Файловые индексные дескрипторы операционной системы
Министерство образования и науки РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Уфимский государственный авиационный технический университет"
Кафедра АСУ
Расчетно-графическая работа
на тему:
"Файловые индексные дескрипторы операционной системы"
Выполнила: студентка гр. ИВТ-301
Валеева Л.Т.
Проверил: старший преподаватель
Лянцев О.Д.
Уфа 2014
Оглавление
Введение
Файловая система ОС UNIX
Подробности
Описание индексного дескриптора в POSIX
Этимология inode
Значение
Практическое применение
Список литературы
Введение
В информатике inode (произносится а́йнод или ино́д) или индексным дескриптором называют метаданные файлов, отражающих структуру данных и другую необходимую для их работы информацию, в традиционных файловых системах (ФС) UNIX, таких как UFS.
Наиболее распространенный метод выделения файла, блоков диска - это связать с каждым файлом небольшую таблицу, называемую индексом дескриптора или индексным узлом, который перечисляет атрибуты и индексные адреса блоков файла. Запись директории, относящейся к файлу содержит адрес индексного дескриптора.
Файловая система ОС UNIX
Начнем с самого понятия файла и файловой системы.
Под файлом понимается набор данных, организованных в виде совокупности записей одинаковой структуры. Для управления этими данными создаются системы управления файлами. Возможность иметь дело с логическим уровнем структурных данных и операциями по их обработке предоставляет файловая система (ФС).
Фа́йловая систе́ма (англ. <#"justify">Физически UFS состоит из следующих частей:
·несколько блоков в начале раздела отводится под загрузочную область <#"justify">дескриптор операционная система индексный
·суперблок, включающий магическое число <#"justify">·Резервную копию суперблока
·Заголовок группы цилиндров, статистические данные и т.д., информацию аналогичную содержащейся в суперблоке, но для конкретной группы
·Некоторое количество индексных дескрипторов <#"center">Подробности
При создании файловой системы создаются также и структуры данных, содержащие информацию о файлах. Каждый файл имеет свой индексный дескриптор, идентифицируемый по уникальному номеру (часто называемому 'i-номером' или 'инодом'), в файловой системе, в которой располагается сам файл.
Индексные дескрипторы хранят информацию о файлах, такую как принадлежность владельцу (пользователю и группе), режим доступа (чтение, запись, запуск на выполнение) и тип файла. Существует определенное число индексных дескрипторов, которое указывает максимальное количество файлов, допускаемое определенной файловой системой. Обычно, при создании файловой системы примерно 1 % её выделяется под индексные дескрипторы.
Термин индексный дескриптор обычно указывает на иноды блочных устройств, управляющие постоянными файлами, каталогами и, по возможности, символьными ссылками. Подобная концепция играет важную роль при восстановлении поврежденных файловых систем.
·Номер индексного дескриптора заносится в таблицу индексных дескрипторов в определенном месте устройства; по номеру индексного
·дескриптора ядро системы может считать содержимое инода, включая указатели данных и прочий контекст файла.
·Номер индексного дескриптора файла можно посмотреть используя команду ls - i, а команда ls - l покажет информацию, хранящуюся в индексном дескрипторе.
·Файловые системы, не относящиеся к традиционным ФС UNIX, такие как ReiserFS, могут обходиться без таблицы индексных дескрипторов, но должны хранить аналогичную информацию схожим способом, обеспечивающим эквивалентную функциональность. Такие данные могут называться статистической информацией, по аналогии со stat - системным вызовом, поставляющим информацию программам.
Имена файлов и содержимое каталогов:
·каталоги в Unix являются списками 'ссылочных' структур, каждая из которых содержит одно имя файла и один номер индексного дескриптора;
·ядро должно просматривать каталог в поисках имени файла, затем конвертировать это имя в соответствующий номер индексного дескриптора, в случае успеха;
·содержимое файлов располагается в блоках данных, на которые ссылаются индексные дескрипторы.
Представление ядром этих данных в памяти называется struct inode (структурным инодом) (в ОС Linux). В BSD системах используется термин vnode, буква v в котором указывает на виртуальную файловую систему уровня ядра.
Строение индексного дескриптора файла приведено в табл.1
Таблица 1. Структура индексного дескриптора
Название поляТипОписаниеi_modeUSHORTТип и права доступа к данному файлуi_uidUSHORTИдентификатор владельца файла (Owner Uid) i_sizeULONGРазмер файла в байтахi_atimeULONGВремя последнего обращения к файлу (Access time) i_ctimeULONGВремя создания файлаi_mtimeULONGВремя последней модификации файлаi_dtimeULONGВремя удаления файлаi_gidUSHORTИдентификатор группы (GID) i_links_countUSHORTСчетчик числа связей (Links count) i_blocksULONGЧисло блоков, занимаемых файломi_flagsULONGФлаги файла (File flags) i_reserved1ULONGЗарезервировано для ОСi_blockULONG [15] Указатели на блоки, в которых записаны данные файла (это поле подробно описано в разд.16.4) i_versionULONGВерсия файла (для NFS) i_file_aclULONGACL файлаi_dir_aclULONGACL каталогаi_faddrULONGАдрес фрагмента (Fragment address) i_fragUCHARНомер фрагмента (Fragment number) i_fsizeUCHARРазмер фрагмента (Fragment size) i_pad1USHORTЗаполнениеi_reserved2ULONG [2] Зарезервировано
Поле типа и прав доступа к файлу представляет собой двухбайтовое слово, каждый бит которого служит флагом, индицирующим отношение файла к определенному типу или установку одного конкретного права на файл.
Таблица 2. Структура поля, задающего тип и права доступа
ИдентификаторЗначениеНазначение флага (поля) S_IFMTF000Маска для типа файлаS_IFSOCKA000Доменное гнездо (socket) S_IFLNKC000Символическая ссылкаS_IFREG8000Обычный (regular) файлS_IFBLK6000Блок-ориентированное устройствоS_IFDIR4000КаталогS_IFCHR2000Байт-ориентированное (символьное) устройствоS_IFIFO1000Именованный канал (fifo) S_ISUID0800SUID - бит смены владельцаS_ISGID0400SGID - бит смены группыS_ISVTX0200Бит сохранения задачи (sticky bit) S_IRWXU01C0Маска прав владельца файлаS_IRUSR0100Право на чтениеS_IWUSR0080Право на записьS_IXUSR0040Право на выполнениеS_IRWXG0038Маска прав группыS_IRGRP0020Право на чтениеS_IWGRP0010Право на записьS_IXGRP0008Право на выполнениеS_IRWXO0007Маска прав остальных пользователейS_IROTH0004Право на чтениеS_IWOTH0002Право на записьS_IXOTH0001Право на выполнение
Среди индексных дескрипторов имеется несколько дескрипторов, которые зарезервированы для специальных целей и играют особую роль в файловой системе (табл.16.6).
Таблица 3. Особые индексные дескрипторы
ИдентификаторЗначениеОписаниеEXT2_BAD_INO1Индексный дескриптор, в котором перечислены адреса дефектных блоков на диске (Bad blocks inode) EXT2_ROOT_INO2Индексный дескриптор корневого каталога файловой системы (Root inode) EXT2_ACL_IDX_INO3ACL inodeEXT2_ACL_DATA_INO4ACL inodeEXT2_BOOT_LOADER_INO5Индексный дескриптор загрузчика (Boot loader inode) EXT2_UNDEL_DIR_INO6Инлексный дескриптор каталога для удаленных файлов (Undelete directory inode) EXT2_FIRST_INO11Первый незарезервированный индексный дескриптор
Самый важный дескриптор в этом списке - дескриптор корневого каталога. Этот дескриптор указывает на корневой каталог, который, подобно всем каталогам, представляет собой связанный список, состоящий из записей переменной длины. Каждая запись имеет следующую структуру (табл.16.7):
Таблица 4. Структура дескриптора, описывающего корневой каталог
Название поляТипОписаниеInodeULONGНомер индексного дескриптора (индекс) файлаRec_lenUSHORTДлина этой записиName_lenUSHORTДлина имени файлаNameCHAR [0] Имя файла
Использование записей переменной длины позволяет использовать длинные имена файлов без пустой траты дискового пространства. Отдельная запись в каталоге не может пересекать границу блока (т.е. должна быть расположена целиком внутри одного блока). Поэтому, если очередная запись не помещается целиком в данном блоке, она переносится в следующий блок, а предыдущая запись продолжается таким образом, чтобы она заполнила блок до конца.
Для повышения эффективности обработки данных в файловой системе при открытии любого файла его индексный дескриптор считывается в таблицу индексных дескрипторов, которая резидентна в RAM. Резидентный образ индексного дескриптора файла возвращается в индексный файл после завершения работы с данным файлом во всех процессах.
Чтобы динамически поддерживать соответствие резидентных копий индексных дескрипторов с их оригиналами в индексном файле, содержание таблицы индексных дескрипторов файлов периодически копируется в индексный файл следящим процессом (демоном) update, который запускается при переходе OS UNIX в многопользовательский режим. Указанная процедура синхронизации позволяет минимизировать нарушение корректности файловой системы при аппаратных сбоях, когда возможность приведения в соответствие индексного файла и модифицированных резидентных копий индексных дескрипторов будет потеряна. Хотя в OS UNIX предусмотрены административные средства ремонта файловой системы, но исправление существенных нарушений может привести к потере данных.
Описание индексного дескриптора в POSIX
·длина файла в байтах;
·идентификатор (ID) устройства (это идентифицирует устройство, содержащее файл);
·ID пользователя, являющегося владельцем файла;
·ID группы файла;
·режим файла, определяющий какие пользователи могут считывать, записывать и запускать файл;
·Timestamp указывает дату последнего изменения инода (ctime, change time), последней модификации содержимого файла (mtime,modification time), и последнего доступа (atime, access time);
·счетчик ссылок указывают количество жестких ссылок, указывающих на индексный дескриптор;
·указатели на блоки диска, хранящие содержимое файла (подробнее.).
Системный вызов stat считывает номер индексного дескриптора файла и некоторую информацию из него.
Этимология inode
Точная причина использования "и" в узлах (нодах) неизвестна. В ответ на вопрос об этом один из пионеров Unix-систем Деннис Ритчи ответил:
"Честно говоря, я мало об этом знаю. Это был всего лишь термин, который мы начали использовать. 'Индекс', как я полагаю, использовался из-за несколько необычной структуры файловой системы, хранившая информацию о доступе к файлам в плоском (двумерном) массиве на диске, а вся информация об иерархии каталогов хранилась отдельно. Таким образом, и-номер являлся индексом в этом массиве, и-нод - выбранным элементом массива. (Приставка 'и-' использовалась в первой версии руководства; со временем дефис перестали употреблять). "
То есть index node (индексный узел, элемент) → index-node → i-node → inode - постепенное укорочение и слияние словосочетанияindex node. По другой версии, начальная буква i в i-node происходит от слова information (информация).
Значение
Особенности файловой системы, которые приводят к использованию индексных дескрипторов, обескураживают многих пользователей, не знакомых с этой концепцией:
·Если несколько имен указывают на один и тот же индексный дескриптор (жесткие ссылки), то все имена считаются эквивалентными. Первое созданное имя никаким особым положением не обладает. Это отличается от поведения похожих символьных ссылок, которые зависят от первоначального имени.
·Индексный дескриптор может совсем не иметь ссылок. Обычно такой файл должен быть удален с диска (именно поэтому программы типа undelete в Unix не позволяют установить точное имя удалённого файла), а его ресурсы должны освободиться (это нормальный процесс удаления файла), но если какие-либо процессы держат файл открытым, то они могут удерживать доступ к нему, а файл будет окончательно удален только когда будет закрыто последнее обращение к нему. Это относится и к исполняемым копиям, которые удерживаются открытыми процессами, их выполняющими. По этой причине, при обновлении программы рекомендуется удалять старую копию и создавать новый индексный дескриптор для обновленной версии, чтобы никакие экземпляры старой версии не продолжали выполняться.
·Обычно нет возможности сопоставить открытый файл и его имя, по которому он был открыт. Операционная система преобразует имя файла в номер индексного дескриптора при первом же удобном случае, а затем "забывает" про имя файла. Таким образом, функции библиотек getcwd () и getwd () начинают искать в родительском каталоге файл с индексным дескриптором, совпадающим с файлом"." каталога; затем ищут родительский каталог для текущего, и так далее пока не достигнут "/" каталога. SVR4 и Linux используют дополнительную информацию (поля) в индексных дескрипторах для избежания подобного неудобства.
·Ранее было возможно применять жесткие ссылки на каталоги. Это делало структуру каталогов ориентированным графом вместо дерева, то есть связного графа с N-1 ребрами и N узлами. Например, каталог имел возможность быть собственным родителем. Современные системы не допускают подобных двусмысленностей, за исключением корневого каталога, который считается собственным родителем.
Практическое применение
Иноды могут 'закончиться'. В этом случае нельзя записать информацию на устройство, даже если там достаточно свободного места.
Заключение
Индексирование поддерживает прямой доступ к файлу без ущерба от внешней фрагментации. Индексированное размещение широко распространено и поддерживает как последовательный, так и прямой доступ к памяти. Обычно применяется комбинация одноуровневых и многоуровневых индексов. Первые несколько адресов блоков файлов хранятся непосредственно в индексном дескрипторе. Таким образом, для маленьких файлов индексный дескриптор хранит всю необходимую информацию об адресах блоков. Для больших файлов один из адресов индекс. дескриптора указывает на блок косвенной адресной. Этот блок содержит адреса дополнительных блоков дисков, если этого недостаточно, то используется блок двойной косвенной адресации, который содержит адреса блоков косвенной адресации. Если этого не хватает, то используется третья косвенная адресация. Данную схему используют Unix и файловые системы HPFS, NTFS.
Такой подход позволяет при фиксированном относительно небольшом размере индексного дескриптора, поддерживать работу с файлами, размер которых изменяется от нескольких байтов до нескольких Гб.
Список литературы
1.Inodes and Operations (11.1999). - Уровень виртуальной файловой системы Linux: Иноды и Действия - Иноды в Linux.
2.Робачевский А.Н., Немнюгин С.А., Стесик О.Л. Индексные дескрипторы / Базовая файловая система System V / Глава 4. Файловая система // Операционная система UNIX. - 2-е изд. - СПб.: БХВ-Петербург, 2008. - С.334-. - 656 с. - ISBN 978-5-94157-538-1
3.http://litrus.net/book/read/60177? p=127 <http://litrus.net/book/read/60177?p=127> - Костромин В.А. "Linux для пользователя"