Модуль 2

Змістовий модуль 1. Файлові системи

Тема 1. Системи файлів

Тема 2. Віртуальні файлові системи (VFS). Реалізація файлових систем.

Тема 3. Мережева файлова система NFS

Ключові терміни

File-allocation table (FAT) – файлова система з посилальним розміщенням файлів, використовувана в MS DOS й в Windows.

NFS (Network File System) - розповсюджена мережна файлова система, використовувана в системі Solaris.

Veritas File System (Vx-FS) – основна файлова система в ОС HP-UX (Hewlett-Packard).

Віртуальна файлова система (VFS) – файлова система, що забезпечує объектно-ориентированный спосіб реалізації файлових систем, єдиний інтерфейс системних викликів для різних типів файлових систем, включаючи мережні файлові системи.

Віртуальний диск – диск для тимчасового зберігання файлів, організований в основній пам'яті, з метою поліпшення продуктивності персонального комп'ютера.

Индексируемое розміщення файлів - метод розміщення, при якому всі покажчики на блоки файлу зібрані разом в індексний блок; використається індексна таблиця, що посилається на блоки даних файлу.

Індексний блок (i-node, superblock) – спеціальний блок при индексируемом розміщенні файлів, у якому зберігаються покажчики на блоки даних файлу.

Кэширование диска – використання спеціальної області основної пам'яті для копіювання часто використовуваних блоків диска.

Випереджальне зчитування (read-ahead) - метод оптимізації послідовного доступу до диска, при якому разом із черговим блоком файлу зчитуються в основну пам'ять і кілька наступних блоків.

Звільнення прочитаного (free-behind) - метод оптимізації послідовного доступу до диска, при якому основна пам'ять, де зберігалися копії прочитаних блоків, автоматично звільняється при зчитуванні наступних блоків.

Розширення (extent) - суміжний блок на диску для зберігання частини файлу; файл складається з одного або декількох розширень.

Cмежное розміщення файлів – метод розміщення, при якому кожен файл займає набір суміжних блоків на диску.

Посилальне розміщення файлів – метод розміщення, при якому кожен файл представляється у вигляді зв'язаного списку дискових блоків.

Уніфікована буферна кеш-пам'ять - кеш-пам'ять, що використає той самий кэш сторінок для кэширования й файлів, відображуваних на згадку, і звичайних операцій висновку-виводу-вводу-виводу через файлову систему.

Файловая система з журналом транзакцій (log structured filesystem) - файлова система, що фіксує будь-яку зміну як транзакцію; всі транзакції записуються в журнал.

Короткі підсумки

Віртуальні файлові системи - системи, що абстрагують користувача від розходжень між файловими системами і які забезпечують єдиний інтерфейс системних викликів для різних файлових систем, включаючи мережні.

Способи реалізації директорій у файлових системах - лінійний список або хеш-таблица. Останній забезпечує більше високу ефективність.

Основні методи розміщення файлів у файлових системах - суміжне, посилальне й индексируемое розміщення.

При суміжному розміщенні файл займає суміжну область пам'яті на диску. При цьому забезпечується простий й ефективний доступ, але неможливе збільшення файлу; можливі втрати дискової пам'яті.

У файлових системах, заснованих на розширеннях (extents), файл представляється як суміжна область пам'яті й список розширень - суміжних областей пам'яті.

При посилальному розміщенні файл представляється у вигляді списку дискових блоків. Наприклад, такий метод застосований у системі FAT (File Allocation Table), використовуваної в MS DOS й в Windows. При такому методі відсутні втрати дискового простору, але немає можливості довільного доступу до файлу.

При индексируемом розміщенні всі покажчики на блоки даних файлу зібрані в спеціальний індексний блок (індексну таблицю). При цьому можливий довільний доступ, але потрібне зберігання індексних блоків. Крім того, у випадку псування індексного блоку дані файлу стає недоступними.

Для керування вільною дисковою пам'яттю використаються бітовий вектор, кожен елемент якого вказує, чи вільні i-й блок або зайнятий. Інший метод - використання списків вільної дискової пам'яті. Використання бітового вектора дозволяє легко одержати інформацію про суміжні області дискової пам'яті. При використанні списку вільної пам'яті це зробити неможливо, але відсутні додаткова витрата дискової пам'яті.

Продуктивність керування дисковою пам'яттю й висновком-виводом-вводом-виводом залежить від кэширования диска, оптимизаций випереджального зчитування й звільнення прочитаного, організації віртуальних дисків в основній пам'яті.

Для оптимізації кэширования використається уніфікована буферна кеш-пам'ять, що використається як при вводі-виводі у звичайні файли, так і при роботі з файлами, відображуваними на згадку.

Для збереження й відновлення файлів рекомендується використати резервне копіювання.

Файлові системи з журналом транзакцій забезпечують підвищену надійність обробки файлів.

Мережна файлова система NFS реалізована на основі механізмів і протоколів RPC (вилучений виклик процедури) і XDR (зовнішнє подання даних для передачі через мережу). Система забезпечує роботу користувача з вилученими файловими системами за допомогою тих же операцій, які використаються й для локальних файлових систем. Вилучені файлові системи монтуються на локальні. При цьому вказується ім'я машини з вилученою директорією. У реалізації NFS використаються процеси-демони. NFS-сервисы не мають стану (stateless). Архітектура NFS трехуровневая - інтерфейс системних викликів для UNIX; рівень віртуальної файлової системи; нижній рівень реалізації NFS-сервисов.