Système de fichiers

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Système de fichiers

Ahmed Serhrouchni

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Plan

• Fichier: les concepts

• Système de gestion de fichier

• Exemple le système de fichier UNIX

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Fichier: Concept

• Espace d’adresse logique contiguë

• Types: – Data

• numérique

• caractère

• binaire

– Programme

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Fichier: Structure

• Sans - séquence de mots ou de bytes• Structure de données simple

– Lignes – Longueur fixe– Longueur variable

• Structures de données Complexes – Document avec format spécifique

• La décision revient:– Au système d’exploitation– Ou au Programme

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Fichier: Attribut• Nom – sous forme lisible

• Type – pour permettre au système de supporter plusieurs types

• Location – adresse pour localiser le fichier sur le périphérique

• Taille – Taille courante du fichier

• Protection – contrôle qui peut lire, écrire, exécuter

• heure, date, et l’identification de l’utilisateur– données pour la protection, securité, et l’administration

• Ces Informations sur le fichier sont contenus dans une structure qui est maintenue dans le disque

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Fichier: Opérations• Create• Write• Read• file seek – repositionne dans le fichier• Delete• Truncate• Open(Fi) – recherche la structure sur le disque de

l’entrée Fi, et place le contenu de cette entrée en mémoire

• Close (Fi) – place le contenu de cette entrée qui est en mémoire vers la structure sur le disque

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Fichier: accès

• Plusieurs éléments de données ont besoin d’être gérés pour l’accès au fichier:– pointeur de fichier: pointe sur la dernière

position en read/write, par processus qui a ouvert le fichier

– Compteur du nbr d’ouveture du fichier– Localisation du fichier sur le disque– Droits accès : par processus

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Fichier: verrouillage en ouverture

• Fournit par certains systèmes d’exploitation et systèmes de fichier

• Médiateur pour accéder à un fichier

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Fichier: Types, Nom, Extension

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Fichier: méthodes d’accès • Accès Sequentiel

read nextwrite next resetno read after last write

(rewrite)

• Accès directeread nwrite nposition to n

read nextwrite next

rewrite n

n = relative block number

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Fichier: accès séquentiel

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Fichier: Simulation de l’accès séquentiel sur accès direct

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Fichier: exemple d’un index de fichier relatif

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Fichier: opérations sur les répertoires

• Recherche d’un fichier

• Créer un fichier

• Détruire un fichier

• Lister un répertoire

• Renomer un fichier

• Parcourir un système de fichier

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Fichier: l’organisation des répertoires (logiquement)

• Efficacité – localisation rapide d’un fichier• Nommage – commodité pour l’utilisateur

– Deux utilisateurs peuvent avoir un même nom pour deux fichiers différents

– Le même fichier peut avoir plusieurs noms différents

• Groupage – groupage logique de fichiers sur la base de propriétés, (exp., tous les doc., tous les jeux, …)

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Fichier: un niveau de répertoire

• Un simple répertoire pour tous les utilisateurs

Problèmes de nommage et de groupage

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Fichier: deux niveaux de répertoire

• Séparation du répertoire pour chaque utilisateur

•Path name•Possibilité de même nom pour des utilisateurs différents•Recherche efficace•Pas de capacité de groupage

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Fichier: arbre structuré de répertoire

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• Recherche efficace

• Capacité de groupage

• Répertoire courant (working directory)– cd /spell/mail/prog– type list

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• Absolu ou relatif path name• Création d’un nouveau fichier se fait dans le

répertoire courant• Détruire un fichier

rm <file-name>• Création d’un nouveau sous répertoire dans

le répertoire courantmkdir <dir-name>

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Fichier: répertoire en Graphe Acyclique

• Partage de répertoire et de fichiers

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Fichier: répertoire en graphe générale

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Fichier: Montage du système de fichier

• Le SF doit être monté avant d’être accessible

• UN SF non monté (Fig. 11-11(b)) est monté à un point de montage

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(a) Existante. (b) Partition non monté

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Point de montage

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Partage de fichier

• Le partage de fichiers sur un système multi utilisateurs est des fois nécessaire

• Le partage doit être conforme à un schéma de protection

• Sur un systeme distribué, les fichiers doivent être partagés en réseau

• Network File System (NFS) est samba sont des méthodes de partage de fichiers distribuées

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Partage de fichier – Utilisateurs Multiple

• User IDs identifie les utilisateurs, permet la mise en oeuvre des permissions et protections

• Group IDs permet l’association d’un utilisateur à un groupe, permission d’accès aux membres d’un groupe

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Listes d’accès et Groupes• Mode d’accès: read, write, execute• Trois classes d’usagers

RWXa) owner access 7 1 1

1

RWXb) group access 6 1 1

0

RWXc) public access 1 0 0

1

owner group public

chmod 761 game

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Structure du SF

• Structure du SF– Unité logique de stockage

• LE SF réside sur la mémoire secondaire (disque).

• SF organisé en couches.

• File control block –structure de stockage contient les informations sur un fichier.

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SF de fichiers en couches

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Structure: File Control Block

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Structures du SF en mémoire

• Les figures suivantes illustres les structures nécessaires fournit par l’OS

• La figure (a) réfères un fichier ouvert.

• La figure (b) réfères un fichier en lecture.

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Structures du SF en mémoire

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Virtual File Systems (VFS)ou

Système de Fichier Virtuel

• Le VFS une méthode orienté objet pour la mise en œuvre d’un SF.

• VFS fournit une interface système unique (API) pour différents types de SF.

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Vue Schématique d’un VFS

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Implantation des répertoires

• Liste Linéaire des noms de fichiers avec des pointeurs sur les blocs de données– simple pour le traitement– Consomme bcp. de tps d’exécution

• Table de hachage– liste linéaire avec une structure de donnée avec hachage.– Recherche rapide– collisions – deux noms de fichiers peuvent donner la

même localisation– Taille fixe

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Méthodes Allocation

• Une méthode allocation réfère comment allouer les blocs de données aux fichiers :

• Allocation Contiguë

• Allocation avec lien

• Allocation indexée

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Allocation Contiguë • Chaque fichier occupe un ensemble de blocs

contigu sur le disque.• Simple – seulement le début de la location

(block #) et la longueur (nombre de blocs) sont nécessaires.

• Gaspillage d’espace (stockage dynamique –problème d’ allocation ).

• Les fichiers ne peuvent augmenter de taille.

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Allocation Contiguë d’espace disque

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Systèmes basé sur des extensions

• Certains SF nouveau (exp. Veritas File System) utilise un schéma d’allocation contiguë modifié.

• « Extent-based file systems » alloue des blocs dans une extension.

• une extension un ensemble de bloc de disque contiguë. Un fichier consiste en une ou plusieurs extension.

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Allocation liée

• Chaque fichier est désigné par une liste de blocs sur le disque : un bloc de la liste peut être situé n’importe où sur le disque.

pointeurbloc =

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Allocation liée

• Simple – besoin uniquement du début de la liste• Pas d’espace pour la gestion système – aucun

gaspillage d’espace• Pas d’accès aléatoire

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Allocation basée sur les liens

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File-Allocation Table

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Allocation par table d’index

• Tous les pointeurs sont la table d’index « index block ».

index table

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Exemple d’allocation basée sur la table d’index

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Allocation Indexée

• Besoin de table d’index • Accès aléatoire • Accès dynamique sans fragmentation

externe, surcharge avec la table d’index.

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Schéma: exemple UNIX (4K bytes par block)

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Gestion de l’espace libre

• Bit vector (n blocks) …

0 1 2 n-1

bit[i] = 0 block[i] libre

1 block[i] occuppé

Calcul du numéro de Bloc

(nombre de bits par mot) *

(nombre de 0-valeur du mot) +offset du premier 1 bit

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Gestion de l’espace libre

• Bit map requires extra space. Example:block size = 212 bytesdisk size = 230 bytes (1 gigabyte)n = 230/212 = 218 bits (or 32K bytes)

• Facile d’avoir des fichiers contiguë • liste (free list)

– Pas de gaspillage d’espace

• Groupage • comptage

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Liste liée des espaces libres sur le disque

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Le système de fichier Unix

• UNIX– L’un des systèmes le plus populaire depuis 1969

– Ecris en langage C avec un petit noyau

• Le système de fichier Unix– Structure globale pour le stockage et contrôle des données sur le

système.

– La caractéristique la plus signifiante du système UNIX

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Vue globale des fichiers UNIX

• Tout est considéré comme fichier et tout fichier est une suite d’octets (aucune structure)

• Quatre types de fichier– régulier: ASCII files– répertoire: contient une liste de noms de fichiers avec

un pointeur sur leur inode– spéciale: périphérique - imprimante, terminal– pipe: FIFO

• inode: index node représente un fichier. Tout accès à un fichier doit faire usage des informations de l’inode.

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Structure INODE

• Information de gestion et d’adressage physiques du fichier :– file mode– count of hard links– owner id– group id– time of last file access– time of last file modification– time of last inode modification– file size– file addresses

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Adresses des blocks de données dans un INODE

• Block comme unité d’adresse de base, BLOCKSIZE est constant

• 13 pointeurs directe ou indirecte sur les blocks qui contiennent les données du fichier

• Pointeurs 0-9: adresses directe des blocks contenant les données du fichier

• Pointer 10: adresse indirecte simple, vers des blocks qui contiennent les adresses vers les blocks qui contiennent les données du fichier

• Pointer 11: adresse double indirection …• Pointer 12: adresse triple indirection …

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000 009 010 011 012…….001

Direct block addresses

Indirect block addresses

Double indirectblock addresses

Triple indirectblock addresses

File data blocks

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• Taille du fichier: blocksize = 1K, adresse du bloc est sur quatre octets en mémoire (1024 / 4 = 256 adresses de blocs dans un bloc):– Adresse directe de bloc: 10K– Adresse indirecte de bloc : 256K– Adresse double indirecte de bloc : 256 * 256K = 64M– Adresse triple indirecte de bloc : 256 * 64M = 16G

• adresses pour les fichiers spéciaux: seulement les deux premiers pointeurs sont utilisés: numéro du contrôleur, numéro du périphérique (major et minor number)

• Adresses des PIPEs sont limités à 10K

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Vue externe d’un SF

root ( / )

bin

vi hello

hello.c junkdev etc user

ls.tmp

tty1 mto tty2 null

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Vue interne d’un SF

Boot Block

Super Block

i-list Blocks……

Last i-list Blocks

First Data Block

Data Blocks

Total Blocks in File System

Block 01

2..

.FD-1

FD

T

.

.

.

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Vue interne d’un SF

• Boot BlockBoot Block: le premier bloc du SF UNIX, contient le programme boot et d’autres informations d’initialisation ou non utilisée.

• Super BlockSuper Block: le second bloc, contient l’ensemble des informations spécifiques sur le SF

• i-list Blocksi-list Blocks: liste des inodes pour le SF, contigu au super block. Le nombre d’inodes est spécifié by par l’administrateur système

• Data BlocksData Blocks: immédiatement après la i-list et occupe le reste des blocs.

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Organisation des Blocs libres

• Tous les blocs libres sont dans la chaîne des free-block.

• Dans le superbloc l’entrée s_free[0] est la tête de chaîne des free-block est pointe vers la suivante adresse des free-block.

• Structure du bloc adresse des Free-block:struct {

int df_nfree;

d_addr_t df_free[NICFREE];

}

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Structure des Blocs libres

s_free[0]s_free[1]……s_free[49]

df_nfreedf_free[0]df_free[1]……df_free[49]




s_nfree

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Appels systèmes du SF UNIX

• 19 appels systèmes en 7 catégories:

Returnfiledesp.

Assigninodes

Setfileattr.

Processinput/output

Changefilesystem

Modifyview offilesystem

Usenameialgorithm

openclosecreatpipedup

creatlinkunlink

chownchmodstatfstat

readwritelseek

mountumount

chdirchroot

open creatmknod chdirchroot chownchmod statmount umount

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