Иерархическая модель файловой системы
7.1. Иерархическая модель файловой системы
Файл есть именованная совокупность данных. Это определение относится к виртуальному файлу - каким он представляется пользователю. Определение виртуального файла не конкретизирует, где именно, на каких носителях находятся данные, из каких элементов эта совокупность состоит и каковы отношения между элементами. Отсутствие детализации в определении виртуального файла делает его удобной универсальной метафорой любых внешних по отношению к процессу данных. В ОС Unix впервые было введено представление всех внешних устройств, как виртуальных файлов. Это представление прочно укоренилось и в современных ОС имеется тенденция более широкого использования файловой метафоры. В таких системах, например, имена всех внешних по отношению к процессу именованных данных (семафоры, каналы-транспортеры, очереди т.д.) формируются по соглашениям именования файлов.
Понятие же физического файла связывают с данными, хранящимися на внешней памяти. Устройства внешней памяти предназначены для длительного хранения данных. Файл, созданный на внешней памяти, может существовать на ней сколь угодно долго, пока не будет уничтожен явно заданной операцией уничтожения. Характерным является то, что файл продолжает существовать и после завершения создавшего его процесса, данные файла могут быть многократно прочитаны, модифицированы, полностью заменены этим же или другим процессом. Физический файл есть набор записей на устройстве внешней памяти, сгруппированных таким образом, чтобы управлять доступом к ним, их чтением и модификацией.
Файловой системой (ФС) называется та часть ОС, которая обеспечивает перевод виртуального представления файла в физическое. Этот перевод выполняется поэтапно, что позволяет представить ФС в виде иерархической модели, показанной на Рисунке 7.1.
Рисунок 7.1. Иерархическая модель файловой системы
Подсистема логической организации файлов обеспечивает API процессов в соответствии с той логической структурой, которую имеет виртуальный файл.
Логическая ФС выполняет перевод символьного имени файла в некоторый внутрисистемный идентификатор файла. Этот перевод включает в себя поиск по справочникам. Идентификатор обычно представляет собой некоторую простую структуру данных, адресующую дескриптор файла, который используется на следующем уровне иерархии.
Базовая ФС выполняет открытие и закрытие файлов и сопровождение открытых файлов. Базовая ФС находит по идентификатору дескриптор файла - системную структуру данных, содержащую информацию о местонахождении файла, его характеристиках и состоянии. При открытии файла этот уровень создает расширенный дескриптор файла, отслеживающий в ходе работы процессов с файлом его текущее состояние. Базовая ФС, возможно, также контролирует соблюдение прав доступа к файлу.
Подсистема физической организации файлов выполняет перевод виртуальных файловых адресов в реальные адреса на носителях. Этот уровень отслеживает размещение файлов на внешней памяти и управляет распределением пространства внешней памяти.
Система управления вводом-выводом (СУВВ) занимается формированием управляющих воздействий на устройства внешней памяти, их выполнением и обработкой прерываний. Этот уровень обеспечивается драйверами устройств, рассмотренными нами в предыдущем разделе, поэтому здесь мы этот уровень рассматривать не будем. Отметим только, что управление устройствами (любыми, а не только устройствами внешней памяти) является вырожденным случаем иерархической модели, в котором отсутствуют уровень логической ФС, а функции физической организации и управления вводом-выводом реализованы в драйвере.
В следующих разделах мы рассмотрим подробнее уровни ФС, двигаясь сверху вниз по иерархии.
