Модифицируемость файлов

Структура файла

Для любой файловой службы, независимо от того, централизована она или распределена, самым главным является вопрос, что такое файл? Во многих системах, таких как UNIX и Windows, файл — это не интерпретируемая последовательность байтов. Значение и структура информации в файле является заботой прикладных программ, операционную систему это не интересует. В ОС мэйнфреймов поддерживаются разные типы логической организации файлов, каждый с различными свойствами. Файл может быть организован как последовательность записей, и у операционной системы имеются вызовы, которые позволяют работать на уровне этих записей.

Большинство современных сетевых файловых систем поддерживают определение файла как последовательности байтов, а не последовательности записей, следуя примеру локальных файловых систем. Структура файла естественным образом отражается на типе сетевого файлового интерфейса, поддерживающего для неструктурированных файлов чтение любой области в файле, а для структурированных — только записей определенного формата.

Важным аспектом файловой модели является возможность модификации файла после его создания. В большинстве сетевых файловых систем файлы могут модифицироваться, но в некоторых распределенных системах единственными операциями с файлами являются create (создать) и read (прочитать). Такие файлы называются неизменяемыми. Для неизменяемых файлов намного легче осуществить кэширование файла и его репликацию (тиражирование), так как исключаются все проблемы, связанные с обновлением всех копий файла при его изменении. В файловых системах, работающих с немодифицируемыми файлами, проблемы поддержки многочисленных версий файла, возникающих при его модификации, перекладываются на плечи пользователей, которые должны давать им имена, отражающие тот факт, что все множество файлов имеет близкое содержание, и в то же время позволяющие различать версии файлов.

Семантика разделения файлов

Когда два или более пользователей разделяют один файл, необходимо точно определить семантику чтения и записи, чтобы избежать проблем с интерпретацией результирующих данных файла.

• Семантика UNIX. В централизованных многопользовательских операционных системах, разрешающих разделение файлов, таких как UNIX (имеется в виду локальная версия этой ОС), обычно определяется, что когда операция чтения следует за операцией записи, то читается только что обновленный файл. Аналогично, когда операция чтения следует за двумя операциями записи, то читается файл, измененный последней операцией записи. Тем самым система придерживается абсолютного временного упорядочивания всех операций и всегда возвращает самое последнее значение данных. Если запись осуществляется в открытый многими пользователями файл, то все эти пользователи немедленно видят результат изменения данных файла. Обычно такая модель называется семантикой UNIX. В централизованной системе, где файлы хранятся в единственном экземпляре, ее легко и понять, и реализовать.

Семантика UNIX может быть обеспечена и в распределенных системах, но только если в ней имеется лишь один файловый сервер и клиенты не кэширу-ют файлы. Для этого все операции чтения и записи направляются на файловый сервер, который обрабатывает их строго последовательно. На практике, однако, производительность распределенной системы, в которой все запросы к файлам идут на один сервер, часто становится неудовлетворительной. Эта проблема иногда решается за счет разрешения клиентам обрабатывать локальные копии часто используемых файлов в своих личных кэшах. Если клиент сделает локальную копию файла в своем локальном кэше и начнет ее модифицировать, а вскоре после этого другой клиент прочитает этот файл с сервера, то он получит неверную копию файла. Одним из способов устранения этого недостатка является немедленный возврат всех изменений в кэшированном файле на сервер. Такой подход хотя и концептуально прост, но не эффективен. Распределенные файловые системы обычно используют более свободную семантику разделения файлов.

• Сеансовая семантика. В соответствии с этой моделью изменения в открытом файле сначала видны только процессу, который модифицирует файл, и только после закрытия файла эти изменения могут видеть другие процессы. При использовании сеансовой семантики возникает проблема одновременного использования одного и того же файла двумя или более клиентами. Одним из решений этой проблемы является принятие правила, в соответствии с которым окончательным является тот вариант, который был закрыт последним. Однако из-за задержек в сети часто оказывается трудно определить, какая из копий файла была закрыта последней. Менее эффективным, но гораздо более простым в реализации является вариант, при котором окончательным результирующим файлом на сервере считается любой из этих файлов, то есть результат операций над файлом не является детерминированным.
• Семантика неизменяемых файлов. Следующий подход к разделению файлов заключается в том, чтобы сделать все файлы неизменяемыми. Тогда файл нельзя открыть для записи, а можно выполнять только операции create (создать) и read (читать). Тогда для изменения файла остается только возможность создать полностью новый файл и поместить его в каталог под новым именем. Следовательно, хотя файл и нельзя модифицировать, его можно заменить (автоматически) новым файлом. Таким образом, проблема, связанная с одновременным использованием файла, для файловой системы просто исчезнет, но с ней столкнутся пользователи, которые будут вынуждены вести учет имен своих копий модифицированного файла.
• Транзакционная семантика. Четвертый способ работы с разделяемыми файлами в распределенных системах — это использование механизма неделимых транзакций, достаточно подробно описанного в главе 8 «Дополнительные возможности файловых систем».

Дата добавления: 2014-01-05