Операционные системы
ая иерархическая
файловая система. Ее структуру мы рисовали на прошлой лекции. Она
представима деревом, корнем которого является, так называемый, корневой
каталог. Узлами, отличными от листьев дерева, являются каталоги. Листьями
могут являться либо файлы (в традиционном понимании), либо пустые каталоги.
В системе определено понятие имени файла - это имя, которое ассоциировано с
набором данных в рамках каталога, которому этот файл принадлежит. Кроме
того, имеется понятие полного имени - это уникальный путь от корня файловой
системы до конкретного файла. Разрешено совпадение имен файлов, находящихся
в разных каталогах.
На самом деле, файловая система не совсем древообразная. Имеется
возможность нарушения иерархии за счет средств, позволяющих ассоциировать
несколько имен (полных) с одним и тем же содержимым файла, - это, так
называемые, ссылки. Тем не менее, мы будем говорить, что файловая система
иерархическая и древообразная.
В операционной системе UNIX используется трехуровневая иерархия
пользователей (все пользователи разделены на группы), структура которой в
общем случае была рассмотрена в предыдущей лекции. В связи с этим каждый
файл файловой системы обладает двумя атрибутами. Первый атрибут - это, так
называемый, владелец файла. Этот атрибут связан с одним конкретным
пользователем, который является владельцем файла. Владельцем файла можно
стать по умолчанию, если создать этот файл, а также есть команда, которая
позволяет менять владельца файла. Второй атрибут - это атрибут, связанный с
защитой доступа к файлу (подробнее об этом будет сказано позже).
Доступ к каждому файлу регламентируется по трем категориям. Первая
категория - это права владельца файла. В общем случае владелец не
обязательно может делать с этим файлом все что угодно. Вторая категория -
права группы, к которой принадлежит владелец файла, (отличные от прав
владельца). Третья категория - права остальных пользователей системы, за
исключением соответствующей группы. По этим трем категориям
регламентируются три действия - чтение из файла, запись в файл и исполнение
файла. В каждом файле определено, может ли пользователь данной категории
читать файл, писать в него и запускать его как исполняемый в качестве
процесса.
Работа с файлами
Рассмотрим структуру файловой системы на диске. Для любой
вычислительной системы определено понятие системного внешнего запоминающего
устройства (СВЗУ). СВЗУ - это устройство, к которому осуществляет доступ
аппаратный загрузчик машины с целью запуска операционной системы. Почти
любая вычислительная машина имеет диапазон адресного пространства памяти,
размещенный в, так называемом, постоянном запоминающем устройстве (ПЗУ). В
ПЗУ размещается небольшая программа (аппаратный загрузчик), которая при
включении или аппаратной перезагрузке машины, обращается к фиксированному
блоку СВЗУ, размещает его в оперативной памяти и передает управление на
фиксированный адрес, принадлежащий считанным данным. Считается, что этот
считанный блок данных является, так называемым, программным загрузчиком.
Программный загрузчик далее «раскручивает» запуск операционной системы.
Следует отметить, что аппаратный загрузчик не зависит от операционной
системы, а программный загрузчик является компонентом операционной системы.
Он уже знает, где размещаются данные, необходимые для запуска операционной
системы.
В любой системе принято разбиение пространства ВЗУ на некоторые
области данных, которые называются блоками. Размер логического блока
является фиксированным атрибутом операционной системы. В операционной
системе UNIX размеры блока определяет некоторый параметр, который может
меняться в зависимости от версии системы. Для определенности будем
говорить, что логический блок ВЗУ равен 512 байт.
Представим адресное пространство СВЗУ в виде последовательности
блоков. Нулевой блок СВЗУ - это блок начальной загрузки, или блок, в
котором находится программный загрузчик. Размещение этого блока в нулевом
блоке СВЗУ определяется аппаратно, потому что аппаратный загрузчик
обращается всегда именно к нулевому блоку. Это последний компонент файловой
системы, который зависит от аппаратуры.
Следующий блок - это суперблок файловой системы. Он содержит
оперативную информацию о текущем состоянии операционной системы, а также
данные о параметрах настройки файловой системы. В частности, суперблок
содержит информацию о количестве, так называемых, индексных дескрипторов в
файловой системе. Также суперблок содержит информацию о количестве блоков,
составляющих файловую систему, а также информацию о свободных блоках
файлов, о свободных индексных дескрипторах, и прочие данные,
характеризующие время, дату модификации и другие специальные параметры.
|Блок |Супербло|Область |Блоки |Область |
|начальной |к |индексных |файлов |сохранения |
|загрузки |файловой|дескриптор| | |
| |системы |ов | | |
|0 | | | | |
За суперблоком следует область (пространство) индексных дескрипторов.
Индексный дескриптор - это специальная структура данных файловой системы,
которая ставится во взаимно однозначное соответствие с каждым файлом.
Размер пространства индексных дескрипторов определяется параметром
генерации файловой системы по количеству индексных дескрипторов, которые
указаны в суперблоке. Каждый индексный дескриптор содержит следующую
информацию:
1. Поле, определяющее тип файла (каталог или нет).
2. Поле кода защиты.
3. Количество ссылок к данному индексному дескриптору из всевозможных
каталогов файловой системы (в ситуации нарушения дерева файловой
системы). Если значение этого поля равно нулю, то считается что
этот индексный дескриптор свободен.
4. Длина файла в байтах.
5. Статистика: поля, характеризующие дату и время создания и т.п.
6. Поле адресации блоков файлов.
Следующее пространство файловой системы - это блоки файлов. Это
пространство на системном устройстве, в котором размещается вся информация,
хранящаяся в файлах и о файлах, которая не поместилась в предыдущие блоки
файловой системы.
Последняя область данных в разных системах реализуется по-разному, но
для простоты изложения, мы будем считать, что эта область находится сразу
за блоками файловой системы - это область сохранения.
Такова концептуальная структура файловой системы. Теперь рассмотрим
детали.
Суперблок. Наибольший интерес в суперблоке вызывают последние два
поля: поля информации о свободных блоках файлов и свободных индексных
дескрипторах. В файловой системе UNIX-а заметно влияние двух факторов.
Первый фактор - это то, что файловая система разрабатывалась в те времена,
когда объем винчестера в 5-10Мб считался очень большим. Внутри структуры
файловой системы заметны старания авторов оптимизировать использование
пространства внешнего устройства. Второй фактор - свойство файловой системы
по оптимизации доступа. Критерий оптимальности доступа - количество обменов
файловой системы с внешним устройством, которые она производит для
обеспечения нужд.
[pic]
Список (массив) свободных блоков файлов состоит из пятидесяти
элементов и занимает 100 байтов. В буфере, состоящем из пятидесяти
элементов, записаны номера свободных блоков пространства блоков памяти. Эти
номера записаны со второго элемента по сорок девятый. Первый элемент
массива содержит номер последней записи в этом массиве. Нулевой элемент
этого списка содержит ссылку на блок пространства блоков файлов, в котором
этот список продолжен, и т.д.
Если какому-то процессу требуется для расширения размера его файла
дополнительный свободный блок, то система по указателю Номер Блока (НБ)
выбирает элемент массива (копия суперблока всегда присутствует в
оперативной памяти, поэтому почти при всех таких действиях система не
нуждается в обращении к СВЗУ) и этот блок предоставляется соответствующему
файлу для расширения (при этом корректируется указатель НБ). Если
происходит сокращение размера файла или удаление всего файла, то
высвободившиеся номера записываются в массив свободных блоков, при этом
также происходит коррекция указателя НБ.
Так как размер массива равен пятидесяти элементам, то возможны две
критические ситуации. Первая - когда при освобождении новых блоков не
удается поместить их номера в этом массиве, так как он уже полон. В этом
случае из файловой системы выбирается один свободный блок (при этом он
удаляется из списка свободных блоков) и заполненный массив свободных блоков
копируется в этот блок. После этого значение указателя НБ обнуляется, а в
нулевой элемент массива записывается номер блока, который мы выбрали для
копирования в него нашего массива. В итоге, при постоянном освобождении
блоков образуется список, в котором будут размещены номера абсолютно всех
свободных блоков файловой системы.
Вторая критическая ситуация - когда нужно получить свободный блок, но
содержимое массива исчерпалось. В этом случае система действует так: если
нулевой элемент списка равен нулю, то это означает, что исчерпалось все
пространство файловой системы, и выдается сообщение об этом. Если он не
равен нулю, то его содержимое равно адресу продолжения массива, и
операц
| |  скачать работу |
Операционные системы |
