Организация файла на диске в UNIX на примере файловой системы s5fs. Понятие индексного узла (inode)
Рассмотрим, как организуется на физическом носителе любой файл в UNIX на примере простой файловой системы, впервые появившейся в вариантах операционной системы System V и носящей поэтому название s5fs (System V file system).
Все дисковое пространство раздела в файловой системе s5fs логически разделяется на две части: заголовок раздела и логические блоки данных. Заголовок раздела содержит служебную информацию, необходимую для работы файловой системы, и обычно располагается в самом начале раздела. Логические блоки хранят собственно содержательную информацию файлов и часть информации о размещении файлов на диске (т.е. какие логические блоки и в каком порядке содержат информацию, записанную в файл).
Для размещения любого файла на диске используется метод индексных узлов (inode – от index node), о котором подробно рассказывается в лекции 12 (раздел "Методы выделения дискового пространства"), и на котором здесь мы останавливаться не будем. Индексный узел содержит атрибуты файла и оставшуюся часть информации о его размещении на диске. Необходимо, однако, отметить, что такие типы файлов, как "связь", "сокет", "устройство", "FIFO" не занимают на диске никакого иного места, кроме индексного узла (им не выделяется логических блоков). Все необходимое для работы с этими типами файлов содержится в их атрибутах.
Перечислим часть атрибутов файлов, хранящихся в индексном узле и свойственных большинству типов файлов. К таким атрибутам относятся:
- Тип файла и права различных категорий пользователей для доступа к нему.
- Идентификаторы владельца-пользователя и владельца-группы.
- Размер файла в байтах (только для регулярных файлов, директорий и файлов типа "связь").
- Время последнего доступа к файлу.
- Время последней модификации файла.
- Время последней модификации самого индексного узла.
Существует еще один атрибут, о котором мы поговорим в этих семинарах позже, когда мы будем рассматривать операцию связывания файлов в разделе "Системные вызовы и команды для выполнения операций над файлами и директориями" .
Количество индексных узлов в разделе является постоянной величиной, определяемой на этапе генерации файловой системы. Все индексные узлы системы организованы в виде массива, хранящегося в заголовке раздела. Каждому файлу соответствует только один элемент этого массива и, наоборот, каждому непустому элементу этого массива соответствует только один файл. Таким образом, каждый файл на диске может быть однозначно идентифицирован номером своего индексного узла (его индексом в массиве).
На языке представления логической организации файловой системы в виде графа это означает, что каждому узлу графа соответствует только один номер индексного узла, и никакие два узла графа не могут иметь одинаковые номера.
Надо отметить, что свойством уникальности номеров индексных узлов, идентифицирующих файлы, мы уже неявно пользовались при работе с именоваными pip'ами (семинар 5, раздел "Понятие FIFO. Использование системного вызова mknod() для создания FIFO. Функция mkfifo()") и средствами System V IPC (семинары 6–7, раздел "Понятие о System V IPC"). Для именованного pip'a именно номер индексного узла, соответствующего файлу с типом FIFO, является той самой точкой привязки, пользуясь которой, неродственные процессы могут получить данные о расположении pip'а в адресном пространстве ядра и его состоянии и связаться друг с другом. Для средств System V IPC при генерации IPC-ключа с помощью функции ftok() в действительности используется не имя заданного файла, а номер соответствующего ему индексного дескриптора, который по определенному алгоритму объединяется с номером экземпляра средства связи.
