21. Организация размещения файлов на устройствах долговременной памяти, доступ к ним
Существует 2 стандарта на расширенную память: expanded (EMS) и extended (XMS) память. Expanded (расширенная) память появилась первой и представляла собой отдельную плату, содержащую несколько Мб памяти, поделенной на страницы по 16К. В адресном пространстве DOS отводился определенный участок (frame), размером 64К, в который можно было отобразить любые 4 страницы из расширенной памяти. Таким образом создавалось нечто вроде электронного диска, на котором можно было хранить данные и код.
Extended (буквально: “растянутая”) память является как бы продолжением обычной памяти DOS за границей 1024К. Хотя сам микропроцессор способен обращаться к этой памяти напрямую, DOS способна работать лишь с первым мегабайтом. Тем не менее, начиная с версии 5.0 в MS DOS были введены средства (Int 15h) для перемещения данных в extended память и обратно. Фактически, при этой операции микропроцессор переходит из “реального” режима в “защищенный”, пересылает данные, а затем возвращается в “реальный” режим. Такое переключение, очевидно, занимает некоторое время. Существуют драйвера (например, EMM386.EXE), эмулирующие EMS память внутри extended, некоторые программы пользуются такой возможностью.
Есть еще одна область памяти, о которой стоит упомянуть, это так называемая верхняя память. Это память за границей 1024К, к которой DOS, тем не менее, может обращаться напрямую. Как известно, полный 20-разрядный адрес получается в результате сложения 16-разрядного сегментного регистра, умноженного на 16 с 16-разрядным регистром смещения. При этом максимальный адрес может быть 0FFFFFh, что соответствует паре сегмент:смещение 0F000h:0FFFFh, или 0FFFFh:0000Fh. А что получится, если сегмент равен 0FFFFh, а смещение 00010h ? В результате сложения мы получим адрес 0100000h. Если бы процессор имел лишь 20 адресных линий. то старшая единица бы потерялась, а мы обратились бы к нулевой ячейке памяти. Однако современные процессоры имеют большее число адресных линий, поэтому мы обратимся к ячейке за пределами 1024К! Таким образом. мы имеем дополнительно почти 64К (без 16 байт), к которым мы можем обращаться, не переходя в защищенный режим. Этим приемом современная DOS активно пользуется, размещая здесь свой код, драйвера и данные, освобождая основную память для пользовательской программы.
Основные файлы MS DOS
В минимальной конфигурации для работы MS DOS достаточно всего 3х файлов: IO.SYS, MSDOS.SYS и COMMAND.COM. Именно эти файлы записываются на диск командой FORMAT с ключом /S или командой SYS.
IO.SYS – обеспечивает функции работы с периферийным оборудованием (терминалом, дисками, принтером, …);
MSDOS.SYS – содержит функции управления файлами, памятью, запуска программ и т.д. Иногда его называют модулем управления прерываниями, поскольку обращение к перечисленным средствам из программ пользователя осуществляется с помощью программных прерываний;
COMMAND.COM – командный процессор, обеспечивающий пользовательский интерфейс и загрузку программ. В его функции входит прием и проверка команд, вводимых пользователем, выполнение некоторых из этих команд (называемых внутренними), запуск остальных (внешних) команд MS DOS, вывод на экран диагностических и аварийных сообщений и другие действия. Файл COMMAND.COM является частично резидентным, а частично – загружаемым (для экономии памяти).
Начиная с версии MS DOS 5 добавился еще один обязательный файл DRVSPACE.BIN, содержащий функции динамического сжатия данных при записи / чтения с диска.
Помимо перечисленных, MS DOS включает набор внешних команд (программ), реализованных в виде отдельных .COM или .EXE файлов. (FORMAT, XCOPY, …). Хотя полезно иметь на диске полный набор команд DOS, в случае нехватки дисковой памяти, их можно безболезненно удалить. Удобно, что для включения команды в состав MS DOS достаточно просто переписать файл на диск, никакой дополнительной настройки DOS при этом не требуется.
Еще один компонент MS DOS – это загружаемые драйвера устройств, имеющие расширение .SYS, которые обеспечивают управление дополнительными устройствами или расширение функций стандартных. (HIMEM.SYS, RAMDRIVE.SYS, …).
Настройка MS DOS под конкретное аппаратное обеспечение и нужды пользователя производится при помощи файлов AUTOEXEC.BAT и CONFIG.SYS, которые считываются при старте системы.
Файлы в UNIX играют ключевую роль, что не всегда справедливо для других операционных систем. Дело в том, что возможности пользователей в системе в большинстве случаев определяются правами доступа к тем или иным файлам. Файлы обеспечивают доступ к периферийным устройствам компьютера, включая диски, принтеры, терминалы, сетевые адаптеры и даже память. Для приложений UNIX доступ в дисковому файлу "неотличим" от доступа, скажем, к принтеру. Наконец, все программы, которые выполняются в системе, являются исполняемыми файлами.
Как и во многих современных операционных системах, в UNIX файлы организованы в виде древовидной структуры (дерева), называемой файловой системой. Каждый файл имеет имя, определяющее его расположение в дереве файловой системы. Корнем этого дерева является корневой каталог (root directory), имеющий имя "/". Имена всех остальных файлов содержат путь - список каталогов (ветвей), которые необходимо пройти, чтобы достичь файла. В UNIX все доступное пользователям файловое пространство объединено в единое дерево каталогов. Таким образом, полное имя любого файла начинается с "/" и не содержит идентификатора устройства (дискового накопителя, CD-ROM или удаленного компьютера в сети), на котором он фактически хранится.
Обычный файл представляет собой наиболее общий тип файлов, содержащий данные в некотором формате. Для операционной системы такие файлы представляют собой просто последовательность байтов. Вся интерпретация содержимого файла производится прикладной программой, обрабатывающей файл.
Каталог. С помощью каталогов формируется логическое дерево файловой системы. Каталог - это файл, содержащий имена находящихся в нем файлов, а также указатели на дополнительную информацию - метаданные, позволяющие операционной системе производить операции над этими файлами. По существу каталог представляет собой таблицу, каждая запись которой соответствует некоторому файлу. Первое поле каждой записи содержит указатель на метаданные (номер inode), а второе определяет имя файла.
Специальный файл устройства обеспечивает доступ к физическому устройству. Доступ к устройствам осуществляется путем открытия, чтения и записи в специальный файл устройства.
FIFO или именованный канал - это файл, используемый для связи между процессами. FIFO впервые появились в System V UNIX, но большинство современных систем поддерживают этот механизм.
Связь. О связях мы говорили чуть выше. В данном случае имеется в виду символическая связь.
Сокет предназначен для организации связи между процессами. Интерфейс сокетов часто используется для доступа к сети TCP/IP.
Права доступа к файлам
Файлы в UNIX имеют двух владельцев: пользователя (user owner) и группу (group owner). Интересно, что владелец-пользователь может не являться членом группы-владельца, что дает дополнительную гибкость в организации доступа.
Каждый файл в UNIX имеет 9 атрибутов доступа: по три (read, write, execute - читать, писать, выполнять) для владельца–пользователя, для владельца–группы и для всех остальных. Атрибуты доступа могут быть изменены владельцем файла, администратором системы либо пользователем, имеющим право на запись в файл.
Значение прав доступа различно для разных типов файлов. Для обычных файлов операции, которые можно производить, следуют из самих названий прав доступа. Например, чтобы просмотреть содержимое файла, пользователь должен иметь право на чтение (r). Редактирование файла, т. е. его изменение, предусматривает наличие права на запись (w). Наконец, для того чтобы запустить некоторую программу на выполнение, вы должны иметь соответствующее право (х). Исполняемый файл может быть как скомпилированной программой, так и скриптом командного интерпретатора. В последнем случае вам также понадобится право на чтение, поскольку при выполнении скрипта командный интерпретатор должен иметь возможность считывать команды из файла. Все сказанное, за исключением, пожалуй, права на выполнение, имеющего смысл лишь для обычных файлов и каталогов, справедливо и для других типов файлов: специальных файлов устройств, именованных каналов, и сокетов. Например, чтобы иметь возможность распечатать документ, вы должны иметь право на запись в специальный файл устройства, связанный с принтером. Для каталогов эти права имеют другой смысл, а для символических связей они вообще не используются, поскольку контролируются целевым файлом.
Права доступа для каталогов не столь очевидны. Это в первую очередь связано с тем, что система трактует операции чтения и записи для каталогов отлично от остальных файлов. Право чтения каталога позволяет вам получить имена (и только имена) файлов, находящихся в данном каталоге. Чтобы получить дополнительную информацию о файлах каталога (например, подробный листинг команды ls -/), системе придется "заглянуть" в метаданные файлов, что требует права на выполнение для каталога. Право на выполнение также потребуется для каталога, в который вы захотите перейти (т.е. сделать его текущим) с помощью команды cd. Это же право нужно иметь для доступа ко всем каталогам на пути к указанному.