Файловая система. Управление файлами

Файловая система – часть ОС, назначение которой – организовать эффективную работу с данными, хранящимися во внешней памяти и обеспечить удобный интерфейс при работе с ними.

Хранение информации на магнитном диске требует хорошего знания устройства контроллера диска, особенности работы с его архитектурой. Непосредственное взаимодействие с диском – прерогатива компоненты системы I/O ОС – драйвера диска. Чтобы избавить пользователя от взаимодействия с аппаратурой, была применена ясная абстрактная модель файловой системы, т.к. операции запись/чтение проще, чем многоуровневые операции по работе с устройством.

Основная идея использования памяти: ОС делит память на блоки фиксированного размера, файл, обычно представляющий собой неструктурированную последовательность однобайтовых записей, хранится в виде последовательных блоков, необязательно смежных, каждый блок хранит целое число записей, в некоторых ОС, например, MS Windows, адреса блоков, содержащих данные файла, могут быть организованы в связанный список и вынесены в отдельную таблицу файлов. В других ОС (Unix) адреса блоков данных файла хранятся в отдельном блоке внешней памяти – индексе (индексный узел, файловый дескриптор). Этот приём – индексация, наиболее распространен для приложений, требующих произвольный доступ к записям файла. Индекс файла состоит из элементов, каждый из которых содержит номер блока в файле и сведение о местоположении данного блока. Считывание очередного байта производится с текущей позиции, которая характеризуется смещением от начала файла. Зная размер блока, можно вычислить номер блока, содержащего текущую позицию, адрес же нужного блока можно извлечь из индекса файла.

Базовой операцией по отношению к файлу является чтение блока с диска и перенос в буфер, находящийся в основной памяти. Файловая система позволяет при помощи системы справочников (каталоги, папки, директории) связать уникальное имя файла с блоками вторичной памяти, содержащими данные файла. Иерархическая структура каталогов, используемая для управления файлами, является другим примером индексной структуры. В этом случае каталоги или папки играют роль индекса, каждый из которых содержит ссылки на свои подкаталоги, с этой точки зрения, вся файловая система компьютера представляет собой большой индексированный файл. Помимо собственно файлов и структур, используемых для управления (файлы, каталоги, файловые дескрипторы), файловая система включает программные средства, реализующие различные операции над файлами.

Основные функции файловой системы:

-идентификация файлов, связывание имени файла с выделенным ему пространством внешней памяти;

-распределение внешней памяти между файлами, чтобы для работы с конкретным файлом не требовалась информация о местоположении этого файла на внешнем носителе информации;

-обеспечение надежности, отказоустойчивости, поскольку стоимость информации может во много раз превышать стоимость компьютера;

-обеспечение защиты от несанкционированного доступа;

-обеспечение совместного доступа к файлам;

-обеспечение высокой производительности.

Говорят, что файл – именованный набор связанной информации, записанный во вторичную память. С точки зрения пользователя, файл – единица внешней памяти, т.е. данные, записанные на диск должны быть в составе какого-либо файла.

46.Общая структура файловой системы:

		Логические блоки (от 1 до N), разделы диска, логические диски

Логическая подсистема функции: поддержка иерархической древовидной структуры, системные вызовы, работающие с PATHNAME – полным именем файла, защита файлов.

Базисная подсистема функции: алгоритмы выделения блоков диска и соответствующие структуры файла (менеджер свободного пространства, системные вызовы, работающие с дескриптором файла, таблицы открытых файлов, монтирование файловых систем, реализация разделяемых файлов).

Нижний уровень – оборудование. В первую очередь, магнитные диски с подвижными головками, основные устройства внешней памяти, представляющие собой пакеты магнитных пластин, между которыми на одном рычаге передвигается пакет магнитных головок. Шаг движения пакета головок дискретный и каждому его положению соответствует цилиндр магнитного диска. Цилиндры делятся на дорожки, а каждая дорожка размещается на одно и то же количество блоков (секторов), т.о., что в каждый блок можно записать максимально одно и то же число байт. Т.о., для отдельных магнитных дисков, на уровне аппаратуры нужно узнать № цилиндра, № поверхности, № блока на соответствующей дорожке и число байт, которые нужно записать/прочитать от начала этого блока. Т.о., диски м.б. разбиты на блоки фиксированного размера и можно непосредственно получить доступ к любому блоку (организовать прямой доступ к файлам).

Непосредственно с дисками взаимодействует часть ОС – система I/O, которая представляет в распоряжение файловой системы используемое дисковое пространство в виде непрерывной последовательности блоков фиксированного размера. Система I/O 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 0 (т.е. от 0 до N). Размер логических блоков файла совпадает или является кратным размеру физического блока диска и м.б. задан кратным размеру страницы виртуальной памяти.

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 (дерево, директорию) для предоставления модулю базисной подсистемы необходимую информацию, исходя из символического имени файла. Она отвечает за реализацию доступа к файлам. Стандартный запрос на открытие или создание файлов поступает от прикладной программы к логической подсистеме.

Логическая подсистема, используя структуру директорий, проверяет права доступа и вызывает базисную 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 этого файла. В MS Windows он называется “handle”. Дескриптор файла является ссылкой на файл в таблице открытых файлов и используется в запросе прикладной программы на чтение/запись этого файла.

Запись в таблице открытых файлов указывает через систему выделения блоков диска на блоки данного файла. Если к моменту открытия файл используется другим процессом, т.е. содержится в таблице открытых файлов, то после проверки прав доступа, файл м.б. организован в совместный доступ, при этом новому процессу также возвращается дескриптор – ссылка на этот файл в таблице открытых файлов.

Дата добавления: 2014-01-13