СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГУМАНИТАРНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра АСОИУ

Курс лекций по дисциплине "операционные системы"

Лекция №12 «Организация файловых систем»

Ставpополь 2007 год.

Учебные вопросы лекции

1. Эволюция файловых систем

2. Файловые системы современных ОС

Содержание лекции

1. Эволюция файловых систем

До настоящего времени были известны два основных подхода к организации поддержки ввода-вывода и кэширования для файловых систем (ФС): точная запись (careful write) и отложенная запись (lazy write). В ФС, разработанных для VAX/ VMS фирмы Digital Equipment Corporation и некоторых других ОС, использовал­ся алгоритм точной записи, в то время как в OS/2 HPFS и большинстве ФС UNIX применялась схема отложенной записи.

Файловые системы точной и отложенной записи преобладают в ОС персо­нальных компьютеров, миникомпьютеров и больших ЭВМ, тогда как восстанав­ливаемые ФС относительно новы. До NTFS они использовались в основном в исследовательских системах и в некоторых специализированных системах ре­ального времени либо устойчивых к отказам. Windows NT — одна из первых коммерческих ОС, предоставляющих восстанавливаемую ФС.

В следующих двух подразделах кратко рассматриваются два типа файло­вых систем, наиболее распространенные в настоящее время, и присущие им противоречия между безопасностью и производительностью. В третьем под­разделе описан подход NTFS к восстанавливаемости и его отличие от двух других стратегий.

1. . Файловые системы с точной записью

В случае аварии ОС или сбоя питания операции ввода-вывода, выполняющиеся в данный момент, прерываются немедленно и зачастую преждевременно. В за­висимости от того, какие выполнялись операции ввода-вывода и сколь далеко продвинулось их выполнение, такая внезапная остановка может нарушить цело­стность ФС. В данном контексте нарушение целостности — это повреждение ФС: например, имя файла появляется в списке каталога, но ФС не знает, где он находится, или не может обратиться к его содержимому. В самых тяжелых слу­чаях повреждения ФС могут привести к потере всего тома.

Файловые системы с точной записью не пытаются предотвратить наруше­ния целостности. Вместо этого они упорядочивают операции записи таким об­разом, что авария системы в худшем случае вызовет предсказуемые, некритичес­кие нарушения, которые ФС может устранить в любое время.

Когда ФС любого типа получает запрос на обновление содержимого диска, она должна выполнить несколько подопераций, прежде чем будет завершено обновление. В ФС, использующей стратегию точной записи, эти подоперации всегда записываются на диск последовательно. При выделении дискового про­странства, например, для файла, ФС вначале устанавливает некоторые биты в битовой карте, после чего выделяет место для файла. Если сбой питания проис­ходит сразу же после того, как были установлены биты, то ФС точной записи теряет доступ к некоторой части диска — пространству, представленному уста­новленными битами, — но существующие данные не разрушаются.

Упорядочение операций записи означает также, что запросы на ввод-вы­вод выполняются в порядке их поступления. Если один процесс выделяет диско­вое пространство, и вскоре после этого другой процесс создает файл, то файло­вая система с точной записью завершает выделение дискового пространства до

того, как начнет создавать файл, иначе перекрытие подопераций из двух запро­сов ввода-вывода может привести к нарушению целостности².

Основное преимущество ФС с точной записью состоит в том, что в случае сбоя том остается целостным и его можно использовать дальше, не прибегая к медленно работающей утилите исправления тома. Такая утилита необходима для исправления предсказуемых, не разрушительных нарушений целостности диска, которые возникли в результате сбоя, но ее можно запустить в удобное время, обычно при перезагрузке системы.