Виртуальные индексные дескрипторы
Дисковый файл обычно имеет связанную с ним структуру данных, называемую метаданными или inode, где хранятся основные характеристики данного файла и с помощью которой обеспечивается доступ к его данным. Одним из исключений из этого правила является файловая система DOS, в которой структуры файла и его метаданных существенно отличаются от принятых в UNIX. Тем не менее виртуальная файловая система основана на представлении метаданных файла в виде, сходном с традиционной семантикой UNIX. Интерфейсом работы с файлами является vnode (от virtual inode - виртуальный индексный дескриптор).
Первоначально этот интерфейс был разработан в 1984 году фирмой Sun Microsystems для обеспечения требуемой унификации работы с файловыми системами различных типов, в частности, с NFS и ufs (FFS). Сегодня виртуальная файловая система является стандартом в SVR4, хотя ряд других версий UNIX также реализуют подобную архитектуру (например, независимая файловая система SCO UNIX).
Метаданные всех активных файлов (файлов, на которые ссылаются один или более процессов) представлены в памяти в виде in-core inode, в качестве которых в виртуальной файловой системе выступают vnode. Структура данных vnode одинакова для всех файлов, независимо от типа реальной файловой системы, где фактически располагается файл. Данные vnode содержат информацию, необходимую для работы виртуальной файловой системы, а также неизменные характеристики файла, например, такие как тип файла.
Таблица 3.1 Поля vnode
Поле |
Описание |
u_short vflag |
Флаги vnode |
u_short v_count |
Число ссылок на vnode |
struct filock *v_filocks |
Блокировки файла |
struct vfs *v_vfsmountedhere |
Указатель на подключенную файловую систему, если vnode является точкой монтирования |
struct vfs *v_vfsp |
Указатель на файловую систему, в которой находится файл |
enum vtype v_type |
Тип vnode: обычный файл, каталог, специальный файл устройства, символическая связь, сокет |
caddr_t v_data |
Указатель на данные, относящиеся к реальной файловой системе |
struct vnodeops *v_op |
Операции vnode |
Каждый vnode содержит число ссылок v_count, которое увеличивается при открытии процессом файла и уменьшается при его закрытии. Когда число ссылок становится равным нулю, вызывается операция vn_inactive(), которая сообщает реальной файловой системе, что на vnode никто больше не ссылается. После этого файловая система может освободить vnode (и, например, соответствующий ему inode) или поместить его в кэш для дальнейшего использования.
Поле v_vfsp указывает на файловую систему, в которой расположен файл, адресованный данным vnode. Если vnode является точкой монтирования, то поле v_vfsmountedhere указывает на подключенную файловую систему, "перекрывающую" данный vnode.
Поле v_data указывает на данные, относящиеся к конкретной реализации реальной файловой системы. Например, для дисковой файловой системы ufs, v_data указывает на запись в таблице in-core inode.
Набор операций над vnode указан полем v_op. В терминах объектно-ориентированного программирования этот набор представляет собой виртуальные методы класса vnode. Он является своего рода шлюзом к реальной файловой системе, позволяя предоставить общий интерфейс виртуальной файловой системы и в то же время обеспечить специфические реализации функций работы с файлами, необходимые для различных типов файловых систем. Некоторые операции, приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2. Операции с vnode виртуальной файловой системы
int (*vn_open)() |
Открыть vnode. Если операция предусматривает создание клона (размножение), то в результате будет размещен новый vnode. Обычно операции такого типа характерны для специальных файлов устройств. |
int (*vn_close) () |
Закрыть vnode. |
int (*vn_read)() |
Чтение данных файла, адресованного vnode. |
int (*vn_write) () |
Запись в файл, адресованный vnode. |
int (*vn_ioctl) () |
Задание управляющей команды. |
int (*vn_getaddr)() |
Получить атрибуты vnode: тип vnode, права доступа, владелец-пользователь, владелец-группа, идентификатор файловой системы, номер inode, число связей, размер файла, оптимальный размер блока для операций ввода/вывода, время последнего доступа, время последней модификации, время последней модификации vnode, число занимаемых блоков. |
int (*vn_setaddr)() |
Установить атрибуты vnode. Могут быть изменены UID. GID, размер файла и времена доступа и модификации. |
int (*vn_access)() |
Проверить права доступа к файлу, адресованному vnode. При этом производится отображение между атрибутами доступа файлов UNIX и атрибутами реальной файловой системы (например. DOS). |
int (*vn_lookup)() |
Произвести трансляцию имени файла в соответствующий ему vnode. |
int (*vn_create)() |
Создать новый файл и соответствующий ему vnode. |
int (*vn_remove)() |
Удалить имя файла в указанном vnode каталоге. |
int (*vn_link)() |
Создать жесткую связь между именем файла и vnode. |
int (*vn_mkdir)() |
Создать новый каталог в указанном vnode каталоге. |
int (*vn_rmdir)() |
Удалить каталог. |
int (*vn_readdir)() |
Считать записи каталога, адресованного vnode. |
int (*vn_symlink)() |
Создать символическую связь между новым именем и именем файла, расположенном в указанном vnode каталоге. |
int (*vn_readlink)() |
Чтение файла - символической связи. |
int (*vn_fsync)() |
Синхронизировать содержимое файла - записать все кэшированные данные. |
int (*vn_inactive)() |
Разрешить удаление vnode, т. к. число ссылок на vnode из виртуальной файловой системы стало равным нулю. |
Взаимосвязь между независимыми дескрипторами (vnode) и зависимыми от реализации метаданными файла показана на рис. 3.9.
Рис. 3.9 Метаданные файла виртуальной файловой системы