File system: aspetti implementativi

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1 File system: aspetti implementativi Sistemi Operativi Lez. 24

2 Layout disco Tutte le informazioni necessarie al file system per poter operare sono memorizzate sul disco di boot MBR: settore 0 del disco, contiene la tabella delle partizioni con indicazione delle partizioni attive Boot block: primo settore della partizione attiva, contiene un programma che carica il sistema operativo Superblock: contiene i parametri di inizializzazione per il file system Free Blocks I-nodes

3 File System Unix

4 Tecniche di allocazione Il FS deve preoccuparsi di tenere traccia dei contenuti dei diversi blocchi del disco, così come dei blocchi liberi, questa attività presuppone però che sia stata definita la modalità di allocazione dei blocchi liberi ai file Contigua Lista linkata FAT I-node

5 Contigua a. Allocazione contigua dello spazio su disco per 7 files b. Situazione del disco dopo la rimozione di D e E

6 Lista linkata

7 FAT

8 The MS-DOS File System (2) Dimensione massima dei file in funzione della dimensione del blocco Le entry sono vuote in corrispondenza delle combinazioni non consentite

9 I-node

10 Directory Struttura dati usata dal FS per associare al nome simbolico di un file il suo indirizzo fisico Per recuperare la directory di un file è necessario sapere dov è la directory root, in alcuni sistemi è in una posizione fissa all interno della partizione di boot in altri casi è il superblock a fornire informazioni su dove recuperarla Si sono sinora utilizzate due strategie per implementare le directory: Inserire tutti gli attributi di un file in directory Inserire nella directory un puntatore ad un file che contiene gli attributi del file

11 Implementazione di Directory a. Directory semplice a. fixed size entry b. Indirizzi e attributi del file sono nell entry di directory b. Directory dove ogni entry punta a un i-node

12 Directory in Windows 98 Bytes Elemento di directory in Windows 98

13 Directory in Unix Un file con la seguente struttura: typedef struct{ unsigned inode_number ; /* 2 bytes */ char file_name[14] ; /* 14 bytes */ } DIRECTORY_ENTRY Per ogni file contiene il relativo nome e inumber Ogni i-number identifica univocamente un i-node Gli i-node sono memorizzati in un zona del disco nota I-node di root è noto

14 Name Resolution Come avviene la ricerca del file: /usr/ast/mbox

15 Gestione spazi su disco Esiste un trade-off, tra spreco dello spazio e velocità di trasferimento in base alla dimensione del blocco fisico

16 Gestione spazio su disco (1) Per un disco di 256 GB, con blocchi da 1K ho bisogno di blocchi per contenere la free-list dei 2^28 blocchi

17 FS Reliability Problema: i dispositivi di memorizzazione hanno un indice di affidabilità abbastanza basso, e sono tra i primi componenti che si guastano di un sistema Soluzione: il FS offre oltre ad alcune tecniche di recovery automatico, strumenti di back-up e recovery per consentire all utente di ovviare ad eventuali danni Back-up incrementali: solo i dati modificati dall ultimo back-up sono ricopiati

18 Consistenza FS Periodicamente il file system si fa carico di verificare la consistenza delle strutture dati di riferimento Per fare questa attività fa ricorso ad un programma (fsck in Unix e chkdsk in Windows) che viene eseguito periodicamente in fase di boot, o dopo un guasto o lo spegnimento accidentale di un computer Usa due tabelle La prima costruita leggendo gli i-node per recuperare i blocchi in uso La seconda scorrendo la tabella dei blocchi liberi

19 Controllo consistenza dei blocchi a) FS consistente, b) Missing block, c)double free block d) double used block

20 Buffer cache Quando si effettua un operazione su disco i dati contenuti su uno o più blocchi sono portati in memoria La buffer cache è un area di transito della memoria centrale dove questi blocchi restano per un certo periodo al fine di ottimizzare i tempi di trasferimento tra disco e memoria centrale

21 Buffer cache Problema: la buffer cache è volatile, cosa succede in caso di spegnimento di un sistema dei dati in buffer cache? Due strategie: Windows: dopo una write riscrive immediatamente il blocco su disco (writethrough) UNIX: riscrive i blocchi di buffer cache modificati ogni 30 secondi (write back)

22 Gestione buffer cache La buffer cache è gestita tramite una tabella hash con liste linkate per la gestione delle collisioni A loro volta tutti i blocchi di buffer cache sono gestiti anche attraverso una lista doppia, ordinata secondo un criterio prossimo a LRU

23 Gestione spazi su disco Esiste un trade-off, tra spreco dello spazio e velocità di trasferimento in base alla dimensione del blocco fisico

24 FS di UNIX

25 The UNIX V7 File System (2) Un i-node di UNIX

26 Entry di Directory

27 Lettura dei dati da file Per accedere ai dati di un file è necessario trasferire i dati presenti nell i-node in memoria Le soluzioni a questo punto possono essere due: in una tabella di sistema Facilità la condivisione delle strutture dati In una tabella privata del processo Svincola le attività di un processo su un file da quelle che possono essere svolte da un altro file Spreco memoria

28 Lettura dati Per questioni di efficienza si è scelta la prima opzione Si pone il problema di due file che accedono allo stesso file in posizioni diverse (dove inserisco il puntatore al file?) Potrei inserire questa informazione nel PCB di ciascun processo Mantengo così una struttura unica con i dati degli i-node Rendo più processi che vogliono operare sullo stesso file autonomi

29 Lettura dati Questa soluzione non risolve per il seguente problema: fare in modo che due processi padre e figlio condividano in fase di esecuzione lo stesso puntatore a file e cioè ciascuno veda le modifiche che l altro apporta a questo campo? Introduco un ulteriore tabella (Open file Table)

30 UNIX File System (3)

31 Linux Linux supporto un proprio file system noto come Ext2 Ext2 è basato sui principi generali del file system di Unix Adotta la bitmap come sistema per memorizzare i blocchi liberi e gli i-node liberi Per l indirizzamento uso lo schema 12+3 invece di 10+3 Il disco viene diviso in gruppi di blocchi per tenere fisicamente vicini gli i-node con i blocchi dati

32 The Linux File System

33 FS di Windows

34 Formati Supportati W2000 supporta diversi formati di file system che differiscono tra loro per le modalità con cui gestiscono le informazioni in essi memorizzate: CDFS: per i CD-ROM UDF: per i DVD FAT12, FAT16, FAT32 NTFS: file system nativo

35 NTFS I dischi sono divisi in volumi Il blocco logico in NTFS viene chiamato cluster NTFS indirizza solo i cluster La principale struttura dati per ogni volume è la Master File Table (MFT) MFT è un array di record di dimensione fissa pari a 1Kbyte La gestione dei blocchi liberi è fatta attraverso bitmap

36 MFT

37 MFT Ogni elemento di MFT è costituito da una sequenza di attributi Ogni attributo è definito da una coppia: header e valore Il numero di attributi che definiscono un record MFT e quindi un file non è fisso

38 Attributi usati in un record MFT

39 Attributi Un file può quindi avere più attributi di tipo data Se un file è particolarmente corto il suo contenuto è memorizzato nel MFT corrispondente Altrimenti nel MFT sono memorizzati gli indirizzi di sequenze di cluster (run) in cui sono presenti i dati

40 Esempio di Record MFT

41 MFT complesso

42 Directory

43 File Name Lookup Passi per la ricerca del file C:maria/web.htm

44 Compressione In W2000 un file può essere creato in modo compresso Ogni volta che un file viene riscritto su disco il sistema tenta di comprimerlo utilizzando come unità di riferimento 16 cluster Se la compressione dà esito positivo si provvede a riscrivere i dati compressi

45 File Compression

46 File Encryption K retrieved user's public key

47 Controllo degli accessi

48 Autorizzazione Un entità attiva, chamata principal o soggetto, richiede accesso ad un entità passiva, chamata oggetto Autorizzazione: il FS decide se autorizzare o meno l accesso Il FS basa la sua decisione sulla base delle politiche di sicurezza definite dal proprietario dell oggetto

49 Autenticazione & Controllo degli accessi autorizzazione s principal richiesta ACL o FS oggetto

50 Terminologia di riferimento Soggetti/Principal: entità attive utenti, processi,... Oggetti: entità passive file o risorse Operazioni di Accesso: accesso a file,

51 Quali Approcci È possibile realizzare un sistema di controllo degli accessi Definendo le operazioni che ogni principal può svolgere sui diversi oggetti Definendo le operazioni che possono essere svolte su ciascun oggetto? Tipicamente il secondo approccio è seguito nell ambito dei sistemi operativi Il primo nell ambito dei DBMS o dello sviluppo di applicativi

52 Unix File read: da un file write: su un file execute: un file directory read: lista dei file write: crea o rinomina file della directory execute: cerca file nella directory

53 Matrice degli accessi Consente di specificare per ogni coppia soggetto-oggetto le operazioni di accesso consentite S insieme dei soggetti O insieme degli oggetti A insieme delle operazioni di accesso Matrice: M = (Mso)s S,o O Ogni elemento della specifica le operazioni che il soggetto s può eseguire sull oggetto o

54 Matrice degli Accessi O1 O2 O3 S1 S2 S3 S1 Own Write Read Write S2 S3 Execute Append S4 Own Read Execute Read execute

55 Matrice degli Accessi La matrice degli accessi è: Un concetto astratto, Un utile strumento teorico Non adatta per essere direttamente implementata Poco adatta per la gestione della sicurezza

56 Capability Focus sul soggetto: Diritti di accesso memorizzati con i soggetti capability righe della matrice degli accessi Soggetti possono assegnare diritti ad altri soggetti Soggetti possono assegnare il diritto di assegnare diritti Problem Come verifico chi può accedere ad uno specifico oggetto? Come revoco un diritto di accesso ad un oggetto? Corso: Sistemi Operativi

57 Access Control List (ACL) Focus sugli oggetti: I diritti di accesso sono memorizzati insieme ad un oggetto ACLs colonne delle matrice degli accessi Implementate nella maggior parte dei SO commerciali, anche se in versioni semplificate Problema: Come identifichiamo i diritti di accesso di un soggetto? Nella definizione di politiche di sicurezza è più naturale fare riferimento ai soggetti