Операционные системы
в некоторое каноническое состояние.
4. Защита данных. Многие стратегические решения повторяются как на
аппаратном уровне, так и на уровне операционной системы. Если мы вспомним
мультипрограммный режим, то одним из необходимых условий его существования
является обеспечение защиты (памяти и данных). Если мы рассмотрим файловую
систему, то она так же, как и операционная система, может быть
однопользовательской. В этом случае проблемы защиты данных не существует,
потому что человек, который работает с этой операционной системой, является
хозяином всех файлов. Примеры однопользовательских систем - MS-DOS или
Windows 95. Можно загрузить машину и уничтожить все файлы других
пользователей, которые размещены на диске, потому что в этих системах
защиты нет никакой. Многопользовательская система обеспечивает корректную
работу многих пользователей. MS-DOS также может работать в режиме
мультипрограммирования, но он не достаточно корректен, потому что ошибка в
одном процессе может привести к затиранию операционной системы и соседнего
процесса. Также и в операционной системе Windows 95 может работать много
пользователей, но эта работа некорректна, потому что эта операционная
система не обеспечивает все права защиты. Итак, многопользовательская
система должна обеспечивать защиту информации от несанкционированного
доступа. На самом деле, проблема защиты связана не только с файловой
системой. Реально операционная система обеспечивает защиту данных во всех
областях: это и файлы, и процессы, и ресурсы, принадлежащие процессам,
запущенным от имени одного пользователя. Здесь я обращаю ваше внимание на
этот факт, потому что для файлов это наиболее критичная точка.
Основные свойства файловых систем.
Файловая система естественно включает в себя все те свойства, которые
были перечислены для файлов, но добавляет еще некоторые. Эти свойства
связаны со структурной организацией файловой системы.
Давайте рассмотрим некоторое пространства ВЗУ, и рассмотрим, как мы
можем организовать размещение файлов в пределах этого пространства.
1. Одноуровневая организация файлов непрерывными сегментами. Термин
«одноуровневая» означает, что система обеспечивает работу с файлами
уникально именованными. В пределах пространства ВЗУ выделяется некоторая
область для хранения данных, которая называется каталог. Каталог имеет
следующую структуру:
|имя |начальный блок |конечный блок |
| | | |
| | | |
| | | |
«Начальный блок» ссылается на некоторый относительный адрес
пространства ВЗУ, с которого начинается файл с заданным именем. «Конечный
блок» определяет последний блок данного файла. Функция открытия файла
сводится к нахождению в каталоге имени файла и определении его начала и
конца (реально данные могут занимать несколько меньше места, об этом будет
сказано позже). Это действие очень простое, к тому же каталог можно хранить
в памяти операционной системы, и тем самым уменьшить количество обменов.
Если создается новый файл, то он записывается на свободное место.
Аналогично каталогу имен может иметься таблица свободных пространств
(фрагментов).
Чтение/запись происходит почти без дополнительных обменов, так как при
открытии мы получаем диапазон размещения данных. Чтение происходит в
соответствии с этой блочной структурой и никакая дополнительная информация
не требуется, соответственно обмен происходит очень быстро.
Что будет, когда нужно записать в такой файл дополнительную
информацию, а свободного пространства за этим файлом нет? В этом случае
система может поступить двояко. Первое, она скажет, что нет места и вы
должны сделать что-то сами, например, запустить некий процесс, который
перенесет этот файл в другое место и добавит нужную информацию. Этот
перенос - функция достаточно дорогостоящая. Вторая возможность - в обмене
будет отказано. Это означает, что при открытии файла нужно было заранее
зарезервировать дополнительное место; при этом файловая система проверяет
размер свободного буфера, и если его мало, то ищет свободное место там, где
этот файл разместится.
Итак, мы видим, что эта организация проста, при обменах эффективна, но
в случае нехватки пространства для файла начинается неэффективность. К тому
же, при долговременной работе такой файловой системы на диске случается то
же, что у нас случалось с оперативной памятью - фрагментация. То есть
ситуация, когда есть свободные фрагменты, но среди них нет такого, куда
можно было бы разместить файл. Борьба с фрагментацией для такой организации
файловой системы - это периодическая компрессия, когда запускается долгий,
тяжелый и опасный для содержимого файловой системы процесс, который
прижимает все файлы плотно друг к другу.
Такая организация может быть пригодна для однопользовательской
файловой системы, потому что при большом количестве пользователей очень
быстро произойдет фрагментация, а постоянный запуск компрессии - смерть для
системы. С другой стороны, система проста и не требует почти никаких
накладных расходов.
2. Файловая система с блочной организацией файлов. Пространство ВЗУ
разделено на блоки (те самые блоки, которые эффективны для обмена). В
файловой системе такого типа распределение информации происходит аналогично
распределению информации процесса в оперативной памяти со страничной
организацией. В общем случае, с каждым именем файла связан набор номеров
блоков устройства, в которых размещены данные этого файла. Причем, номера
этих блоков имеют произвольный порядок, то есть блоки могут быть разбросаны
по всему устройству в произвольном порядке. При такой организации нет
фрагментации, хотя могут быть потери кратные блоку (если файл занял хотя бы
один байт в блоке, то весь блок считается занятым). Следовательно, нет
проблем компрессии, и эта система может использоваться при
многопользовательской организации.
В этом случае с каждым файлом связан набор атрибутов: имя файла, имя
пользователя, по которым происходит доступ к файлу. Такая организация
позволяет уйти от уникальности имен, которая требовалась в предыдущем
случае. В такой системе требуется уникальность имен лишь среди файлов
одного пользователя.
Организация таких файлов может быть через каталог. Структура каталога
может быть следующая. Каталог содержит строки; каждая i-тая строка
соответствует i-тому блоку файловой системы. В этой строке содержится
информация о том, является ли этот блок свободным или занятым. Если он
занят, то в этой строке указывается имя файла (либо ссылка на него), имя
пользователя, и может находиться какая-то дополнительная информация.
При обмене система может действовать по-разному. Либо при открытии
файла система пробегает по всему каталогу и строит таблицу соответствия
логических блоков файла, их размещению на диске. Либо при каждом обмене
осуществляется поиск этого соответствия.
Такая организация файловой системы является одноуровневой в рамках
одного пользователя, то есть все файлы связаны в группы по принадлежности к
какому-то пользователю.
[pic]
3. Иерархическая файловая система. Все файлы файловой системы
построены в структуру, которая называется деревом. В корне дерева
находится, так называемый, корень файловой системы. Если узел дерева
является листом, то это файл, который может содержать данные пользователя,
либо являться файлом-каталогом. Узлы дерева отличные от листа являются
файлами-каталогами. Именование в такой иерархической файловой системе может
происходить разными способами. Первый тип - именование файла относительно
ближайшего каталога, т. е. если мы посмотрим файлы, которые являются
ближайшими для каталога F0, - это файл F1, который является также
каталогом, и файл F2. Для успешного именования в такой системе на одном
уровне не могут повторяться имена. С другой стороны, так как все файлы
связаны с помощью дерева, мы можем говорить о, так называемом, полном имени
файла, которое составляется из всех имен файлов, которые составляют путь от
корня файловой системы к конкретному файлу. Полное имя файла F3 будет
обозначаться так: /F0/F1/F3. Такая организация хороша тем, что она
позволяет работать как с коротким именем файла (если системно
подразумевается, что мы работаем в данном каталоге), так и с полным именем
файла. Полные имена файлов есть пути, а в любом дереве от его корня до
любого узла существует единственный путь, следовательно, этим решается
проблема унификации имен. Первый раз такой подход был использован в
операционной системе Multix, которая разрабатывалась в университете Беркли
в конце 60-х годов. Это красивое решение стало появляться впоследствии во
многих операционных системах. Согласно этой иерархии, каждому из файлов
можно привязывать какие-то атрибуты, связанные с правами доступа. Правами
доступа могут обладать как пользовательские файлы, так и каталоги.
Структура этой системы хороша для организации многопользовательской работы,
за счет отсутствия проблемы именования, и такая система может очень хорошо
наращиваться.
4. Персонификация и защита данных в операционной системе. Этот нюанс,
который мы сейчас рассмотрим, и простой, и сл
| |  скачать работу |
Операционные системы |
