Файловые системы UNIX
Как уже было рассмотрено, файлы могут быть организованы в различные каталоги, которые образуют иерархическую древовидную структуру. Каталоги могут быть сгруппированы вместе, образуя файловую систему (file system). Обычно с файловыми системами имеет дело только системный администратор UNIX. Они позволяют распределять структуру каталогов по нескольким различным физическим дискам или разделам диска, сохраняя однородность структуры с точки зрения пользователя.
Каждая файловая система начинается с каталога в иерархическом дереве. Это свойство позволяет системным администраторам разбивать иерархию файлов UNIX и отводить под ее части отдельные области на диске или даже распределять файловую структуру между несколькими физическими дисковыми устройствами. В большинстве случаев физическое разбиение файловой системы остается невидимым для пользователей.
Файловые системы также называются монтируемыми томами
(mountable volumes), поскольку их можно динамически монтировать и демонтировать
в виде целых поддеревьев в определенные точки общей древовидной структуры каталогов системы. Демонтирование файловой системы делает все ее содержимое временно недоступным для пользователей. Операционной системе могут быть доступны несколько файловых систем, но не все из них обязательно будут видны как части древовидной структуры.
Информация, содержащаяся в файловой системе, находится на разделе диска, доступном через файл устройства (device file), также называемый специальный файлом
(special file). Этот тип файлов будет описан ниже, а пока просто упомянем, что в системе UNIX каждая файловая система однозначно определяется некоторым именем файла.
Реальное расположение данных файловой системы на носителе никак не связано с высокоуровневым иерархическим представлением каталогов с точки зрения пользователя. Кроме того, расположение данных файловой системы не определяется спецификацией XSI – существуют разные реализации. Ядро может поддерживать одновременно несколько типов файловых систем с различной организацией хранения данных. Здесь будет описано только традиционное расположение.
Традиционная файловая система разбита на ряд логических частей. Каждая такая файловая система содержит четыре определенных секции: загрузочная область (bootstrap area), суперблок
(superblock), ряд блоков, зарезервированных для структур индексных дескрипторов (inode) файловой системы, и области, отведенной для блоков данных, образующих файлы этой файловой системы. Это расположение схематично представлено на рис. 4.6. Первый из этих блоков (блок с нулевым логическим номером, физически он может быть расположен где угодно внутри раздела диска) зарезервирован для использования в качестве загрузочного блока. Это означает, что он может содержать зависящую от оборудования загрузочную программу, которая используется для загрузки ОС UNIX при старте системы.
Блок 0 |
Загрузочный блок |
Блок 1 |
Суперблок |
Блоки 2…n |
Блоки индексных дескрипторов |
Блоки n+1…r |
Блоки данных |
Логический блок 1 в файловой системе называется суперблоком. Он содержит всю жизненно важную информацию о системе, например, полный размер файловой системы (r блоков на приведенном рисунке), число блоков, отведенных для индексных дескрипторов (n–2), дату и время последнего обновления файловой системы. Суперблок содержит также два списка. В первом из них находится часть цепочки номеров свободных блоков секции данных, а во втором – часть цепочки номеров свободных индексных дескрипторов. Эти два списка обеспечивают ускорение доступа к файловой системе при выделении новых блоков на диске для хранения дополнительных данных или при создании нового файла или каталога. Суперблок смонтированной файловой системы находится в памяти для обеспечения быстрого доступа к списку свободных блоков и свободных узлов. Эти списки в памяти пополняются с диска по мере их исчерпания.
Размер структуры индексных дескрипторов зависит от файловой системы; например, в определенных файловых системах она имеет размер 64 байта, а в других – 128 байт. Индексные дескрипторы последовательно нумеруются, начиная с единицы, поэтому для определения положения структуры индексного дескриптора с заданным номером, прочтенным из записи каталога (как это происходит при переходе в подкаталог или при открытии определенного файла каталога), используется совсем простой алгоритм.
Файловые системы создаются при помощи программы mkfs, и при ее запуске задаются размеры области индексных дескрипторов и области данных. В традиционных файловых системах размеры этих областей нельзя изменять динамически, поэтому можно было исчерпать пространство файловой системы одним из двух способов. Во-первых, это может произойти, если были использованы все блоки данных (даже если еще есть доступные номера индексных дескрипторов). Во-вторых, могут быть использованы все номера индексных дескрипторов (при создании большого числа мелких файлов), и, следовательно, дальнейшее создание новых файлов в файловой системе станет невозможным, даже если есть еще свободные блоки данных. В настоящее время современные файловые системы могут иметь переменный размер, и пространство под индексные дескрипторы часто выделяется динамически.
Теперь понятно, что номера индексных дескрипторов являются уникальными только в пределах файловой системы, вот почему невозможно использовать жесткие ссылки между файловыми системами.
