5.3.1 I-wezly Do spisu tresci tematu 5 5.3.1 I-wezly Spis tresci Wprowadzenie i EXT2 I-wezly na dysku I-wezly w pamieci Bibliografia Wprowadzenie i EXT2 System plikow EXT2 rozni sie znacznie od innych, uzywanych w starszych Unixach systemow plikow. Dopuszcza on np. fragmenty, a wiec zapis i odczyt nie calego, ale czesci bloku. Standardowo jednak rozmiar fragmentu jest rowny rozmiarowi bloku i wynosi 1024 bajty (max 4096). Inna nowoscia jest zastosowanie grup, ktore przyspieszaja dostep do i-wezlow i blokow dyskowych. Kazdy system plikow EXT2 sklada sie z grup, bedacych ciagami blokow uporzadkowanych jak w tabelce: SuperBlok DekryptorySystemuPlikow MapaZajetosciBlokow MapaZajetosciI-wezlow TablicaI-wezlow BlokiDanych gdzie mapy zajetosci sa bitowymi mapami, przechowujacymi informacje o tym, ktore z blokow (i-wezlow) sa wolne - informacja ta jest wykorzystywana przy przydziale nowego bloku (i-wezla). Nie jest wiec tak, jak opisuje to pan Bach, ale tak, jakby system plikow EXT2 skladal sie z wielu malych systemow plikow, funkcjonujacych razem, ale stanowiacych oddzielne calosci. Maksymalny rozmiar pojedynczej grupy wynosi 128MB, ale zazwyczaj sa one mniejsze. Grupy nagrywane sa jedna za druga i (za wyjatkiem ostatniej) maja staly rozmiar. Pomimo tego, ze kazda grupa ma swoja kopie superbloku, wykorzystywany przy starcie i ladowany do pamieci jest superblok pierwszej grupy. Superbloki pozostalych grup moga byc uzyteczne w przypadku np. awarii systemu - pozwola odzyskac czesc danych. Pliki sa reprezentowane w systemie plikow (fs) za pomoca i-wezlow (i-node), ktore zawieraja niezbedne dla systemu dane o pliku. Dane te dotycza takich rzeczy jak typ pliku, jego rozmiar, polozenie danych czy prawa dostepu. Chociaz plik moze miec wiele nazw (links), kazdemu plikowi (takze katalogowi) odpowiada dokladnie jeden i-wezel. Praktycznie przy kazdym korzystaniu z pliku uzywa sie jego i-wezla, nalezy przy tym odroznic operacje na pliku od operacji na i-wezle. Operacjami na pliku sa np. zmiany jego rozmiaru i zawartosci, natomiast zmiana praw dostepu jest juz operacja na i-wezle. I-wezly na dysku Informacja o plikach zawarta w i-wezlach jest przechowywana na dysku w postaci liniowej tablicy i-wezlow. W systemie EXT2 kazda grupa ma swoja tablice i-wezlow, znajdujaca sie w blokach dysku poprzedzajacych bloki danych. Ilosc blokow zarezerwowanych na te tablice ustala administrator w czasie instalacji systemu, a standardowo wynosi ona 3072(NR_INODE). Poczatkowe numery i-wezlow sa zarezerwowane, np. i-wezel o numerze 2 (EXT2_ROOT_INO) jest i-wezlem korzenia systemu plikow. I-wezel na dysku reprezentowany jest przez strukture ext2_inode, ktora znajduje sie w pliku /include/linux/ext2_fs.h. Po obcieciu niektorych pol wyglada ona nastepujaco: struct ext2_inode{ __u16 i_mode; /* typ pliku - zwykly, katalog, FIFO, specjalny..., 0 gdy wolny */ __u16 i_uid; /* identyfikator wlasciciela pliku */ __u32 i_size; /* rozmiar pliku w bajtach - ograniczenie do 4GB*/ __u32 i_atime; /* ostatni czas dostepu */ __u32 i_ctime; /* czas utworzenia */ __u32 i_mtime; /* czas ostatnich zmian */ __u32 i_dtime; /* czas skasowania */ __u16 i_gid; /* identyfikator grupy wlasciciela pliku */ __u16 i_links_count; /* ilosc dowiazan do pliku */ __u32 i_blocks; /* ilosc blokow dyskowych zajmowanych przez plik */ __u32 i_flags; /* m.in. prawa dostepu do pliku */ ...... __u32 i_block[EXT2_N_BLOCKS]; /* adresy blokow na reprezentacje pliku */ } W i-wezle nie przechowuje sie nazw dowiazan do pliku !!! I-wezly w pamieci Aby przyspieszyc dostep do i-wezlow, pewna ich ilosc ich kopii jest przechowywana w pamieci, przy czym sa one trzymane w tablicy list mieszajacych oraz na liscie wolnych i-wezlow. Tablica ta w Linuxie 2.0 ma rozmiar wyznaczony przez stala NR_IHASH = 512. Wszystkie listy sa organizowane jako dwukierunkowe listy liniowe bez wartownikow. W zwiazku z taka organizacja informacji kopia i-wezla znajdujaca sie w pamieci glownej musi byc rozszerzona o pola informujace o : logicznym numerze urzadzenia systemu plikow indeksie w dyskowej tablicy i-wezlow liczbie aktywnych wcielen pliku, czyli ile razy zostal otwarty(w tym stworzenie pliku) wskaznikach na inne i-wezly. W pamieci fizycznie znajdowac sie moze tylko jedna kopia i-wezla, natomiast moze sie ona znajdowac w tablicy mieszajacej i na liscie wolnych i-wezlow wskaznik na super blok urzadzenia, do ktorego nalezy i-wezel semafor (byc moze potrzebny w niektorych funkcjach) struktury zawierajace wskazniki do funkcji operacyjnych,zaleznych od systemu plikow, do ktorego nalezy dany i-wezel, stanie i-wezla, w tym: czy ma on zalozona blokade czy jakis proces czeka na zdjecie blokady (kolejka wait_queue) czy kopia w pamieci rozni sie od informacji na dysku czy plik jest plikiem zamontowania - tu wskaznik na i_mount informacja o grupie, do ktorej nalezy i-wezel Pelna struktura kopii i-wezla przechowywanej w pamieci glownej jest zawarta w strukturze inode, ktora znajduje sie w pliku /include/linux/fs.h. I-wezel jest jednoznacznie identyfikowany przez numer urzadzenia oraz indeks w tablicy i-wezlow na tym urzadzeniu (w EXT2 istotny jest takze numer grupy). W pamieci glownej moze znajdowac sie jedna i tylko jedna kopia i-wezla, stad mozliwosc zalozenia blokady na i-wezel oraz kolejka czekajacych na jej zdjecie - jako rozwiazanie problemu wzajemnego wykluczania. Stosuje sie przy tym metode zwalniania wszystkich czekajacych procesow przy zdjeciu blokady. Celem tablicy mieszajacej jest przyspieszenie dostepu do i-wezlow. I-wezel znajduje sie w odpowiedniej liscie w tablicy mieszajacej, jezeli zawiera informacje z danego i-wezla na dysku tzn. jezeli jakis proces przedtem tego i-wezla uzywal. W liscie wolnych i-wezlow moze znalezc sie i-wezel, ktorego licznik wcielen (i_count) wynosi 0. Licznik ten jest zwiekszany przy otwieraniu a zmniejszany przy zamykaniu pliku. Zatem liste wolnych i-wezlow mozna traktowac jako pule nieaktywnych i-wezlow, ktore w razie potrzeby mozna przydzielic dowolnemu i-wezlowi na dysku. W Linuxie 2.0 znajduje sie tablica dwukierunkowych list liniowych static struct inode_hash_entry { struct inode * inode; int updating; } hash_table[NR_IHASH]; odpowiedzialna za implementacje tablicy mieszajacej. Rozmiar tej tablicy (stala NR_IHASH) wynosi 512 w Linuxie 2.0, natomiast funkcja mieszajaca dana jest wzorem: hash(dev,no)=(dev ^ no) % NR_IHASH Na tablicy mieszajacej wykonywane sa nastepujace operacje: hash(kdev_t, int) - zwraca liste i-wezlow insert_inode_hash(struct inode *) - wklada na poczatek odp. listy mieszajacej remove_inode_hash(struct inode *) - usuwa z odp. listy mieszajacej UWAGA: Pole updating jest potrzebne, zeby nie mozna bylo skasowac i-wezla jezeli ktos na niego czeka (czeka na zdjecie blokady np.). Inaczej jest to licznik procesow mieszajacych w kolejce mieszajacej. Jest to zabezpieczenie dla spiacego na blokadzie procesu np. w iget(), zeby nikt juz nie zmienil mu niczego w i-wezle, na ktory wskaznik zostal juz pobrany. Lista wolnych i-wezlow jest dwukierunkowa lista liniowa, ktorej poczatek jest trzymany na globalnej zmiennej first_inode. Na liscie tej wykonywane sa nastepujace operacje: insert_inode_free(struct inode *) - dolacza na poczatek listy void remove_inode_free(struct inode *) - usuwa z listy put_last_free(struct inode *) - podlacza na poczatek listy, przed first_inode, ale nie przesuwa wskaznika first_inode. Tak jakby wstawia przed liste W systemie istnieje takze globalna kolejka inode_wait, jest to kolejka procesow czekajacych na wolny i-wezel w calym systemie. Bibliografia Pliki zrodlowe Linuxa: /include/linux/fs.h /include/linux/ext2_fs.h /fs/inode.c /fs/ext2/inode.c Maurice J. Bach "Budowa systemu operacyjnego Unix" - rozdzial 4 Linux Kernel Hackers Guide Autor: Tomasz Lasica