Физическая организация файловой системы

Физическое расположение файловой системы на диске показано на рис. 4.3, а организация файловой системы на диске — на рис. 4.4. Эта система включает следующие компоненты.

Рис. 4.3. Расположение блоков в файловой системе^[1]

• • заблокированные поля для списка свободных блоков и свободных индексов;
• • флаг, показывающий, что в суперблок были внесены изменения.

Рис. 4.4. Структура файловой системы

3. 1-узлы (i-node), представляющие собой последовательность блоков, расположенную за суперблоком, каждый из которой содержит ссылки на просто блоки. В ОС /-узел является также структурой данных в памяти вычислительной системы, которая необходима ядру для выполнения операций обмена данными с устройствами. Один /-узел может быть использован несколькими процессами. В /-узле хранится вся информация, которая необходима ядру для работы с файлом.

Дисковые индексные узлы включают в себя следующие поля:

• • идентификатор владельца файла. Права собственности разделены между индивидуальным владельцем и «групповым» и тем самым помогают определить круг пользователей, имеющих права доступа к файлу. Суперпользователь имеет право доступа ко всем файлам в системе;
• • тип файла. Файл может быть файлом обычного тина, каталогом, специальным файлом, соответствующим устройствам ввода-вывода символами или блоками, а также абстрактным файлом канала (организующим обслуживание запросов в порядке поступления, например, «первым пришел — первым вышел»). В UNIX принято подразделять файлы на восемь типов:
  • — обычные файлы,
  • — каталоги,
  • — специальные файлы бит-ориентированных устройств,
  • — специальные файлы байт-ориентированных устройств,
  • — специальные файлы для работы в сети — сокеты,
  • — жесткие ссылки,
  • — гибкие ссылки (псевдонимы),
  • — каналы (именованные каналы);
• • права доступа к файлу. Система разграничивает права доступа к файлу для трех классов пользователей: индивидуального владельца файла, группового владельца и прочих пользователей; каждому классу выделены определенные права на чтение, запись и исполнение файла, которые устанавливаются индивидуально. Поскольку каталоги как файлы не могут быть исполнены, разрешение на исполнение в данном случае интерпретируется как право производить поиск в каталоге по имени файла;
• • календарные сведения, характеризующие работу с файлом, — время внесения последних изменений в файл, время последнего обращения к файлу, время внесения последних изменений в индекс;
• • число указателей на файл, означающее количество имен, используемых при поиске файла в иерархии каталогов;
• • таблица адресов па диске, в которых располагается информация файла. Хотя пользователи трактуют информацию в файле как логический поток байтов, ядро может расположить эти данные в несоприкасающихся дисковых блоках. Дисковые блоки, содержащие информацию файла, указываются в индексе;
• • размер файла. Данные в файле адресуются с помощью смещения в байтах относительно начала файла, начиная со смещения, равного нулю, поэтому размер файла в байтах на единицу больше максимального смещения. Например, если пользователь создает файл и записывает только 1 байт информации по адресу со смещением 1000 от начала файла, то размер файла составит 1001 байт. В индексе отсутствует составное имя файла, необходимое для осуществления доступа к файлу.
• 4. Информационные блоки — физические блоки, занимают оставшееся место на физическом устройстве. В этих блоках хранится находящаяся в файлах информация. Отдельно взятый информационный блок может принадлежать одному и только одному файлу в файловой системе.

Использование понятия блока данных введено для повышения производительности дисковых операций. Понятно, что скорость обмена данными блоками по 2 Кбайт будет выше, чем 1-Кбайтными, а 4-килобайтными — еще быстрее. Иными словами, для повышения скорости операций с файлами нужно максимизировать размер блока файловой системы. В то же время увеличение размера блока приводит к неэкономному распределению дискового пространства за счет образующихся пустот в файлах. Например, если нам нужно сохранить текст размером в 400 байт на диске с размером блока 4 Кбайта, то очевидно, что занятое место в блоке составит всего 10%.

• [1] Загрузочный блок — самый первый блок диска (блок 0), содержащий информацию, необходимую для первоначальной загрузки ОС. Блокзагрузки располагается в начале пространства, отведенного иод файловую систему, обычно в первом секторе, и содержит программу начальнойзагрузки, которая считывается в машину при загрузке или инициализацииОС. Хотя для запуска системы требуется только один блок загрузки, каждая файловая система имеет свой (возможно даже пустой) блок загрузки. 2. Суперблок (зирег_Ыоск) — фактически первый блок локальнойфайловой системы каждого конкретного устройства, который содержитинформацию обо всей файловой системе устройства и о точке монтирования файловой системы. Суперблок состоит из следующих полей: • размер файловой системы; • количество свободных блоков в файловой системе; • список свободных блоков, имеющихся в файловой системе; • индекс следующего свободного блока в списке свободных блоков; • размер списка индексов, количество свободных индексов в файловойсистеме; • список свободных индексов в файловой системе; • следующий свободный индекс в списке свободных индексов;