Операционная система UNIX

Робачевский Андрей Михайлович

Поле

v_data

указывает на данные, относящиеся к конкретной реализации реальной файловой системы. Например, для дисковой файловой системы ufs,

v_data

указывает на запись в таблице in-core inode.

Набор операций над vnode указан полем

v_op

. В терминах объектно-ориентированного программирования этот набор представляет собой виртуальные методы класса vnode. Он является своего рода шлюзом к реальной файловой системе, позволяя предоставить общий интерфейс виртуальной файловой системы и в то же время обеспечить специфические реализации функций работы с файлами, необходимые для различных типов файловых систем. Некоторые операции, большинство из которых уже знакомы читателю по системным вызовам, приведены в табл. 4.2.

Таблица 4.2. Операции с vnode виртуальной файловой системы

int (*vn_open)	Открыть vnode. Если операция предусматривает создание клона (размножение), то в результате будет размещен новый vnode. Обычно операции такого типа характерны для специальных файлов устройств.
int (*vn_close)	Закрыть vnode.
int (*vn_read)	Чтение данных файла, адресованного vnode.
int (*vn_write)	Запись в файл, адресованный vnode.
int (*vn_ioctl)	Задание управляющей команды.
int (*vn_getaddr)	Получить атрибуты vnode: тип vnode, права доступа, владелец-пользователь, владелец-группа, идентификатор файловой системы, номер inode, число связей, размер файла, оптимальный размер блока для операций ввода/вывода, время последнего доступа, время последней модификации, время последней модификации vnode, число занимаемых блоков.
int (*vn_setaddr)	Установить атрибуты vnode. Могут быть изменены UID, GID, размер файла и времена доступа и модификации.
int (*vn_access)	Проверить права доступа к файлу, адресованному vnode. При этом производится отображение между атрибутами доступа файлов UNIX и атрибутами реальной файловой системы (например, DOS).
int (*vn_lookup)	Произвести трансляцию имени файла в соответствующий ему vnode.
int (*vn_create)	Создать новый файл и соответствующий ему vnode.
int (*vn_remove)	Удалить имя файла в указанном vnode каталоге.
int (*vn_link)	Создать жесткую связь между именем файла и vnode.
int (*vn_mkdir)	Создать новый каталог в указанном vnode каталоге.
int (*vn_rmdir)	Удалить каталог.
int (*vn_readdir)	Считать записи каталога, адресованного vnode.
int (*vn_symlink)	Создать символическую связь между новым именем и именем файла, расположенном в указанном vnode каталоге.
int (*vn_readlink)	Чтение файла — символической связи.
int (*vn_fsync)	Синхронизировать содержимое файла — записать все кэшированные данные.
int (*vn_inactive)	Разрешить удаление vnode, т.к. число ссылок на vnode из виртуальной файловой системы стало равным нулю.

Взаимосвязь между независимыми дескрипторами (vnode) и зависимыми от реализации метаданными файла показана на рис. 4.8.

Рис. 4.8. Метаданные файла виртуальной файловой системы

Монтирование файловой системы

Прежде чем может состояться работа с файлами, соответствующая файловая система должна быть встроена в существующее иерархическое дерево.

Только после этого ядро сможет выполнять файловые операции, такие как создание, открытие, чтение или запись в файл. Эта операция встраивания получила название подключения или монтирования файловой системы.

Каждая подключенная файловая система представлена на независимом уровне в виде структуры

vfs

, аналоге записи таблицы монтирования дисковой файловой системы. Структуры

vfs

всех подключенных файловых систем организованы в виде односвязного списка, в совокупности обеспечивая информацию, необходимую для обслуживания всего иерархического дерева, а также информацию о реальной файловой системе, которые не изменяются на протяжении работы. Первой записью списка всегда является корневая файловая система. В дальнейшем, список

vfs

мы будем называть устоявшимся термином — таблица монтирования. Поля структуры

vfs

приведены в табл. 4.3.

Таблица 4.3.

Поля структуры vfs

struct vfs *vfs_next	Следующая файловая система в списке монтирования.
struct vfsops *vfs_op	Операции файловой системы.
struct vnode *vfs_vnodecovered	vnode, перекрываемый файловой системой.
int vfs_flag	Флаги: только для чтения, запрещен бит SUID и т.д.
int vfs_bsize	Размер блока файловой системы.
caddr_t vfs_data	Указатель на специфические данные, относящиеся к реальной файловой системе.

Поле

vfs_data

содержит указатель на данные реальной файловой системы. Например, для дисковой файловой системы s5fs, это поле указывает на суперблок, размещенный в памяти.

Поле

vfs_op

указывает на операции файловой системы, которые в терминах объектно-ориентированного подхода могут быть названы виртуальными методами объекта

vfs

. Возможные операции файловой системы приведены в табл. 4.4. Поскольку они существенным образом зависят от архитектуры и конкретной реализации, поля

vfs_op

заполняются указателями на соответствующие функции реальной файловой системы при ее монтировании.

Таблица 4.4. Операции файловой системы

int (*vfs_mount)	Подключает файловую систему. Обычно операция включает размещение суперблока в памяти и инициализацию записи в таблице монтирования.
int (*vfs_unmount)	Отключает файловую систему. Операция включает актуализацию данных файловой системы на накопителе (например, синхронизацию дискового суперблока и его образа в памяти).
int (*vfs_root)	Возвращает корневой vnode файловой системы.
int (*vfs_statfs)	Возвращает общую информацию о файловой системе, в частности: размер блока хранения данных, число блоков, число свободных блоков, число inode.
int (*vfs_sync)	Актуализирует все кэшированные данные файловой системы.
int (*vfs_fid)	Возвращает файловый идентификатор (fid — file Identifier), однозначно адресующий файл в данной файловой системе. В качестве fid может, например, выступать номер inode реальной файловой системы.
int (*vfs_vget)	Возвращает указатель на vnode для файла данной файловой системы, адресованного fid.

Для инициализации и монтирования реальной файловой системы UNIX хранит коммутатор файловых систем (File System Switch), адресующий процедурный интерфейс для каждого типа файловой системы, поддерживаемой ядром. UNIX System V для этого использует глобальную таблицу, каждый элемент которой соответствует определенному типу реальной файловой системы, например s5fs, ufs или nfs. Элемент этой таблицы vfssw имеет поля, указанные в табл. 4.5.

Таблица 4.5. Коммутатор файловых систем

char *vsw_name	Имя типа файловой системы
int (*vsw_init)	Адрес процедуры инициализации
struct vfsops *vsw_vfsops	Указатель на вектор операций файловой системы
long vsw_flag	Флаги

Взаимодействие структур виртуальной файловой системы показано на рис. 4.9.

Рис. 4.9. Структуры данных виртуальной файловой системы

Монтирование файловой системы производится системным вызовом mount(2). В качестве аргументов передаются тип монтируемой файловой системы, имя каталога, к которому подключается файловая система (точка монтирования), флаги (например, доступ к файловой системе только для чтения) и дополнительные данные, конкретный вид и содержимое которых зависят от реализации реальной файловой системы. При этом производится поиск vnode, соответствующего файлу — точке монтирования (операция

lookup

или

namei

трансляции имени), и проверяется, что файл является каталогом и не используется в настоящее время для монтирования других файловых систем.