Лекція № 7

Тема III: Системне забезпечення інформаційних процесів.

Заняття 2 Організація файлової системи. Захист від збоїв і несанкціонованого доступу.

Зміст

1. Логічна організація файлової системи.

2. Фізична організація файлової системи.

3. Захист від збоїв і несанкціонованого доступу.

1. Логічна організація файлової системи

Диски є особливим видом периферійних пристроїв, на яких зберігається більша частина як користувальницьких, так і системних даних. Дані на дисках організують у файлові системи, і властивості файлової системи багато в чому визначають властивості самої операційної системи (ОС) – її відмовостійкість, швидкодію, максимальний обсяг збережених даних. Популярність файлової системи часто приводить до її міграції з “рідної” ОС в інші операційні системи – наприклад, файлова система FAT з’явилася спочатку в MS-DOS, потім була реалізована в OS/2, сімействі MS Windows та багатьох реалізаціях UNIX. Внаслідок цього підтримка декількох популярних файлових систем для підсистеми введення-виведення також важлива, як і підтримка широкого спектру периферійних пристроїв. Важливо також, щоб архітектура підсистеми введення-виведення дозволяла досить просто включати в її склад нові типи файлових систем, без необхідності переписування коду. Зазвичай в операційній системі є спеціальний шар програмного забезпечення, відповідальний за вирішення цієї задачі, наприклад шар VFS (Virtual File System) у версіях UNIX на основі коду System V Release 4.

Одним з основних завдань операційної системи є надання зручностей користувачеві при роботі з даними, що зберігаються на дисках. Для цього ОС підмінює фізичну структуру збережених даних деякою зручною для користувача логічною моделлю. Логічну модель файлової системи реалізують у вигляді дерева каталогів, виведеного на екран такими утилітами, як Norton Commander або Windows Explorer, у символьних складених іменах файлів, у командах роботи з файлами. Базовим елементом цієї моделі є файл, що так само, як і файлова система в цілому, може характеризуватися як логічною, так і фізичною структурою.

1. Мета і завдання файлової системи

Файл – це поіменована область зовнішньої пам’яті, у яку можна записувати і з якої можна зчитувати дані. Файли зберігаються в пам’яті, що не залежить від енергоживлення, зазвичай – на магнітних дисках. Виключенням є електронний диск, коли в оперативній пам’яті створюється структура, що імітує файлову систему.

Основними задачами застосування файлу є:

• Довгострокове й надійне зберігання інформації. Довгостроковість досягається за рахунок використання запам’ятовуючих пристроїв, що не залежать від живлення, а висока надійність визначається засобами захисту доступу до файлів і загальною організацією програмного коду ОС, при якій збої апаратури найчастіше не руйнують інформацію, що зберігається у файлах.

• Спільне використання інформації. Файли забезпечують природний і легкий спосіб поділу інформації між додатками й користувачами за рахунок наявності зрозумілого людині символьного імені і незмінності збереженої інформації і розташування файлу. Користувач повинен мати зручні засоби роботи з файлами, включаючи каталоги-довідники, що поєднують файли в групи, засоби пошуку файлів за ознаками, набір команд для створення, модифікації й видалення файлів. Файл може бути створений одним користувачем, а потім використовуватися зовсім іншим користувачем, при цьому творець файлу або адміністратор можуть визначити права доступу до нього іншим користувачам. Ці задачі реалізуються в ОС файловою системою.

Файлова система (ФС) – це частина операційної системи, що включає:

• сукупність усіх файлів на диску;

• набори структур даних, використовуваних для керування файлами, такі, наприклад, як каталоги файлів, дескриптори файлів, таблиці розподілу вільного й зайнятого простору на диску;

• комплекс системних програмних засобів, що реалізують різні операції над файлами, такі, як створення, знищення, читання, запис, іменування і пошук файлів.

Файлова система дозволяє програмам обходитися набором досить простих операцій для виконання дій над деяким абстрактним об’єктом, який представляє файл. При цьому програмістам не потрібно мати справу з деталями дійсного розташування даних на диску, буферизацією даних та іншими низькорівневими проблемами передачі даних з довгострокового запам’ятовуючого пристрою. Всі ці функції файлова система бере на себе. Файлова система розподіляє дискову пам’ять, підтримує іменування файлів, відображає імена файлів у відповідні адреси в зовнішній пам’яті, забезпечує доступ до даних, підтримує поділ, захист і відновлення файлів.

Таким чином, файлова система відіграє роль проміжного шару, що екранує всі складності фізичної організації довгострокового сховища даних і створює для програм більш просту логічну модель цього сховища, надаючи їм набір зручних у використанні команд для маніпулювання файлами.

Завдання, розв’язувані ФС, залежать від способу організації обчислювального процесу в цілому. Найпростіший тип – це ФС в однокористувальницьких й однопрограмних ОС, до числа яких відноситься, наприклад, MS-DOS. Основні функції в такій ФС націлені на вирішення таких завдань:

• іменування файлів;

• забезпечення програмного інтерфейсу для додатків;

• відображення логічної моделі файлової системи на фізичну організацію сховища даних;

• забезпечення стійкості файлової системи до збоїв живлення, помилок апаратних і програмних засобів.

Завдання ФС ускладнюються в операційних однокористувальницьких мультипрограмних ОС, які, хоч і призначені для роботи одного користувача, але дають йому можливість запускати одночасно кілька процесів. Однією з перших ОС цього типу стала OS/2. До перерахованого вище завдання додається нове завдання спільного доступу до файлу з декількох процесів. Файл у цьому випадку є поділюваним ресурсом, і файлова система повинна вирішувати весь комплекс проблем, пов’язаних з такими ресурсами. Зокрема, у ФС повинні бути передбачені засоби блокування файлу і його частин, запобігання гонок, виключення тупиків, узгодження копій тощо.

У багатокористувальницьких системах з’являється ще одне завдання: захист файлів одного користувача від несанкціонованого доступу іншого користувача.

Ще більш складними стають функції ФС, що працює у складі мережевої ОС.