Modulo 12: File System

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1 Modulo 12: File System Livelli logici per l accesso ai file Organizzazione dei file su disco Organizzazione di un File System di UNIX 12.1

2 Livelli logici per l accesso ai file Programmi utente Pile Sequenziali Sequenziali indicizzati Indicizzati Hash Logical I/O Basic I/O Supervisor Basic File System Disk device driver Tape device driver 12.2

3 Strutture di file Pila : i dati sono organizzati in record di dimensioni non definita mantenuti nell ordine con il quale arrivano I file sequenziali : hanno una struttura formata da record di dimensione fissa e tutti con la stessa suddivisione in campi. Un campo, detto chiave del record, permette di identificare un record in maniera univoca e quindi di stabilire un ordinamento tra i record. 12.3

4 Strutture di file I file sequenziali indicizzati memorizzano delle informazioni ulteriori per accelerare l introduzione e la ricerca dei dati. 1. un file di indice con il quale gestire gli accessi casuali 2. un file di overflow per consentire gli inserimenti di nuovi elementi mantenendo l ordinamento complessivo. Livelli di Indicizzazione 2 1 Indice Main File Overflow File 12.4

5 Strutture di file I file ad accesso diretto o gestiti mediante hashing I record non necessitano un ordinamento sequenziale. Sono usati qualora sia necessario un accesso molto rapido ed i record hanno dimensione fissa. Funzione di hash Chiave f Primary File Overflow File 12.5

6 Directory spell bin programs stat mail dist find count hex reorder p e mail prog copy prt exp find list reorder count hex list obj spell all last first 12.6

7 Funzioni di accesso ai file Gestione delle directory Comandi utente Operazioni, nomi dei file Controllo degli accessi degli utenti Struttura dei file Metodi di accesso Funzioni di manipolazione dei file Record Gestione dei blocchi Blocchi fisici nei buffer in memoria principale Scheduling del disco Allocazione dei file Blocchi fisici in memoria secondaria Gestione dello spazio libero Funzioni del File management Funzioni del Sistema Operativo 12.7

8 Organizzazione dei file su disco Descrittore del file Tipo del file Tipo di file system Volume Indirizzo di partenza Dimensioni Owner Azioni permesse Informazioni d uso (quando/chi ha scritto/letto/modificato per ultimo, ) 12.8

9 Allocazione contigua Vantaggio: velocità d accesso Svantaggi: frammentazione dello spazio disponibile 12.9

10 Allocazione linkata directory File Blocco inizio Blocco di fine prova

11 Allocazione linkata - FAT elemento della directory test nome blocco iniziale FAT fine del file Numero dei blocchi

12 Allocazione indicizzata directory File Blocco indice prova

13 Organizzazione di un File System di UNIX Blocco di boot Super blocco Lista degli inode Blocchi di dati 12.13

14 Organizzazione di un File System di UNIX il blocco di boot risiede generalmente nel primo settore che costituisce il File System e contiene il codice di bootstrap che viene eseguito dalla macchina all avviamento il superblocco serve per descrivere lo stato del File System ovvero la sua dimensione, quanti file può contenere, dove trovare spazio libero sul disco ed altre informazioni la lista degli inode contiene tutti I descrittori disponibili nel sistema e la sua dimensione dipende da quanto specificato in fase di configurazione del sistema i blocchi di dato contenenti i file utente e quelli di gestione del sistema 12.14

15 Inode Proprietario: il possesso del file è condiviso tra un proprietario ed un gruppo. Il Super User ha diritto di accesso a tutti i file del sistema. Tipo di file: normale, directory, speciale a blocchi o a caratteri,.. Permessi di accesso al file: tre classi di utenti: proprietario, gruppo del proprietario e altri utenti. I permessi di lettura, scrittura ed esecuzione possono essere fissati individualmente per ogni classe. Poiché le directory non possono essere eseguite, i permessi di esecuzione per una directory consentono l attraversamento della directory. Tempi di accesso al file: riportano l ultima volta che il file è stato modificato, riferito e l ultima volta che è stato modificato l inode. Numero di link al file Dimensione del file Tabella degli indirizzi di disco dei dati in un file 12.15

16 Esempio di Inode Proprietario: laftes1 Gruppo: laface Tipo: file ordinario Permessi: rwxr-xr-x Accesso: 23 Ottobre 2001 h: 8:15 Modificato: 22 Ottobre 2001 h: 10:30 Inode: 23 Ottobre 2001 h: 13:30 Dimensione: 3050 byte Indirizzi su disco (13 puntatori) 12.16

17 Copia di un Inode in memoria ll numero dell inode Lo stato dell inode che indica se l inode è occupato la copia in memoria dell inode è diversa da quella su disco a causa degli aggiornamenti che ancora non sono stati registrati il file è un punto di mount il numero del device logico del File System che contiene il file un contatore di quanti riferimenti al file sono contemporaneamente attivi i puntatori ad altri inode in memoria, al fine di poterli organizzare in code e liste come già visto per i buffer 12.17

18 Funzioni di gestione del File system namei iget iput bmap alloc free ialloc ifree algoritmi di allocazione dei buffer getblk brelse bread breada bwrite 12.18

19 iget La funzione iget alloca in memoria una copia dell inode associato al file restituendo in output un inode con un contatore di riferimenti incrementato di 1 (hash table e cache per efficienza). L inode viene bloccato durante una chiamata di sistema per evitare che altri processi possano accedervi contemporaneamente e creare situazioni inconsistenti. Il blocco viene rilasciato solo alla fine della chiamata. Nel caso l inode non sia presente nella coda hash, viene ricercato il primo inode disponibile presente nella free list ed occupato. Nel caso la free list sia vuota, il kernel restituisce un errore

20 iget 12.20

21 Struttura di un file normale I-node Blocchi di dati indiretto singolo indiretto doppio indiretto triplo 12.21

22 Index block 10 blocchi diretti da 1 Kbyte ciascuno = 10 Kbyte 1 blocco indiretto con 256 blocchi diretti = 256 Kbyte 1 blocco doppiamente indiretto con 256 blocchi indiretti = 64 Mbyte 1 blocco triplamente indiretto con 256 blocchi doppiamente indiretti = 16 Gbyte 12.22

23 iput La procedura di rilascio di un inode iput viene invocata quando viene eseguita la close di un file. Viene bloccato l inode per evitare inconsistenze. Contatore di riferimenti è decrementato. Se tale contatore vale zero, il kernel scrive l inode su disco se la copia presente in memoria differisce da quella su disco. Inoltre, non essendoci più alcuna copia attiva del file, l inode deve essere liberato e riposto nella free list. Il kernel rilascia anche tutti i blocchi di dati associati al file e libera l inode nel caso il numero di link sia zero

24 iput 12.24

25 bmap serve per convertire un offset in byte all interno di un file nel corrispondente numero di blocco fisico su disco. dato un offset, ricava tramite l'uso delle catene di puntatori presenti nell inode, qual è il blocco nel quale sono effettivamente presenti i dati richiesti, e restituisce un puntatore a quel blocco

26 bmap 12.26

27 Esempio di Inode I-node blocco di dati indirezione doppia indirezione singola 3333 blocco di dati 12.27

28 Directory r: la directory è leggibile e quindi il suo contenuto può essere visualizzato w: è possibile creare nuove entry o rimuovere quelle già presenti attraverso le chiamate di sistema creat, mknod, link ed unlink x: un processo può attraversare la directory, cioé leggere il contenuto degli Inode associati ai nomi di file contenuti nella directory

29 1. 1. mkdir mkdir for for i i in in do do echo echo salve salve > > /$i /$i done done ls ls -ld -ld ls ls -l -l chmod chmod -r -r ls ls -ld -ld 10.ls 10.ls 11.ls 11.ls -l -l 12.cd 12.cd 13.pwd 13.pwd 14.ls 14.ls -l -l 15.echo 15.echo * * 16.cd 16.cd chmod 17.chmod +r +r 18.chmod 18.chmod -x -x 19.ls 19.ls 20.ls 20.ls -l -l 21.cd 21.cd 22.chmod 22.chmod +x +x 12.29

30 namei La procedura namei converte un pathname in un inode in modo da poter accedere ad un file. Analizza un componente del pathname alla volta, convertendolo nel relativo inode. Il puntatore all inode della directory corrente di un processo è contenuta nella u-area. La directory corrente di ogni processo al momento della creazione coincide con quella del processo padre, ma la può cambiare usando la system call chdir. Tutte le ricerche di pathname partono dalla directory corrente del processo a meno che il pathname non inizi con / che indica un pathname assoluto

31 namei 12.31

32 Scansione del pathname../a/b U-area Current directory a Inode.. Inode b Inode Inodes. Inode b Current dir Files Parent dir a directory 12.32

33 Superblocco dimensione del File System numero di blocchi liberi disponibili nel File System lista dei blocchi liberi disponibili nel File System indirizzo del successivo blocco libero nella lista dei blocchi liberi dimensione della lista di inode numero di inode liberi nel File System lista di inode liberi nel File System indirizzo del successivo inode libero nella lista degli inode liberi campi di lock per la lista di blocchi liberi e di inode liberi flag che indica se il super blocco è stato modificato 12.33

34 ialloc - ifree La procedura ialloc assegna un inode del disco ad un file che deve essere creato. Il File System mantiene una lista lineare di inode nella quale gli inode liberi presentano il campo tipo uguale a zero. Quando un processo richiede un nuovo inode, il kernel non effettua una ricerca lineare sulla lista perché risulterebbe troppo costosa, ma mantiene nel super blocco un array degli inode liberi presenti nel File System. La procedura ifree rilascia l inode di un file che stato cancellato (mediante la system call unlink), e non è attualmente in uso

35 Allocazione di blocchi di disco Lista del superblocco

36 alloc La procedura alloc permette di allocare il primo blocco libero presente nella lista contenuta nel super blocco. Se il blocco è l ultimo disponibile nella cache del super blocco, il kernel usa il numero ottenuto come puntatore ad un blocco contenente il prossimo elemento della lista linkata, che viene caricato integralmente nella cache. Il blocco che conteneva indirizzi di blocchi liberi del disco, ormai vuoto, viene usato come blocco di dati da allocare al processo che lo richiede

37 Esempio di alloc e free Lista del superblocco Lista del superblocco a, b - Configurazione iniziale e dopo il rilascio del blocco 949 Lista del superblocco Lista del superblocco c, d - Assegnazione del blocco 949 ed assegnazione del blocco 109 con riempimento della free list del super blocco 12.37