Система была достаточно медленной.

11.6.1 Файловая система EXT2

Эта файловая система стала основой для LINUX, она очень похожа BSD систему.

Вместо групп цилиндров используются группы блоков.

Размещение файловой системы EXT2 на диске

Другие особенности:

• Размер блока 1 Кбайт

• Размер каждого i-узла 128 байт.

• i-узел содержит 12 прямых и 3 косвенных адресов, длина адреса в i-узле стала 4 байта, что обеспечивает поддержку размера файла чуть более 16Гбайт.

Особенности работы файловой системы:

• Создание новых каталогов распределяется равномерно по группам блоков, чтобы в каждой группе было одинаковое количество каталогов.

• Новые файлы старается создавать в группе, где и находится каталог.

• При увеличении файла система старается новые блоки записывать ближе к старым.

Благодаря этому файловую систему не нужно дефрагментировать, она не способствует фрагментации файлов (в отличии от NTFS), что проверено многолетним использованием.

11.6.2 Файловая система EXT3

В отличие от EXT2, EXT3 является журналируемой файловой системой, т.е. не попадет в противоречивое состояние после сбоев. Но она полностью совместима с EXT2.

Разработанная в Red Hat

В данный момент является основной для LINUX.

Драйвер Ext3 хранит полные точные копии модифицируемых блоков (1КБ, 2КБ или 4КБ) в памяти до завершения операции. Это может показаться расточительным. Полные блоки содержат не только изменившиеся данные, но и не модифицированные.

Такой подход называется "физическим журналированием", что отражает использование "физических блоков" как основную единицу ведения журнала. Подход, когда хранятся только изменяемые байты, а не целые блоки, называется "логическим журналированием" (используется XFS). Поскольку ext3 использует "физическое журналирование", журнал в ext3 имеет размер больший, чем в XFS. За счет использования в ext3 полных блоков, как драйвером, так и подсистемой журналирования нет сложностей, которые возникают при "логическом журналировании".

Типы журналирования поддерживаемые Ext3, которые могут быть активированы из файла /etc/fstab:

• data=journal (full data journaling mode) - все новые данные сначала пишутся в журнал и только после этого переносятся на свое постоянное место. В случае аварийного отказа журнал можно повторно перечитать, приведя данные и метаданные в непротиворечивое состояние. Самый медленный, но самый надежный.

• data=ordered - записываются изменения только мета-данных файловой системы, но логически metadata и data блоки группируются в единый модуль, называемый transaction. Перед записью новых метаданных на диск, связанные data блоки записываются первыми. Этот режим журналирования ext3 установлен по умолчанию. При добавлении данных в конец файла режим data=ordered гарантированно обеспечивает целостность (как при full data journaling mode). Однако если данные в файл пишутся поверх существующих, то есть вероятность перемешивания "оригинальных" блоков с модифицированными. Это результат того, что data=ordered не отслеживает записи, при которых новый блок ложится поверх существующего и не вызывает модификации метаданных.

• data=writeback (metadata only) - записываются только изменения мета-данных файловой системы. Самый быстрый метод журналирования. С подобным видом журналирования вы имеете дело в файловых системах XFS, JFS и ReiserFS.

---

11.6.3 Файловая система XFS

XFS - журналируемая файловая система разработанная Silicon Graphics, но сейчас выпущенная открытым кодом (open source).

Официальная информация на http://oss.sgi.com/projects/xfs/

XFS была создана в начале 90ых (1992-1993) фирмой Silicon Grapgics (сейчас SGI) для мультимедийных компьютеров с ОС Irix. Файловая система была ориентирована на очень большие файлы и файловые системы. Особенностью этой файловой системы является устройство журнала - в журнал пишется часть метаданных самой файловой системы таким образом, что весь процесс восстановления сводится к копированию этих данных из журнала в файловую систему. Размер журнала задается при создании системы, он должен быть не меньше 32 мегабайт; а больше и не надо - такое количество незакрытых транзакций тяжело получить.

Некоторые особенности:

• Более эффективно работает с большими файлами.

• Имеет возможность выноса журнала на другой диск, для повышения производительности.

• Сохраняет данные кэша только при переполнении памяти, а не периодически как остальные.

• В журнал записываются только мета-данные.

• Используются B+ trees.

• Используется логическое журналирование

11.6.4 Файловая система RFS

RFS (RaiserFS) - журналируемая файловая система разработанная Namesys.

Официальная информация на RaiserFS

Некоторые особенности:

• Более эффективно работает с большим количеством мелких файлов, в плане производительности и эффективности использования дискового пространства.

• Использует специально оптимизированные b* balanced tree (усовершенствованная версия B+ дерева)

• Динамически ассигнует i-узлы вместо их статического набора, образующегося при создании "традиционной" файловой системы.

• Динамические размеры блоков.

11.6.4 Файловая система JFS

JFS (Journaled File System) - журналируемая файловая система разработанная IBM для ОС AIX, но сейчас выпущенная как открытый код.

Официальная информация на Journaled File System Technology for Linux

Некоторые особенности:

• Журналы JFS соответствуют классической модели транзакций, принятой в базах данных

• В журнал записываются только мета-данные

• Размер журнала не больше 32 мегабайт.

• Асинхронный режим записи в журнал - производится в моменты уменьшения трафика ввода/вывода

• Используется логическое журналирование.

11.7 Сравнительная таблица некоторых современных файловых систем

	NTFS	EXT4	RFS	XFS	JFS
Хранение информации о файлах	MFT	inode	inode	inode	inode
Максимальный размер раздела	16 Эбайт (260)	1 Эбайт	4 гигаблоков (т.к. блоки динамические)	16 Эбайт	32 Пбайт
Размеры блоков	от 512 байт до 64 Кбайт	1 Кбайт - 4 Кбайт	До 64 Кбайт (сейчас фиксированы 4 Кбайт)	от 512 байт до 64 Кбайт	512/1024/ 2048/4096 байт
Максимальное число блоков	248	2^32			232
Максимальный размер файла	264	16 Тбайт (для 4Кбайт блоков)	8 Тбайт	8 Эбайт	4 Пбайт (250)
Максимальная длина имени файла	255	255
Журналирование	Да	Да	Да	Да	Да
Управление свободными блоками		Нет	На основе битовой карты	B-деревья, индексированные по смещению и по размеру	Дерево+ Binary Buddy
Экстенты для свободного пространства		Нет	Нет	Да	Нет
B-деревья для элементов каталогов	Да	Нет	Как поддерево основного дерева файловой системы	Да	Да
B-деревья для адресации блоков файлов		Нет	Внутри основного дерева файловой системы	Да	Да
Экстенты для адресации блоков файлов		Нет	Да (с 4 версии)	Да	Да
Данные внутри inode (небольшие файлы)		Нет	Да	Да	Нет
Данные симво-льных ссылок внутри inode		Нет	Да	Да	Да
Элементы каталогов внутри inode (небольшие каталоги)		Нет	Да	Да	Да
Динамическое выделение inode/MFT	Да	Нет	Да	Да	Да
Структуры управления динамически выделяемыми inode		Нет	Общее B*дерево	B+дерево	B+дерево с непрерывными областями inode
Поддержка разреженных файлов	Да	Нет	Да	Да	Да

---

11.8 Файловая система NFS

NFS (Network File System) - сетевая файловая система. Создана для объединения файловых систем по сети.

11.8.1 Архитектура файловой системы NFS

Предоставляется доступ к каталогу (экспортируется) с подкаталогами. Информация об экспортируемых каталогах хранится в /etc/exports. При подключении эти каталоги монтируются к локальной файловой системе.

Примеры монтирования удаленных файловых систем

11.8.2 Протоколы файловой системы NFS

Протокол - набор запросов и ответов, клиента и сервера.

Используется два протокола:

1. Протокол управления монтирования каталогов

2. Протокол управления доступа к каталогам и файлам

11.8.3 Реализация файловой системы NFS

Структура уровней файловой системы NFS

VFS (Virtual File System) - виртуальная файловая система. Необходима для управления таблицей открытых файлов.

Записи для каждого открытого файла называются v-узлами (virtual i-node).

VFS используется не только для NFS, но и для работы инородными файловыми системами (FAT, /proc и т.д.)

Алгоритм работы NFS (рассмотрим последовательность системных вызовов mount, open и read):

1. Вызывается программа mount, ей указывается удаленный каталог и локальный каталог для монтирования.

2. Программа ищет сервер, соединяется с ним.

3. Запрашивает дескриптор каталога.

4. Программа mount обращается к системному вызову mount для монтирования полученного каталога.

5. Ядро формирует v-узел для открытого удаленного каталога.

6. Ядро формирует r-узел (удаленный i-узел) для удаленного каталога в своих внутренних таблицах. В результате v-узел указывает либо на r-узел для удаленного каталога, либо на i-узел одной из локальных файловых систем.

7. Система просит программу клиента NFS открыть файл.

8. Создаются v-узел и r-узел для удаленного файла.

9. Вызывающему процессу выдается дескриптор удаленного файла.

10. Теперь этот процесс может работать с файлом, используя вызов read.

Контрольные вопросы

1. Поясните различие между виртуальным и физическим файлом.

2. Охарактеризуйте основные компоненты иерархической модели файловой системы. Какие преимущества дает иерархическая модель?

3. В чем различие между байт-ориентированными и записеориентированными файлами? Назовите достоинства и недостатки той и другой модели.

4. В чем отличие логической структуры каталогов в MD DOS - Windows - OS/2 от структуры каталогов в Unix?

5. В чем достоинства и недостатки отделения дескриптора файла от элемента каталога?

6. Какую информацию о файле должен содержать его дескриптор, хранимый в файловой системе? Какую информацию должен содержать дескриптор открытого файла?

7. В чем сходство и различие каталогов и файлов (на логическом и на физическом уровнях)?

8. В чем сходство и различие алиасов и косвенных файлов?

9. Обязательно ли закрытие файла при завершении открывшего его процесса? Обязательна ли запись данных файла на диск при закрытии файла?

10. В чем отличие смежного размещения файлов в современных файловых системах от смежного размещения файлов в старых файловых системах?

11. Какими методами может быть обеспечено преимущественно смежное размещение файла на внешней памяти?

12. В чем отличие целостности файловой системы от целостности данных? Какую целостность и какими методами обеспечивают современные файловые системы?

13. Какие два типа ресурсов, связанных с диском, требуется выделить процессу, чтобы он выполнил запись данных на диск?

14. Каким из двух типов драйверов — блок-ориентированным или байт-ориентированным — обслуживается диск?

15. С какой целью в некоторых файловых системах характеристики файла отделяются от его имени?

16. Какие программные компоненты поддерживают структуру файла в тех ОС, где файл представлен последовательностью байт?

17. С какого каталога начинается «раскрутка» полного имени файла?

18. Операционная система выделяет файлам пространство на диске:

---

 А) секторами; 

В) дорожками; 

С) кластерами; 

 D) цилиндрами.

19. Выберите размер кластера для файловой системы FAT16, устанавливаемой в разделе, который разделен на секторы размером 512 байт и имеет общий объем 272 Мбайт. Оцените, сколько в этом случае кластеров будет содержать область данных, а также какой размер необходимо отвести таблице FAT. Учтите, что размер кластера должен быть равен степени двойки. Примите во внимание также, что стандартным размером корневого каталога для жестких дисков является размер в 32 сектора.

20. При каких условиях можно автоматически гарантированно восстановить в файловой системе FAT удаленный файл?

21. Сформулируйте основную цель введения в ОС системного вызова open.

22. В какой из типов систем управления доступом — избирательной или мандатной — пользователю предоставляется большая свобода действий?

23. Какой смысл имеет операция «выполнить каталог» в ОС UNIX

---

Смотрите также файлы

• Лекция 5. Процессы и потоки (нити). Взаимодействие процессов.doc

• Лекция 4. ОСНОВНЫЕ КОНЦЕПЦИИ ТЕОРИИ ОС.doc

• Лекция 1.doc

• Лекция 3. АРХИТЕКТУРА ОПЕРАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.doc

• Лекция 6. Планирование процессов.doc