьютером или если они будут случайно удалены.
Существует множество способов резервного копирования файлов. Большинство компьютерных систем предоставляют служебные программы для помощи в процессе резервного копирования, который может стать очень трудоемким, если нужно защитить много файлов. Файлы часто копируются на съемные носители, такие как записываемые компакт-диски или картриджные ленты. Копирование файлов на другой жесткий диск в том же компьютере защищает от отказа одного диска, но если необходимо защитить от отказа или уничтожения всего компьютера, то копии файлов должны быть сделаны на других носителях, которые можно забрать с компьютера и хранить в безопасном, удаленном месте.
Метод резервного копирования «дед-отец-сын» автоматически создает три резервные копии: файл «дедушка» — это самая старая копия файла, а файл «сын» — это текущая копия.
Способ, которым компьютер организует, именует, хранит и обрабатывает файлы, в глобальном масштабе называется его файловой системой . Большинство компьютеров имеют по крайней мере одну файловую систему. Некоторые компьютеры позволяют использовать несколько различных файловых систем. Например, на новых компьютерах MS Windows поддерживаются старые файловые системы типа FAT MS-DOS и старых версий Windows, в дополнение к файловой системе NTFS , которая является обычной файловой системой для последних версий Windows. Каждая система имеет свои преимущества и недостатки. Например, стандартная FAT допускает только восьмисимвольные имена файлов (плюс трехсимвольное расширение) без пробелов, тогда как NTFS допускает гораздо более длинные имена, которые могут содержать пробелы. Вы можете назвать файл « Записи о заработной плате » в NTFS, но в FAT вы будете ограничены чем-то вроде payroll.dat (если вы не используете VFAT , расширение FAT, допускающее длинные имена файлов).
Программы управления файлами — это служебные программы, которые позволяют пользователям напрямую управлять файлами. Они позволяют перемещать, создавать, удалять и переименовывать файлы и папки, хотя на самом деле не позволяют читать содержимое файла или хранить в нем информацию. Каждая компьютерная система предоставляет по крайней мере одну программу управления файлами для своей собственной файловой системы. Например, File Explorer (ранее Windows Explorer) обычно используется в операционных системах Microsoft Windows, а Nautilus распространен в нескольких дистрибутивах Linux.
Медиафайлы, связанные с компьютерными файлами на Wikimedia Commons