Файловая система Unix

9

Содержание

• Введение
• Файловая система Unix
• Внутренняя структура файловой системы Unix
• Список литературы

Введение

Впервые система UNIX была описана в 1974 году в статье Кена Томпсона и Дэнниса Ричи в журнале "Communications of the ACM" [Thompson 74]. С этого времени она получила широкое распространение и завоевала широкую популярность среди производителей ЭВМ, которые все чаще стали оснащать ею свои машины. Особой популярностью она пользуется в университетах, где довольно часто участвует в исследовательском и учебном процессе.

Множество книг и статей посвящено описанию отдельных частей системы; среди них два специальных выпуска "Bell System Technical Journal" за 1978 год [BSTJ 78] и за 1984 год [BSTJ 84]. Во многих книгах описывается пользовательский интерфейс, в частности использование электронной почты, подготовка документа-ции, работа с командным процессором Shell; в некоторых книгах, таких как "The UNIX Programming Environment" [Kernighan 84] и "Advanced UNIX Programming" [Rochkind 85], описывается программный интерфейс. Данная работа посвящена основным особенностям системы UNIX.

Файловая система UNIX характеризуется:. иерархической структурой, согласованной обработкой массивов данных, возможностью создания и удаления файлов, динамическим расширением файлов, защитой информации в файлах, трактовкой периферийных устройств (таких как терминалы и ленточные устройства) как файлов.

Файловая система Unix

Файловая система в Unix - "деревянная", состоит из файлов и каталогов. На каждом разделе диска создается собственная независимая файловая система. Отдельные файловые системы "сцепляются" вместе, в единое общее дерево директорий. Такая операция называется "монтированием". Выглядит это примерно так:

mount - F ufs /dev/dsk/m197_c0d0s5 /home1

mount - F ufs /dev/dsk/m197_c0d0s4 /usr

df

Получить доступ к файлам "несмонтированной" файловой системы невозможно. Порочная пракика MS-DOSа - сколько разделов, столько и "дисков" (a: b: c: d: e:... k: l: m: n:) в Unix не применяется. В Unix всегда есть ровно одно общее дерево каталогов, и, по большому счету, пользователям совершенно все равно, на каком именно диске или разделе диска расположены его файлы /usr/spool/moshkow или /home1/moshkow/bin/mcopy...

Файловая система Unix кэшируется буферным кэшем. Операция записи на диск выполняется не тогда, когда это приказывает выполняемый процесс, а когда операционная система сочтет нужным это сделать. Это резко поднимает эффективность и скорость работы с диском, и повышает опасность ее использования. Выключение питания на "горячей", работающей Unix-машине приводит к разрушениям структуры файловой системы.

При каждой начальной загрузке Unix проверяет - корректно ли была выключена машина в прошлый раз, и если нет - автоматически запускает утилиту fsck (File System Check) - проверку и ремонт файловых систем. .

Внутренняя структура файловой системы Unix

Раздел диска, в котором создана файловая система, разбит на три части.

СУПЕРБЛОК. Занимает 1 Kb. Содержит служебную информацию:

Тип файловой системы, Размер Начало списка свободных блоков.

Что-то еще ОБЛАСТЬ INOD-ов. Занимает примерно 8% общего размера раздела. inode - Index-node - описатель файла. Он содержит всю информацию о файле, за исключением имени файла, и собственно данных файла. В inodе хранится:

тип файла (файл, каталог, именованный канал, специальный файл) кто владелец права (атрибуты) файла время модификации/создания файла адреса блоков, из которых состоит файл что-то еще...

ОБЛАСТЬ ДАННЫХ. В этой области расположены блоки с данными фай лов. Незанятые блоки провязаны в СПИСОК СВОБОДНЫХ БЛОКОВ

Файлы бывают двух основных типов. ФАЙЛ, КАТАЛОГ.

ФАЙЛ - он и есть файл.

КАТАЛОГ - файл фиксированного формата: состоит из строчек с именами файлов, входящих в каталог

имя_файла1 Номер_Инода1

имя_файла2 Номер_Инода2

Чтобы получить доступ к файлу по имени, операционная система находит это имя в каталоге, содержащем файл, берет Номер_Инода файла, по номеру находит inod в области inodов, из inodа берет адреса блоков, в которых расположены данные файла, по адресам блоков считывает блоки из области данных.

В мире ОС UNIX по историческим причинам термин "файловая система" является перегруженным, обозначая одновременно иерархию каталогов и файлов и часть ядра, которая управляет каталогами и файлами. Видимо, было бы правильнее называть иерархию каталогов и файлов архивом файлов, а термин "файловая система" использовать только во втором смысле. Однако, следуя традиции ОС UNIX, мы будем использовать этот термин в двух смыслах, различая значения по контексту.

Каждый каталог и файл файловой системы имеет уникальное полное имя (в ОС UNIX это имя принято называть full pathname - имя, задающее полный путь, поскольку оно действительно задает полный путь от корня файловой системы через цепочку каталогов к соответствующему каталогу или файлу; мы будем использовать термин "полное имя", поскольку для pathname отсутствует благозвучный русский аналог). Каталог, являющийся корнем файловой системы (корневой каталог), в любой файловой системе имеет предопределенное имя "/" (слэш). Полное имя файла, например, /bin/sh означает, что в корневом каталоге должно содержаться имя каталога bin, а в каталоге bin должно содержаться имя файла sh. Коротким или относительным именем файла (relative pathname) называется имя (возможно, составное), задающее путь к файлу от текущего рабочего каталога (существует команда и соответствующий системный вызов, позволяющие установить текущий рабочий каталог).

В каждом каталоге содержатся два специальных имени, имя ". ", именующее сам этот каталог, и имя ". ", именующее "родительский" каталог данного каталога, т.е. каталог, непосредственно предшествующий данному в иерархии каталогов.

Рис.2.1 Структура каталогов файловой системы UNIX поддерживает многочисленные утилиты, позволяющие работать с файловой системой и доступные как команды командного интерпретатора. Вот некоторые из них (наиболее употребительные):

Структура файловой системы Файловая система обычно размещается на дисках или других устройствах внешней памяти, имеющих блочную структуру. Кроме блоков, сохраняющих каталоги и файлы, во внешней памяти поддерживается еще несколько служебных областей.

В мире UNIX существует несколько разных видов файловых систем со своей структурой внешней памяти. Наиболее известны традиционная файловая система UNIX System V (s5) и файловая система семейства UNIX BSD (ufs). Файловая система s5 состоит из четырех секций (рисунок 2.2,a). В файловой системе ufs на логическом диске (разделе реального диска) находится последовательность секций файловой системы (рисунок 2.2,b).

Рис.2.2 Структура внешней памяти файловых систем s5 и ufs

Кратко опишем суть и назначение каждой области диска.

Boot-блок содержит программу раскрутки, которая служит для первоначального запуска ОС UNIX. В файловых системах s5 реально используется boot-блок только корневой файловой системы. В дополнительных файловых системах эта область присутствует, но не используется.

Суперблок - это наиболее ответственная область файловой системы, содержащая информацию, которая необходима для работы с файловой системой в целом. Суперблок содержит список свободных блоков и свободные i-узлы (information nodes - информационные узлы). В файловых системах ufs для повышения устойчивости поддерживается несколько копий суперблока (как видно из рисунка 2.2,b, по одной копии на группу цилиндров). Каждая копия суперблока имеет размер 8196 байт, и только одна копия суперблока используется при монтировании файловой системы (см. ниже). Однако, если при монтировании устанавливается, что первичная копия суперблока повреждена или не удовлетворяет критериям целостности информации, используется резервная копия.

Блок группы цилиндров содержит число i-узлов, специфицированных в списке i-узлов для данной группы цилиндров, и число блоков данных, которые связаны с этими i-узлами. Размер блока группы цилиндров зависит от размера файловой системы. Для повышения эффективности файловая система ufs старается размещать i-узлы и блоки данных в одной и той же группе цилиндров.

Список i-узлов (ilist) содержит список i-узлов, соответствующих файлам данной файловой системы. Максимальное число файлов, которые могут быть созданы в файловой системе, определяется числом доступных i-узлов. В i-узле хранится информация, описывающая файл: режимы доступа к файлу, время создания и последней модификации, идентификатор пользователя и идентификатор группы создателя файла, описание блочной структуры файла и т.д.

Блоки данных - в этой части файловой системы хранятся реальные данные файлов. В случае файловой системы ufs все блоки данных одного файла пытаются разместить в одной группе цилиндров. Размер блока данных определяется при форматировании файловой системы командой mkfs и может быть установлен в 512, 1024, 2048, 4096 или 8192 байтов.

Список литературы

1. Кристиан К. Операционная система UNIX. - М., Финансы и статистика, 1985, 320 стр.

2. Баурн С. Операционная система UNIX. - М., Мир, 1986, 464 стр.

3. www.Informatics technics.ru