116. Структура файловой системы версии ffs bsd.

1. Стратегии размещения

Работа системы основывается на трех концепциях. Первой концепцией является оптимизация размещения каталога. При создании каталога система осуществляет поиск кластера, наиболее свободного в данный момент с точки зрения использования индексных дескрипторов, т.е. ищутся кластеры, количество свободных индексных дескрипторов в которых превосходит некоторую среднюю величину, и среди найденных кластеров выбирается кластер с наименьшим количеством каталогов.

Следующей стратегией является равномерность использования блоков данных. Во время создания файла он делится на несколько частей. Часть файла, которая имела непосредственную адресацию из индексного дескриптора, по возможности размещается в том же кластере, что и индексный дескриптор. Оставшиеся части файла делятся на равные порции, которые файловая система размещает в отдельных кластерах. Перечисленные стратегии призваны для борьбы фрагментации файла по разделу: файл либо целиком размещается в одном кластере, либо он размещается в нескольких кластерах, но тогда в них размещаются достаточно большие фрагменты подряд идущих блоков.

И, наконец, третья стратегия размещения — технологическое размещение последовательных блоков файлов (Рис. 117.). Представим следующую ситуацию: пускай необходимо прочитать два последовательных блока с магнитного диска (будем считать, что эти блоки находятся на одной дорожке магнитного диска). Это означает, что данная задача требует двух последовательных обращений к системным вызовам. Соответственно, между окончанием физического считывания первого блока и началом физического считывания второго блока потратится некоторое время Δt на накладные расходы (в частности, вход и выход из системного вызова). Это время хоть и мало, но за данный промежуток диск успеет повернуться на угол ω*Δt (где ω — скорость вращения диска). Если следующий второй блок расположен на диске непосредственно за первым, то за время Δt головка пропустит начало второго блока, и когда будет предпринята попытка физически прочесть второй блок, то придется ожидать полного оборота диска, что является относительно протяженным промежутком времени. Чтобы избежать подобных накладных расходов, связанных с необходимостью ожидать полного оборота диска, необходимо расположить второй блок с некоторым отступом от первого. В этом и заключается технологическое размещение блоков на диске.

117. Стратегия размещения последовательных блоков файлов.

2. Внутренняя организация блоков

Размер блока в файловой системе FFS может варьироваться в достаточно широком диапазоне: предельный размер блока — 64 Кбайт. Как отмечалось выше, проблема выбора оптимального размера блока достаточно сложна: и крупные блоки, и малоразмерные имеют свои плюсы и минусы, и от администратора системы требуются хорошие навыки, чтобы подобрать оптимальные для данной системы, решающей задачи конкретного типа, размеры блоков файловой системы.

Создатели рассматриваемой файловой системы пошли по пути увеличения размера блока. За счет этого 1) уменьшается фрагментация файла по диску и 2) уменьшаются накладные расходы при чтении подряд идущих данных файла (эффективнее считать за 1 раз большую порцию информации, чем два раза считать по «половинке»). Но главным недостатком крупных блоков — большая степень внутренней фрагментации. Для борьбы с внутренней фрагментацией в системе реализован еще один уровень структурной организации: каждый блок файловой системы поделен на фиксированное количество т.н. фрагментов (обычно число фрагментов в блоке кратно степени 2 — 2, 4, 8 и т.д.).

Размещение файла по блокам файловой системы строится на основе следующей концепции (Рис. 118.). Начиная с первого и заканчивая предпоследним, эти блоки целиком заполнены содержимым данного файла. Соответственно, номера этих блоков хранятся среди атрибутов файла. Последний блок выделен отдельно: помимо его номера в атрибутах файла хранятся и номера занятых в нем фрагментов, принадлежащих данному файлу. Информация о блоках и фрагментах могла быть представлена разными способами: например, двоичная маска, или же номер первого фрагмента в этом блоке, занятым данным файлом (количество фрагментов тогда можно вычислить на основании длины файла в байтах), и т.д.