Systemy operacyjne / System plików
System plików
ZarzÄ…dzanie plikami
·ð system zarzÄ…dzania plikami częściÄ… systemu operacyjnego,
·ð dane wejÅ›ciowe aplikacji pobierane z plików,
·ð dane wyjÅ›ciowe aplikacji zachowywane w plikach w celu dÅ‚ugookresowego
przechowywania.
Pojęcia dotyczące plików:
Pole  podstawowa jednostka danych, zawiera pojedynczą wartość,
charakteryzujÄ…ca siÄ™ rozmiarem i typem danych,
Rekord  kolekcja powiązanych pól, traktowany jako pewna całość,
Plik  kolekcja podobnych rekordów, traktowany jako pewna całość identyfikowana
przez unikatową nazwę pliku, dostęp do pliku może być ograniczony poprzez prawa
dostępu,
Baza danych  kolekcja powiązanych danych z określonymi relacjami pomiędzy
poszczególnymi danymi.
Typowe operacje
·ð pobierz wszystko,
·ð pobierz jeden,
·ð pobierz nastÄ™pny,
·ð pobierz poprzedni,
·ð wstaw jeden,
·ð usuÅ„ jeden,
·ð zaktualizuj jeden,
·ð pobierz kilka.
System zarzÄ…dzania plikami
·ð system udostÄ™pniajÄ…cy wyÅ‚Ä…cznÄ… metodÄ™ dostÄ™pu do plików,
·ð jego istnienie uwalnia od koniecznoÅ›ci implementacji wÅ‚asnych metod
dostępu.
Zadania systemu zarzÄ…dzania plikami
·ð oferowanie metod zarzÄ…dzania danymi speÅ‚niajÄ…cych wymagania
użytkowników,
·ð gwarantowanie prawidÅ‚owoÅ›ci przechowywania danych w plikach,
·ð optymalizowanie wydajnoÅ›ci,
·ð udostÄ™pnianie obsÅ‚ugi wejÅ›cia/wyjÅ›cia dla jak najwiÄ™kszy klasy urzÄ…dzeÅ„ do
przechowywania danych,
Systemy operacyjne / System plików
·ð minimalizacja bÄ…dz
eliminacja potencjalnych możliwości uszkodzenia bądz

utracenia danych,
·ð udostÄ™pnianie obsÅ‚ugi wejÅ›cia/wyjÅ›cia dla wielu użytkowników,
Minimalny zestaw wymagań wobec systemu plików:
·ð każdy użytkownik powinien móc tworzyć i modyfikować pliki,
·ð każdy użytkownik powinien mieć kontrolowany dostÄ™p do plików innych
użytkowników,
·ð każdy użytkownik powinien móc kontrolować dostÄ™p do wÅ‚asnych plików,
·ð każdy uzytkownik powinien móc zmieniać strukturÄ™ wÅ‚asnych plików na
potrzeby aplikacji,
·ð każdy użytkownik powinien móc przemieszczać dane miÄ™dzy plikami,
·ð każdy użytkownik powinien móc przechowywać i odtwarzać pliki w przypadku
uszkodzenia,
·ð każdy użytkownik powinien móc odwoÅ‚ywać siÄ™ do plików poprzez nazwy
symboliczne.
Systemy operacyjne / System plików
Sterowniki urządzeń (device drivers)
·ð najniższy poziom,
·ð bezpoÅ›rednia komunikacja z urzÄ…dzeniami peryferyjnymi,
·ð odpowiedzialne za inicjalizacjÄ™ operacji na urzÄ…dzeniach wejÅ›cia/wyjÅ›cia,
·ð kontrolujÄ… zakoÅ„czenie realizacji zleceÅ„ wejÅ›cia/wyjÅ›cia.
Podstawowy system plików (basic file system)
·ð wymieniajÄ… bloki danych,
·ð zarzÄ…dzajÄ… lokacjÄ… bloków,
·ð zarzÄ…dzajÄ… buforowaniem bloków w pamiÄ™ci głównej.
Podstawowy zarządca wejścia/wyjścia (basic I/O supervisor)
·ð odpowiedzialny za inicjacjÄ™ i zakoÅ„czenie plikowych operacji wejÅ›cia/wyjÅ›cia,
·ð zarzÄ…dza strukturami kontrolnymi,
·ð zarzÄ…dza szeregowaniem dostÄ™pu w celu optymalizacji wydajnoÅ›ci,
·ð część systemu operacyjnego.
Logiczne wejście/wyjście (logical I/O)
·ð umożliwia użytkownikom i aplikacjom dostÄ™p do rekordów,
·ð udostÄ™pnia mechanizm wejÅ›cia/wyjÅ›cia dla rekordów,
·ð zarzÄ…dza podtsawowymi danymi dotyczÄ…cymi plików.
Metody dostępu (access methods)
·ð odzwierciedlajÄ… różne struktury plików,
·ð różne metody przechowywania i przetwarzania danych.
Systemy operacyjne / System plików
Funkcje systemu plików
·ð identyfikacja i lokalizacja wybranych plików,
·ð wykorzystanie katalogów w celu opisania lokacji i atrybutów poszczególnych
plików,
·ð na systemach z dzieleniem plików zarzÄ…dzanie dostÄ™pem użytkowników do
plików,
·ð blokowanie podczas dostÄ™pu do plików,
·ð alokacja wolnych bloków dla plików,
·ð zarzÄ…dzanie przestrzeniÄ… wolnych bloków.
Kryteria organizacji plików
·ð Szybki dostÄ™p
o potrzebny gdy odwołujemy się do pojedynczych rekordów,
o nie wymagany w trybie wsadowym.
·ð A
atwość aktualizacji
o pliki na CD ROM nie są aktualizaowane, tak więc tam nie trzeba tego
aspektu rozpatrywać.
·ð Efektywność przechowywania
o dążenie do minimalizacji redundancji,
Systemy operacyjne / System plików
o redundancja może być wykorzystywana do przyspieszenia dostępu, np.
poprzez indeksowanie.
·ð A
atwość zarządzania,
·ð Niezawodność.
Organizacja plików
·ð sterta
o dane gromadzone w kolejności nadejścia,
o celem akumulacja masy danych i przechowanie ich,
o rekordy mogą mieć różne pola,
o nie ma struktury,
o dostęp do rekordów przez długie wyszukiwanie.
·ð plik sekwencyjny
o ustalony format rekordów,
o rekordy tej samej długości,
o wszystkie pola takie same (porzÄ…dek i rozmiar),
o nazwy i długości pól atrybutami pliku,
o wyróżnione pole kluczowe
·ð klucz identyfikuje rekord,
·ð rekordy przechowywane zgodnie z sekwencjÄ… klucza,
o nowe rekordy umieszczane w pliku rejestrowym bÄ…dz
transakcyjnym,
o wykorzystywana wsadowa aktualizacja w celu połączenia pliku
rejestrowego z plikiem głównym.
·ð indeksowany plik sekwencyjny
o indeksy umożliwiają szybki dostęp do docelowego rekordu,
żð zawierajÄ… pole klucza i wskaz
nik do głównego pliku,
żð zbiór indeksów jest przeszukiwany w celu znalezienia klucza,
który jest równy bądz
minimalnie mniejszy od klucza docelowego
rekordu,
żð wyszukiwanie jest kontynuowane w pliku głównym od pozycji
wskazanej przez wskaz
nik w znalezionym indeksie.
o nowe rekordy sÄ… dodawane do pliku nadmiarowego,
o rekord poprzedzajÄ…cy ma ustawione wskazanie na nowy rekord,
o nadmiar jest łączony z plikiem głównym poprzez wsadową aktualizację,
o istnieje możliwość ustalenie wielu indeksów do tego samego pola w
celu zwiększenia efektywności.
·ð plik indeksowany
o używa wielu indeksów dla różnych pól,
o może zawierać pełny indeks dla każdego rekordu w pliku głównym,
o może zawierać indeks częściowy.
·ð pliki z kodowaniem mieszajÄ…cym
Systemy operacyjne / System plików
o bezpośrednio odwołują się do bloków o znanym adresie,
o wymóg istnienia pola kluczowego dla każdego rekordu.
Katalogi plików
·ð zawierajÄ… informacje o plikach: atrybuty, lokalizacjÄ™,id wÅ‚aÅ›ciciela,
·ð katalog jest plikiem posiadanym przez system operacyjny,
·ð udostÄ™pnia odwzorowanie pomiÄ™dzy nazwami plików a samymi plikami.
Struktury organizacji katalogów
·ð struktura prosta, plik sekwencyjny,
·ð struktura dwupoziomowa, katalog główny + po katalogu każdego użytkownika,
·ð struktura hierarchiczna,
o pliki identyfikowane przez ścieżkę,
o możliwe te same nazwy plików w różnych gałęziach,
o pojęcie katalogu bieżącego, odwołanie relatywne wobec katalogu
bieżącego,
Dzielenie plików
Dwa aspekty dzielenia plików:
·ð prawa dostÄ™pu,
·ð zarzÄ…dzanie jednoczesnymi odwoÅ‚aniami.
Typy prawa dostępu, które można przyporządkować uzytkownikom:
·ð żadne  użytkownik nie widzi pliku,
·ð wiedza  plik widziany i wiadomo kto go posiada,można poprosić o dostÄ™p,
·ð wykonanie  można tylko plik wykonać,
·ð odczyt  odczyt i wykonanie,
·ð dodawanie  tylko dodanie do pliku,
·ð aktualizacja  można dowolnie zmieniać,
·ð zmiana ohcrony,
·ð usuniÄ™cie.
Pojęcie właściciela pliku.
Dostęp równoczesny
·ð można blokować caÅ‚y plik bÄ…dz
wybrane rekordy,
·ð konieczność wzajemnego wykluczania i możliwość zakleszczeÅ„.
Rodzaje blokowania
·ð blokowanie rekordów o ustalonym rozmiarze (fixed blocking),
·ð blokowanie rekordów rozsianych o różnych rozmiarach (variable-length
spanned blocking),
Systemy operacyjne / System plików
·ð blokowanie rekordów nierozsianych o różnych rozmiarach (variable-length
unspanned blocking).
Systemy operacyjne / System plików
Zarządzanie pamięcią pomocniczą
·ð plikom musi być przydzielana pamięć,
·ð należy przechowywać opis pamiÄ™ci dostÄ™pnej do alokacji.
Metody alokacji plików
·ð alokacja ciÄ…gÅ‚a (contiguous allocation),
·ð alokacja Å‚aÅ„cuchcowa (chained allocation),
·ð alokacja indeksowana (indexed allocation),
Zarządzanie wolną pamięcią:
·ð tablice bitowe,
·ð Å‚aÅ„cuchowanie obszarów wolnych,
·ð indeksowanie,
·ð lista wolnych bloków.
Systemy operacyjne / System plików
Systemy operacyjne / System plików
Systemy operacyjne / System plików
ZarzÄ…dzanie plikami w systemie Unix
Wyróżniamy następujące typy plików:
·ð zwyczajne
·ð katalogi
ponadto, w systemie UNIX mamy:
·ð pliki specjalne reprezentujÄ…ce urzÄ…dzenia;
·ð inne reprezentujÄ…ce potoki (pipe), semafory, pamięć dzielonÄ….
Pliki specjalne dzielimy z kolei na:
·ð pliki reprezentujÄ…ce urzÄ…dzenia blokowe,
·ð pliki reprezentujÄ…ce urzÄ…dzenia znakowe.
Pliki specjalne sÄ… zgrupowane w katalogu /dev. W katalogu tym wpisane sÄ…
pseudourzÄ…dzenia i urzÄ…dzenia rzeczywiste.
Systemy operacyjne / System plików
Do pseudourządzeń należą m.in.:
/dev/console konsola systemowa
/dev/mem odwzorowanie PO
/dev/tty wirtualny terminal
/dev/null urzÄ…dzenie puste i tp.
Do urządzeń fizycznych należą m.in.:
/dev/fdn stacja dysków (floppy disk)
/dev/hdn dysk twardy (hard disk)
/dev/lp drukarka (line printer)
/dev/mtn stacja pamięci taśmowej
/dev/ttyn terminale i tp.
W konkretnym systemie pliki urządzeń mogą nosić inne nazwy.
W systemie UNIX dostęp do urządzeń blokowych jest dwojaki:
·ð buforowany
·ð surowy (raw).
W dostępie buforowanym system spełnia żądania procesów wywołujących funkcje
we/wy, dokonując przesłań ze wspólnej puli buforów. Pula ta (złożona z kilku pul o
różnych wielkościach bloków) jest wspólna dla wszystkich procesów w systemie.
W dostępie surowym system nie korzysta z puli buforów, a transfer logiczny
odpowiada transferowi fizycznemu. Oznacza to, że przesłanie danych może
odbywać się znacznie szybciej całymi ścieżkami (a nie pojedyńczymi blokami). To,
czy zostanie użyty kontakt surowy, czy buforowany zależy od rodzaju pliku.
Pliki buforowane to:
·ð zwykÅ‚e
·ð specjalne blokowe.
Pliki, które nie są buforowane, to pliki specjalne znakowe.
W systemie UNIX urządzenia surowe są nazywane niezbyt ściśle urządzeniami
znakowymi, co związane jest z tym, że dostęp do urządzeń surowych przebiega
poprzez takie same mechanizmy jak dla urządzeń znakowych (np. drukarek,
terminali).
Systemy operacyjne / System plików
Przyjęło się nadawać specjalnym plikom znakowym, dającym surowy dostęp do
urządzeń takie same nazwy jak urządzeniom blokowym, poprzedzając je literą r
(raw) np. /dev/rhdn.
Niektóre programy administracyjne wymagają zawsze surowego kontaktu.
Atrybuty pliku
Informacje o pliku są przechowywane w strukturze danych zwanych i-węzłem (i-
node). Węzeł pliku zawiera:
·ð zbiór informacji opisujÄ…cych plik (atrybuty pliku)
·ð opis organizacji fizycznej pliku (wskaz
niki na bloki danych).
Atrybuty pliku zawarte w i-węzle są następujące:
·ð typ pliku (zwykÅ‚y, katalogi, specjalne i tp.)
·ð liczba dowiÄ…zaÅ„ do pliku (każdy plik ma dokÅ‚adnie jeden i-wÄ™zeÅ‚ lecz może
mieć kilka nazw - wszytkie odnoszą się do tego i-węzła. Każdą nazwę
określa się jako dowiązanie (link))
·ð identyfikator wÅ‚aÅ›ciciela i jego grupy (Uid i Gid)
·ð prawa dostÄ™pu do pliku (wÅ‚aÅ›ciciel, grupa, inni)
·ð daty: utworzenia pliku, ostatniej modyfikacji, ostatniego dostÄ™pu do pliku.
Systemy operacyjne / System plików
W systemie Unix system plików (FS) jest zapisywany na dysku na ogół w
postaci 4 sekcji:
·ð blok 0 (boot block) wykorzystywany przy starcie systemu, do
Å‚adowania;
·ð blok 1 (superblok) zawiera informacje o strukturze FS;
·ð blok 2¸ðm (inodes) listy i-wÄ™złów (najczęściej 16 i-wÄ™złów w jednym bloku);
·ð blok m+1¸ðn, dane.
Informacje zawarte w superbloku są następujące:
·ð rozmiar w blokach listy i-wÄ™złów
·ð rozmiar w blokach FS
·ð liczba wolnych bloków (WB) w FS
·ð indeks nastÄ™pnego WB na liÅ›cie WB
·ð liczba wolnych i-wÄ™złów (WI) w FS
Systemy operacyjne / System plików
·ð lista wolnych i-wÄ™złów w FS
·ð indeks nastÄ™pnego WI na liÅ›cie WI
·ð pola blokad dla listy WB i listy WI
·ð znacznik modyfikacji superbloku
·ð czas modyfikacji i nazwa FS
I-węzły a pliki specjalne
W przypadku plików specjalnych w i-węzłach w miejsce pierwszego wskaz
nika na
blok danych jest wpisywany numer programu obsługi urządzenia (device driver).
Numer ten składa się z dwóch części:
·ð numeru typu urzÄ…dz. (major device number)
·ð numeru urzÄ…dzenia (minor device number).
W celu utworzenia pliku specjalnego stosuje siÄ™ komendÄ™ mknod.