Выше уже отмечалось, что индексный дескриптор (Рис. 112) является системной структурой данных, содержащей атрибуты файла, а также всю оперативную информацию об организации и размещении данных. Система устроена таким образом, что между содержимым файла и его индексным дескриптором существует взаимнооднозначное соответствие. Заметим, что содержимое файла не обязательно размещается в рабочем пространстве файловой системы: существуют некоторые типы файлов, для которых содержимое хранится в самом индексном дескрипторе. Примером тут может послужить тип специального файла устройств.
Рис. 112. Индексные дескрипторы.
Для каждого индексного дескриптора существует, по меньшей мере, одно имя, зарегистрированное в каталогах файловой системы. И еще раз повторимся, сказав, что, говоря о древовидности файловой системы, то понимают древовидности не с точки зрения размещения файла, а с точки зрения размещения имен файлов.
Индексный дескриптор хранит информацию о типе файла, правах доступа, информацию о владельце файла, размере файла в байтах, количестве имен, зарегистрированных в каталогах файловой системы и ссылающихся на данный индексный дескриптор. В частности, признаком свободного индексного дескриптора является нулевое значение последнего из указанных атрибутов.
В индексном дескрипторе также собирается различная статистическая информация о времени создания, времени последней модификации, времени последнего доступа. И, наконец, в индексном дескрипторе находится массив блоков файла.
Организация блоков файла — еще одна удачная особенность файловой системы ОС Unix. Структура организации блоков файла выглядит следующим образом. Массив блоков файла состоит из 13 элементов. Первые 10 элементов используются для указания номеров первых десяти блоков файла, оставшиеся три элемента используются для организации косвенной адресации блоков. Так, одиннадцатый элемент ссылается на массив из N номеров блоков файла, двенадцатый — на массив из N ссылок, каждая из которых ссылается на массив из N блоков файла, тринадцатый элемент используется уже для трехуровневой косвенной адресации блоков.
Рис. 113. Адресация блоков файла.
Рассмотрим пример системы (Рис. 113), в которой размер блока равен 512 байтам (т.е. 128 четырехбайтовых чисел). Если количество блоков файла больше 10, то сначала используется косвенная адресация первого уровня. Суть ее заключается в том, что в одиннадцатом элементе хранится номер блока, состоящем в нашем случае из 128 номеров блоков файла, которые следуют за первыми десятью блоками. Иным словами, посредством одиннадцатого элемента массива адресуются 11-ый – 138-ой блоки файла. Если же блоков оказывается больше, чем 138, то начинает использоваться косвенность второго уровня, и для этих целей задействуют двенадцатый элемент массива. Этот элемент массива содержит номер блока, в котором (опять-таки для нашего примера) могут находиться до 128 номеров блоков, в каждом из которых может находиться до 128 номеров блоков файла. Когда размеры файла оказываются настолько большими, что для хранения номеров его блоков не хватает двойной косвенной адресации, используется тринадцатый элемент массива и косвенная адресация третьего уровня. Итак, в рассмотренной модели (размер блока равен 512 байтам) максимальный размер файла может достигать (10+128+1282+1283)*512 байт. На сегодняшний день файловые системы с таким размером блока не используются, наиболее типичны размеры блока 4, 8, вплоть до 64 кбайт.
Обратим внимание, что рассмотренная модель адресации блоков файла является достаточно компактной и эффективной, поскольку для обращения к блоку файла с использованием тройной косвенности потребуется всего три обмена, а если учесть, что в системе реализована буферизация блочных обменов, то накладные расходы становятся еще меньше.
Файл-каталог
Каталог файловой системы версии System V — это файл специального типа, его содержимое так же, как и у регулярных файлов, находится в рабочем пространстве файловой системы и по организации данных ничем не отличается от организации данных регулярных файлов.
Файлы-каталоги (Рис. 114) имеют следующую структурную организацию. Каждая запись в ней нем имеет фиксированный размер: длина записи довольно сильно варьировалась, мы будем считать, что длина записи 16 байт. Первые два байта хранят номер индексного дескриптора файла, а оставшиеся 14 байтов — это имя файла (т.е. в нашей модели имя файла в системе ограничено 14 символами). При создании каталога он получает две предопределенные записи, которые невозможно модифицировать и удалять. Первая запись — это запись, для которой используется унифицированное имя “. ”, интерпретируемая как ссылка на сам этот каталог. Соответственно, в этой записи указывается номер индексного дескриптора данного файла-каталога. Второй записью, для которой используется унифицированное имя “ .. ”, является ссылка на родительский для данного файла каталог, и соответственно, в этой записи хранится номер индексного дескриптора родительского каталога.
Рис. 114. Файл-каталог.
Отвлекаясь от файловой системы версии System V, отметим, что многие более развитые файловые системы ОС Unix поддерживают средства установления связей (Рис. 115) между индексным дескриптором и именами файла. Можно устанавливать как жесткие связи, так и символические связи. Жесткая связь позволяет с одним индексным дескриптором связать два и более равноправных имени. Соответственно, при удалении имени, участвующего в жесткой связи, то первым делом удаляется имя из каталога, затем уменьшается счетчик жестких связей в индексном дескрипторе. В случае обнуления этого счетчика происходит удаление содержимого файла и освобождение данного индексного дескриптора.
Для организации символической связи создается файла специального типа — типа ссылки. Файл данного типа содержит полный путь к тому файлу, на который ссылается данный файл-ссылка. Используя такую косвенную адресацию, можно добраться до целевого файла. Такой подход иллюстрирует ассиметричное именование (права файла ссылки будут отличаться от прав файла, на который он ссылается).
Рис. 115. Установление связей.