Виктор Костромин - Linux для пользователя

Таблица 16.7. Структура дескриптора, описывающего корневой каталог

Название поля Тип Описание Inode ULONG Номер индексного дескриптора (индекс) файла Rec_len USHORT Длина этой записи Name_len USHORT Длина имени файла Name CHAR[0] Имя файла

Использование записей переменной длины позволяет использовать длинные имена файлов без пустой траты дискового пространства. Отдельная запись в каталоге не может пересекать границу блока (т. е. должна быть расположена целиком внутри одного блока). Поэтому, если очередная запись не помещается целиком в данном блоке, она переносится в следующий блок, а предыдущая запись продолжается таким образом, чтобы она заполнила блок до конца.

16.4. Система адресации данных

Система адресации данных - это одна из самых существенных составных частей файловой системы. Именно система адресации позволяет находить нужный файл среди множества как пустых, так и занятых блоков на диске. В ext2fs система адресации реализуется полем i_block индексного дескриптора файла.

Поле i_block в индексном дескрипторе файла представляет собой массив из 15 адресов блоков. Первые 12 адресов в этом массиве (EXT2_NDIR_BLOCKS [12]) представляют собой прямые ссылки (адреса) на номера блоков, в которых хранятся данные из файла. Следующий адрес в этом массиве (EXT2_IND_BLOCK) является косвенной ссылкой, т. е. адресом блока, в котором хранится список адресов следующих блоков с данными из этого файла. В этом блоке могут быть записаны адреса (размер_блока / размер_ULONG) блоков с данными файла.

Следующий адрес в поле i_block индексного дескриптора (EXT2_DIND_BLOCK) указывает на блок двойной косвенной адресации (double indirect block). Этот блок содержит список адресов блоков, которые в свою очередь содержат списки адресов следующих блоков данных того файла, который задается данным индексным дескриптором.

И, наконец, последний адрес (EXT2_TIND_BLOCK) в поле i_block индексного дескриптора задает адрес блока тройной косвенной адресации, т. е. блока со списком адресов блоков, которые являются блоками двойной косвенной адресации.

Теперь вы знаете, как устроены индексные дескрипторы файлов, т. е. можете представить, как в файловой системе ext2fs осуществляется запись в файл и чтение из файла.

Может быть здесь еще надо бы рассказать о команде mkfs, которая служит для создания файловой системы в разделе диска. Но вкратце мы ее рассмотрели в разд. 4.12, а за более подробными пояснениями читатель может обратиться к интерактивным руководствам.

16.5. Виртуальная файловая система VFS

До сих пор наш рассказ о файловой системе касался только "статических", если можно так выразиться, составных частей файловой системы. Но, я думаю, вы понимаете, что все это хозяйство обслуживается какими-то программными модулями. Эти программные части можно разделить на две составных части. Одна часть входит в состав ядра и образует так называемую виртуальную файловую систему (VFS). VFS обеспечивает унифицированный программный интерфейс к услугам файловой системы, причем безотносительно к тому, какой тип файловой системы (vfat, ext2fs, nfs и т. д.) имеется на конкретном физическом носителе. Поэтому каждая файловая система должна предоставлять еще какие-то конкретные процедуры доступа к своим файлам, для того, чтобы использоваться под Linux. Виртуальная файловая система VFS, расположенная как бы между приложениями и конкретными файловыми системами, позволяет пользовательским приложениям получать доступ к множеству файловых систем разных типов.

16.6. Новые файловые системы

Файловая система ext2fs была создана по образу и подобию файловой системы UNIX (UNIX File System - UFS). Обе они (особенно UFS) создавались еще в те времена, когда диски и другие физические носители данных имели довольно маленький (по современным меркам) объем. Увеличение объема дисков вело к возрастанию объема разделов диска, увеличению размеров отдельных файлов и каталогов. Это породило ряд проблем, связанных с ограниченностью внутренних структур данных файловой системы.

Существуют две основных проблемы этого рода.

Во-первых, эти структуры не способны работать с носителями информации увеличенного объема. В них отведено строго фиксированное число бит для хранения данных о размере дисковых разделов и размерах файлов, фиксированное число бит для хранения логических номеров блоков и т. д.. Как следствие, число файлов и каталогов и их размер ограничены.

Вторая проблема связана с производительностью. В силу заложенных в старые файловые системы алгоритмов решение некоторых задач стало требовать слишком большого времени на носителях увеличенного объема. Одним из самых характерных примеров такого рода проблем является трудоемкость восстановления файловой системы после сбоев (например, после неожиданного отключения питания). Это восстановление выполняется с помощью программы fsck, и для очень больших дисков стало требовать нескольких часов.

Естественно, что появление этих проблем породило и попытки их решения. Были разработаны новые типы файловых систем, при создании которых учитывались требования масштабируемости. Наиболее известными разработками файловых систем новых типов являются:

• файловая система ext3fs;

• XFS;

• журналируемая файловая система JFS фирмы IBM;

• ReiserFS.

В табл.16.8 приведены данные по увеличению основных параметров, обеспечиваемых новыми файловыми системами. Данные заимствованы из статьи Juan I. Santos Florido "Journal File Systems", опубликованной в 55-ом выпуске Linux Gazette (July 2000).

Таблица 16.8. Некоторые параметры файловых систем новых типов

Размер блока Максим. размер файловой системы Максим. размер файла Ext3FS 1-4 Кбайт 4 Tбайт 2 Гбайт XFS от 512 байт до 64 Кбайт 18 тысяч петабайт 9 тысяч петабайт JFS 512, 1024, 2048, 4096 байт от 4 петабайт (при 512-байтных блоках) до 32 петабайт (при 4-килобайтовых блоках) От 512 Тбайт (при 512-байтовых блоках) До 4 петабайт (при 4-килобайтовых блоках) ReiserFS До 64 Кбайт (пока что фиксирован, 4 Кбайт) 4 Гбайт блоков, 16 Тбайт 4 Гбайт, 210 петабайт в ReiserFS (3.6.xx)

16.7. Журналируемые файловые системы

Основная цель, которая преследуется при создании журналируемых файловых систем, состоит в том, чтобы обеспечить быстрое восстановление системы после сбоев (например, после потери питания). Дело в том, что если произойдет такой сбой, то часть информации о расположении файлов теряется, поскольку не все изменения сразу записываются на диск. После этого программа fsck вынуждена просматривать весь диск блок за блоком (пользуясь битовыми матрицами занятых блоков и индексных дескрипторов) с целью восстановления потерянных связей. При увеличении размера дисков вдвое, вдвое увеличивается и время, которое требуется для просмотра всего диска. А при тех объемах, которых достигают современные диски, особенно на серверах, время, необходимое для того, чтобы просмотреть весь диск, стало недопустимо велико: ведь сервер в это время не отзывается! Кроме того, нет гарантии, что все связи удастся восстановить.

В журналируемых файловых системах для решения этой проблемы применяют технику транзакций, развитую в теории баз данных. Суть этой техники в том, что действие не считается завершенным, пока все изменения не сохранены на диске. А чтобы сбои, происходящие в течение времени, необходимого для завершения всех операций, не приводили к необратимым последствиям, все действия и все изменяемые данные протоколируются. Если сбой все-таки произойдет, то по этому протоколу можно вернуть систему в безошибочное состояние.

Главное отличие в технике транзакций, применяемой в базах данных, от аналогичной техники, применяемой в журналируемых файловых системах, состоит в том, что в базах данных сохраняются в протоколе как сами изменяемые данные, так и вся управляющая информация, в то время как понятие транзакции в файловых системах подразумевает сохранение только мета-данных: индексных дескрипторов изменяемого файла, битовых карт распределения свободных блоков и свободных индексных дескрипторов. Дело в том, что если сохранять все изменяемые данные, то теряется смысл кэширования записи на диск и уменьшается скорость дисковых операций. Мета-данные же, во-первых, меньше по размеру, а, во-вторых, сохраняются в специально выделенной области диска, что позволяет избежать чрезмерных затрат времени на ведение протокола.