Спонсор: Intel
Московский физико-технический институт
Опубликован: 24.08.2004 | Доступ: свободный | Студентов: 19706 / 6114 | Оценка: 4.37 / 4.06 | Длительность: 19:18:00
ISBN: 978-5-9556-0044-4
Лекция 12:

Реализация файловой системы

Аннотация: Реализация файловой системы связана с такими вопросами, как поддержка понятия логического блока диска, связывания имени файла и блоков его данных, проблемами разделения файлов и управления дисковым пространством.
Ключевые слова: файловая система, пользователь, форматирование, место, вложенный каталог, пространство, файловая служба, очередь, магнитный диск с подвижными головками, устройство внешней памяти, доступ, прямой, диск, система управления файлами, OPEN, create, права доступа, файл, прикладная программа, дескриптор, запись, совместный доступ к файлу, ссылка, способ выделения дискового пространства, RSX-11, FAT, индексный узел, i-node, HPFS, битовый вектор, bit-mapped indexing, суперблок, IList, Директория, список, поддержка, операции, создание файла, путь, pathname, имя файла, связь, информация, последовательный поиск, функция, иерархия функций, монтирование, ядро, линк, конфликт, компонент, link, дерево, граф, связывание, CP/M, hard, soft, symbolic link, блок данных, счетчик, удаление файла, сетевой адрес, программа, ресурс, read, захват, системный вызов, открытие файла, монопольная блокировка, Multics, корректность, механизмы, время выполнения, атомарная операция, Backup, остановка системы, журнализация, журналирование, целостное состояние, кэширование, минимизация, LRU, стратегия замещения, фоновый процесс, стратегия размещения, дефрагментация диска, принцип локальности, файл ошибок, source file, диспетчер, Windows, installable, manager, драйвер, виртуальная файловая система, NFS, FFS, vnode

Как уже говорилось, файловая система должна организовать эффективную работу с данными, хранящимися во внешней памяти, и предоставить пользователю возможности для запоминания и выборки этих данных.

Для организации хранения информации на диске пользователь вначале обычно выполняет его форматирование, выделяя на нем место для структур данных, которые описывают состояние файловой системы в целом. Затем пользователь создает нужную ему структуру каталогов (или директорий), которые, по существу, являются списками вложенных каталогов и собственно файлов. И наконец, он заполняет дисковое пространство файлами, приписывая их тому или иному каталогу. Таким образом, ОС должна предоставить в распоряжение пользователя совокупность системных вызовов, которые обеспечивают его необходимыми сервисами.

Кроме того, файловые службы могут решать проблемы проверки и сохранения целостности файловой системы, проблемы повышения производительности и ряд других.

Общая структура файловой системы

Система хранения данных на дисках может быть структурирована следующим образом (см. рис. 12.1).

Нижний уровень - оборудование. Это в первую очередь магнитные диски с подвижными головками - основные устройства внешней памяти, представляющие собой пакеты магнитных пластин (поверхностей), между которыми на одном рычаге двигается пакет магнитных головок. Шаг движения пакета головок является дискретным, и каждому положению пакета головок логически соответствует цилиндр магнитного диска. Цилиндры делятся на дорожки (треки), а каждая дорожка размечается на одно и то же количество блоков (секторов) таким образом, что в каждый блок можно записать по максимуму одно и то же число байтов. Следовательно, для обмена с магнитным диском на уровне аппаратуры нужно указать номер цилиндра, номер поверхности, номер блока на соответствующей дорожке и число байтов, которое нужно записать или прочитать от начала этого блока. Таким образом, диски могут быть разбиты на блоки фиксированного размера и можно непосредственно получить доступ к любому блоку (организовать прямой доступ к файлам).

Непосредственно с устройствами (дисками) взаимодействует часть ОС, называемая системой ввода-вывода (см. лекцию 13). Система ввода-вывода предоставляет в распоряжение более высокоуровневого компонента ОС - файловой системы - используемое дисковое пространство в виде непрерывной последовательности блоков фиксированного размера. Система ввода-вывода имеет дело с физическими блоками диска, которые характеризуются адресом, например диск 2, цилиндр 75, сектор 11. Файловая система имеет дело с логическими блоками, каждый из которых имеет номер (от 0 или 1 до N). Размер логических блоков файла совпадает или является кратным размеру физического блока диска и может быть задан равным размеру страницы виртуальной памяти, поддерживаемой аппаратурой компьютера совместно с операционной системой.

В структуре системы управления файлами можно выделить базисную подсистему, которая отвечает за выделение дискового пространства конкретным файлам, и более высокоуровневую логическую подсистему, которая использует структуру дерева директорий для предоставления модулю базисной подсистемы необходимой ей информации, исходя из символического имени файла. Она также ответственна за авторизацию доступа к файлам (см. лекции 11 и 16).

Стандартный запрос на открытие (open) или создание (create) файла поступает от прикладной программы к логической подсистеме. Логическая подсистема, используя структуру директорий, проверяет права доступа и вызывает базовую подсистему для получения доступа к блокам файла. После этого файл считается открытым, он содержится в таблице открытых файлов, и прикладная программа получает в свое распоряжение дескриптор (или handle в системах Microsoft) этого файла. Дескриптор файла является ссылкой на файл в таблице открытых файлов и используется в запросах прикладной программы на чтение-запись из этого файла. Запись в таблице открытых файлов указывает через систему выделения блоков диска на блоки данного файла. Если к моменту открытия файл уже используется другим процессом, то есть содержится в таблице открытых файлов, то после проверки прав доступа к файлу может быть организован совместный доступ. При этом новому процессу также возвращается дескриптор - ссылка на файл в таблице открытых файлов. Далее в тексте подробно проанализирована работа наиболее важных системных вызовов.

Блок-схема файловой системы

Рис. 12.1. Блок-схема файловой системы
Татьяна Борисенко
Татьяна Борисенко

Изучила метериал лекции 1, но не могу перейти к тесту  1, на курс записана

Дарья Федотова
Дарья Федотова
Алина Булдакова
Алина Булдакова
Россия, г. Глазов
Самал Ибраева
Самал Ибраева
Казахстан, Алматы