Caratteristiche generali

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1 File System 63

2 Caratteristiche generali Struttura gerarchica; Files senza struttura ("byte stream"); Protezione da accessi non autorizzati; File & device independence; Semplicità. 64

3 Caratteristiche generali I tipi (principali) di files sono tre: - Files ordinari - Directories - Files speciali Il sistema assegna biunivocamente a ciascun file un identificatore numerico, detto i-number ("index-number"), che gli permette di rintracciarlo nel file system. 65

4 Files ordinari Sono sequenze di byte ("byte stream"); Possono contenere informazioni qualsiasi (dati, programmi sorgente, programmi oggetto,...); Il sistema non impone nessuna struttura. R O M A eoln M text file 00II0I0I 0I IIIIIIII 0III0III IIII0000 binary file 66

5 Organizzazione dei files Per consentire all'utente di rintracciare facilmente i propri files, Unix permette di raggrupparli in directories, organizzate in una (unica) struttura gerarchica. : directory : file ordinario directory (vuota) file speciale ROOT DIRECTORY 67

6 Directories Sono sequenze di bytes come i files ordinari; Differiscono dai files ordinari solo perché non possono essere scritte da programmi ordinari; Il loro contenuto è una serie di directory entries, che definiscono l'associazione fra gli i-number (usati dal sistema) e i filename mnemonici (usati dall'utente). entry entry i-number (2 bytes in SV) filename (14 bytes in SV) 68

7 Directories a 107 Ogni directory ha sempre almeno 2 entries: " " la directory stessa " " la directory ypadre b 202 c d c 253 d 289 eof 69

8 Byte Offset in Directory Inode Number (2 bytes) File Name (14 bytes) c d Struttura directory /a/b

9 Filename sinonimi (Links) a 89 b c d 107 e 210 f 402 Un file può avere più filename (ma sempre un solo i-number). Esempio: Il file 107 ha 3 links 89 b 107 c 107 d e 107 f

10 In un sistema Unix ci sono due tipologie di link a file. Hard link E un file contenente un puntatore al file referenziato. I file referenziati devono trovarsi nello stesso file system non possono essere directory Il file esiste almeno fino a quando c è un hard link che punta ad esso. Symbolic link (o soft link) Non ha informazioni effettive sul file referenziato ma solo la posizione su dove si trova. Il file può trovarsi in un file system distribuito come NFS È possibile linkare anche le directory Se il file di destinazione viene eliminato allora il link diventa inconsistente.

11 Pathname assoluto Ogni file viene identificato univocamente specificando il suo pathname assoluto, che individua il cammino dalla root-directory al file. dir/dir/.../dir/filename / /fil / root separatori bin etc usr... dev mario roberto /usr/mario/prog prog a x y /usr/roberto/prog/a prog a b c 71

12 Tipiche directories di sistema /bin /dev /etc /lib /tmp comandi eseguibili files speciali (I/O devices) files per l'amministrazione del sistema, ad esempio: /etc/passwd /etc/termcap librerie di programmi area temporanea /usr home directories i N.B. La struttura varia da versione a versione 72

13 Home directories Ad ogni utente viene assegnata, ad opera del system administrator, una directory di sua proprietà (home directory) che ha come nome lo username del suo proprietario; Ad essa, l'utente potrà appendere tutti i files (o subdirectories) che desidera; Spesso (ma non sempre) le home directories sono sotto /usr. / usr gigi gg mario roberto 73

14 Working directory Ogni utente opera, ad ogni istante, su una directory corrente, o working directory; Subito dopo il login, la working directory è la home directory dell'utente; L'utente può cambiare la working directory con apposito comando (cd). 74

15 Pathname relativo / Ogni file può essere identificato bin etc usr... dev univocamente specificando solamente il suo pathname relativo mario roberto working directory /usr/mario/prog /mario/prog / /mario/prog prog a x y prog a b c /usr/roberto/prog/a prog/a /prog/a 75

16 Files speciali Ogni device di I/O viene visto, a tutti gli effetti, come un file (file speciale); Richieste di lettura/scrittura da/a files speciali causano operazioni di input/output dai/ai devices associati. / dev tty 1 tty 2 tty 3 modem 76

17 Files speciali File & device independence: In Unix i programmi non sanno se operano su un file o su un device. Dischi Comandi UNIX Stampanti UNIX File System Nastri Terminali Programmi utente Linee di comunicazione ione Pipes stessa interfaccia per ogni tipo di file 77

18 I/O Subsystem mknod /dev/tty13 / c 2 13 Crea un file di device: /dev/tty13: nome del file c: file speciale a caratteri ( b: file speciale a blocchi) 2: major number Indica il tipo di device che corrisponde ad una entri appropriata p nella character(o block) device switch table. 13: minor number: Numero di unità del device nella classe cui appartiene. 51

19 Attributi Per ogni file (ordinario, directory, speciale) Unix mantiene le seguenti informazioni nel descrittore del file: Tipo ordinario, directory, speciale? Posizione dove si trova? Dimensione quanto è grande? Numero di links quanti nomi ha? Proprietario chi lo possiede? Permessi chi può usarlo e come? Creazione quando è stato creato? Modifica quando è stato modificato più di recente? Accesso quando è stato t l'accesso più recente? 78

20 File system montabile Un file system Unix è sempre unico, ma può avere parti residenti su device rimuovibili ibili (es. dischetti); Queste parti devono essere: -"montate" prima di potervi accedere (mount) - "smontate" prima di rimuovere il supporto (umount) \ La stessa tecnica si usa per suddividere il file system fra diversi device, anche se non rimuovibili. ibili (root) a b c Root file system (root) Mounted file system d e f 79

21 Mount Table Tabella sempre residente, aggiornata da mount e umount, che contiene, per ogni file system montato: - major e minor number del device; - puntatore al superblocco del file system; - puntatore alla root del file system a cui è montato; - puntatore alla directory su cui è montato; 82

22 Storia Il file system Unix, negli anni, si è evoluto da sistema di files locali a sistemi di files distribuiti (ad esempio nfs); L interfaccia (system calls) verso il file system è rimasta invece abbastanza stabile; Oggi normalmente il kernel è in grado di supportare file system multipli, (coesistenti sulla stessa macchina); Nel seguito si descrive s5fs (il file system originale di System V). 80

23 Tipiche tipologie di file systems supportati in SVR4 File System Description S5fs ufs vxfs specfs NFS RFS fifofs /proc bfs Original System V file system Berkeley Fast File System adapted to vnode/vfs interface Veritas journal file system A file system for device special files Network File System Remote File System A file system for first-in, first-out files File System which represent each process as file Boot File System

24 s5fs: Organizzazione del disco Ogni disco è suddiviso in zone contigue dette dischi logici (o volumi, o partizioni); Ogni file system è interamente contenuto in un volume, ed ogni volume può contenere un solo file system; Per creare un file system si usa il comando mkfs; La dimensione dei volumi è fissa, e specificata al momento della creazione del file system. 81

25 s5fs: Organizzazione del disco Un file system può essere montato su altri file system mediante il comando mount (e smontato mediante il comando umount) File System 1 dev bin usr staff FS 2 VOLUME /dev/dk/1 /dev/dk/2 FS 3 /dev/dk/3/dk/3 DISCO 82

26 s5fs: Organizzazione del disco Ogni volume è suddiviso in blocchi di dimensione fissa (512, 1024, 2048 o più bytes a seconda della versione di sistema); Un blocco costituisce la unità di allocazione a un file e la unità di accesso al disco... 83

27 s5fs: Organizzazione del disco Un volume è suddiviso in quattro aree distinte; Le aree hanno dimensione fissa definita al momento della configurazione del sistema Area di bootstrap Area di controllo (o superblocco) Area dei didescrittori idi file (i list) Area dei blocchi dati Volume 84

28 s5fs: Area di bootstrap Non serve per gestire i files: contiene il programma di bootstrap per la inizializzazione del sistema; Si usa l'area di bootstrap del volume che contiene il root file system (ma per uniformità c è su ogni volume). 85

29 s5fs: Area dei blocchi dati Contiene i blocchi dati di tutti i file del file system, e i blocchi liberi, che possono essere allocati ai files; I blocchi vengono allocati ai vari file e deallocati quando necessario: pertanto i blocchi di un file non sono necessariamente contigui; Tutti i blocchi liberi sono collegati in una free-block list, la cui testa è nel superblocco; d itt d l fil Gli indirizzi dei blocchi dati di un file sono nel descrittore del file (contenuto t nella i-list). descrittore del file di i-number n (64 bytes) Area blocchi dati n...max Super blocco File A File B Free 86

30 s5fs: Area dei descrittori di file (i-list) È una tabella di descrittori di file denominati i-node ( index-node ); Ciascun i-node è accessibile attraverso il suo indice nella tabella (i-number). descrittore del file di i number n (64 bytes) Area blocchi dati Super blocco n...max i list File A File B Free 87

31 Campo Dimensioni (byte) Descrizione di_mode 2 Tipo di file, permessi, etc. di_nlinks 2 Numero di hard links al file di_uid 2 UID proprietario di_gid 2 GID proprietario di_size 4 Dimensione in bytes di_addr 39 Array degli indirizzi dei blocchi di_gen 1 Generation number di_atime 4 Tempo di ultimo accesso di_mtime 4 Tempo dell ultima modifica di_ctime 4 Tempo ultima modifica inode Struttura di un inode

32 s5fs: i-node Tipo di file Nu mero di (hard) lin k al file UID del proprietario GID del proprietario Permessi di accesso Dimensione del file in bytes Tabella degli in dirizzi dei blocchi dati Un i-node contiene gli attributi di un file. Ora edata dell'ultimo accesso Ora edata dell'ultima modifica Ora edata dell'ultima modifica dell'i-n ode 88

33 s5fs: i-node R W per il proprietario X R W per il gruppo X R W per gli altri X SETUID: set user-id SETGID: set group-id Sticky bit Permessi: 12 bit Sticky bit: permette di richiedere al kernel che l immagine di un processo resti allocata nell area di swap anche dopo la sua terminazione (utile per programmi frequentemente utilizzati, es. vi) 89

34 s5fs: i-node Sticky bit: permette di richiedere al kernel che l immagine i di un processo resti allocata nell area di swap anche dopo la sua terminazione (utile per programmi frequentemente utilizzati, es. vi); comando unix: chmod +t program-file; un eseguibile con lo sticky bit settato non viene rimosso dalla memoria primaria anche se nessun processo lo sta usando; solo il super-user puó settare lo sticky bit (perché?); Lo sticky bit viene disabilitato - all apertura del file in scrittura - chmod -t program-file -rmfile - unmount filesystem of file - kernel out of space in swap device 90

35 s5fs: i-node Set-Uid bit (S): L obiettivo è quello di concedere temporaneamente i privilegi di un utente ad un altro; process-id real user id possessore del file in esecuzione effective user id possessore del processo (chi lo ha lanciato) normalmente, i privilegi di un processo (quali permessi possiede) sono quelli dell utente che ha lanciato il processo. 91

36 s5fs: i-node Set-Uid bit (S): Consideriamo un programma PIPPO appartenente all utente A, ed un utente B che esegue PIPPO. 92

37 s5fs: i-node Set-Uid bit (S): 93

38 s5fs: i-node 1 accesso accessi 3 accessi La tabella degli indirizzi è composta di 13 indirizzi, e si basa su una struttura a quattro livelli. 4 accessi i-node blocchi dati 94

39 Esempio 1 Ipotesi: blocco: 1 Kb indirizzo: 4 bytes 1024/4 = 256 indirizzi per blocco Come accedere al byte di un file? 12500/1024 = 12 con resto 212 Quindi devo accedere al 212-esimo byte del 13-esimo blocco del file. 95

40 Esempio 2 Ipotesi: blocco: 1 Kb indirizzo: 4 bytes 1024/4 = 256 indirizzi per blocco Qual è la dimensione massima indirizzabile? 10 * 1Kb = 10 Kb * 1 Kb = 256 Kb * 256 * 1 Kb = 64 Mb * 256 * 256 * 1Kb =16Gb = > 16 GB per file NB: In ogni caso, poichè 32 bit indirizzano solo fino a 4 Gb (2 32 ), la dimensione è limitata a 4 Gb per file. 96

41 s5fs: prestazioni La struttura di indirizzamento a un file privilegia i file piccoli rispetto ai file grandi. Nota: In una tipica installazione Unix, la maggior parte dei file ha dimensioni molto piccole. Ad esempio, uno studio su un campione di circa files ha dato questi risultati: 48% dei files <= 1 Kb 85% dei files <= 8 Kb [Mullender, Tanenbaum, Immediate Files, in Software Practice and Experience, Aprile 1984] 97

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43 s5fs: superblocco È un singolo blocco, e contiene informazioni globali sul volume: dimensione del volume (# blocchi) informazioni per gestione blocchi liberi (numero dei blocchi liberi nel volume, testa della free-block list, flag di lock della free-block list) dimensione della i-list informazioni per gestione i-nodes liberi (numero degli i-node liberi, cache degli i-node liberi, flag di lock per la lista degli i-node liberi) flag che indica se il superblocco è stato modificato 98

44 s5fs: superblocco Nel superblocco viene mantenuto un elenco di i-number di i-node liberi ( caching ); Quando serve un i-node libero, dalla cache viene prelevato un i-number (se c è); cè); Quando la cache è vuota, la si rialimenta scandendo la i-list per cercare altri i-node liberi (campo tipo-file a 0) (Ci si ricorda l ultimo i-node letto nella i-list, e la prossima ricerca riparte da lì); In tal modo, gli i-node liberati vengono riutilizzati (Questo approccio non è utilizzabile per i blocchi liberi, i perché questi non sono riconoscibili). 99

45 s5fs: free-block list Free blocks address blocks nel superblocco (co p ia in memoria) contatore puntatori s ign ificat iv i Fre e b lo cks Vantaggi: Con 1 accesso al disco (al massimo) posso: - ottenere gli indirizzi di molti blocchi liberi - liberare molti blocchi (Una normale lista lineare permetterebbe di ottenere un solo blocco alla volta) 102

46 s5fs: superblocco Per motivi di efficienza, copia del superblocco sta normalmente in memoria e il sistema lo registra periodicamente su disco, se è stato modificato MEMORIA CENTRALE Copia del superblocco all'inizio DISCO superblocco periodicamente (flag di modifica alto) 100

47 s5fs: superblocco Il superblocco è un area critica, senza la quale l intero file system non è più accessibile. Che cosa può capitare: - Il blocco fisico di disco su cui risiede può rovinarsi - Il sistema può cadere prima dell'allineamento fra superblocco in memoria e su disco Architettura molto pericolosa! 101

48 Risoluzione pathname Pathname del file da accedere: /usr/f1 Visione logica: Visione fisica: NB: Si suppone per semplicità che tutti i file e la i-list occupino un solo blocco. bin i list Area blocchi dati / usr f1 f2 f1 usr / <dati> f2 4 bin x f user

49 Risoluzione del pathname per /usr/ast/mbox L i-node indicizzato dall i-number 60 contiene l indirizzo del blocco per il file mbox

50 Miglioramenti rispetto a s5fs: Lunghezza massima dei nomi portata a 256 caratteri Più di inodes nel File System

51 Miglioramenti rispetto a s5fs: Lunghezza massima dei nomi portata a 256 caratteri Più di inodes nel File System Ogni partizione è suddivisa in gruppi di cilindri contigui, ciascuno con proprie informazioni di servizio. Ciò permette di adottare particolari strategie per tenere vicini dati correlati. Sector 0 Sector 1 head 0 track2 track1 track0 Cylinder 0 head 1 platters Cylinder 1 head 2

52 Miglioramenti rispetto a s5fs: Lunghezza massima dei nomi portata a 256 caratteri Più di inodes nel File System Ogni partizione è suddivisa in gruppi di cilindri contigui, ciascuno con proprie informazioni di servizio. Ciò permette di adottare particolari strategie per tenere vicini dati correlati. Il superblocco è copiato in mirroring in ciascun gruppo di cilindri al fine di aumentare la sicurezza.

53 Miglioramenti rispetto a s5fs: Lunghezza massima dei nomi portata a 256 caratteri Più di inodes nel File System Ogni partizione è suddivisa in gruppi di cilindri contigui, ciascuno con proprie informazioni di servizio. Ciò permette di adottare particolari strategie per tenere vicini dati correlati. Il superblocco è copiato in mirroring in ciascun gruppo di cilindri al fine di aumentare la sicurezza. File System diversi possono avere block size diversi: 4096 bytes, 8192 bytes, etc. due livelli di accesso indiretto bastano per 4 Gb

54 Miglioramenti rispetto a s5fs: Lunghezza massima dei nomi portata a 256 caratteri Più di inodes nel File System Ogni partizione è suddivisa in gruppi di cilindri contigui, ciascuno con proprie informazioni di servizio. Ciò permette di adottare particolari strategie per tenere vicini dati correlati. Il superblocco è copiato in mirroring in ciascun gruppo di cilindri al fine di aumentare la sicurezza. File System diversi possono avere block size diversi: 4096 bytes, 8192 bytes, etc. due livelli di accesso indiretto bastano per 4 Gb Un blocco è suddiviso in n frammenti da 1, 2,, 8 (minima dimensione 512 bytes). Un file in FFS è composto da un insieme di blocchi sul disco completi l ultimo blocco del file può essere parziale (1 o più frammenti contigui)