kapitel 11: implementation av filsystem

Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Operating System Concepts – 8th Edition,

Kapitel 11: Implementation av filsystem

11.2 Silberschatz, Galvin and Gagne ©2009Operating System Concepts – 8th Edition

Bakgrund

Filsystemet tillhandahåller mekanismer för lagring och access till program och data

Består av en samling filer och en katalogstruktur

Ligger på sekundärminne, oftast en disk

Två designproblem:

1. Hur ska filsystemet se ut för användaren?

2. Hur ska vi mappa det logiska filsystemet till den fysiska disken?

Ett filsystem består oftast av många olika lager


Layered File System

Logical file system: hanterar metadata (katalogstruktur, filstruktur mm)

File-organization module: översätter logiska blockadresser till fysiska, hanterar ledigt utrymme

Basic file system: generiska kommandon (t ex läs drive 1, cylinder 73, track 2, sector 10)

I/O control: drivrutiner, avbrottshanterare


Olika filsystem

Många olika filsystem används idag

Diskbaserade filsystem:

UNIX – UFS

Windows – FAT, FAT32, NTFS

Linux – ext2, ext3 + minst 40 andra

Filsystem för DVD, CD-ROM

Distribuerade filsystem


Implementation av filsystem

Många strukturer används för att implementera filsystem

På disk:

Boot control block innehåller information om hur OS bootas från den volymen

Volume control block innehåller detaljer om volymen (blockstorlek, antal block mm)

Katalogstruktur – organiserar filerna

File Control Block (FCB) innehåller många detaljer om en fil

I minnet:

System-wide open-file table – innehåller en kopia av FCB:n för varje öppen fil

Per-process open-file table – innehåller pekare till system-wide open-file table


A Typical File Control Block


Skapa och öppna en fil

Skapa en ny fil:

Logiska filsystemet allokerar en ny FCB

Katalogen läses in i minnet och uppdateras

Öppna en fil:

Open() skickar ett filnamn till det logiska filsystemet

Först söks system-wide open-file table igenom

Om filen hittas – skapa en pekare i per-process open-file table

Om filen ej hittas – sök igenom katalogstrukturen efter rätt FCB och lägg i system-wide open-file table först

Open() returnerar en pekare till filens rad i per-process open-file table

Alla filoperationer görs sen genom denna pekare


In-Memory File System Structures


Virtuella filystem

Hur kan flera filsystem integreras i en katalogstruktur?

Virtuella filsystem (VFS) använder OO-tekniker för att implementera filsystem

VFS använder samma systemanropsgränssnitt (API) till alla filsystem

API:et är till VFS-gränssnittet, som separerar operationerna från deras implementation.


Schematisk bild av ett virtuellt filsystem


Implementation av kataloger

Linjär lista med filnamn med pekare till datablocken

Enkel att programmera

Tidskrävande att exekvera

Hashtabell – linjär lista med en hash-datastruktur.

Minskar söktiden

Kollisioner – situationer där två filer hashar till samma ställe

Fast storlek


Allokeringsmetoder

Hur ska plats på disken allokeras till filerna?

Sammanhängande (contiguous) allokering

Länkad allokering

Indexerad allokering


Sammanhängande allokering


Sammanhängande allokering (forts)

Varje fil ligger samlad på ett ställe

Enkel, kort söktid

Lider av extern fragmentering

Hur mycket plats ska vi allokera?


Linked Allocation


Länkad Allokering

Varje fil är en länkad lista med diskblock: blocken kan vara utspridda varsomhelst på disken

Katalogen har en pekare till första och sista diskblocken Varje block har en pekare till nästa block

Fördelar: Ingen extern fragmentering Inget problem att filer växer

Nackdelar: Bara sekventiell access Pekarna tar plats Sårbart om en pekare förstörs


File-Allocation Table (MS-DOS)


Indexerad Allokering

Alla pekare läggs i ett index block

Varje fil har sitt eget indexblock (en array)

Fördelar:

Ingen extern fragmentering

Random access

Filer kan växa

Nackdel:

Overhead från indexblocken


Exempel på indexerad allokering


Hantering av ledigt utrymme

Bitvektor (n block)

…

0 1 2 n-1

bit[i] = 0 block[i] ledigt

1 block[i] upptaget


Länkat ledigt utrymme

kapitel 11: implementation av filsystem

Documents