Операционная система UNIX - Андрей Робачевский

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.

Затем происходит поиск элемента коммутатора файловых систем vfssw[], соответствующего типу монтируемой файловой системы. Если такой элемент найден, вызывается операция инициализации, адресованная полем vsw_init(). При этом выполняется размещение специфических для данного типа файловой системы данных, после чего ядро размещает структуру vfs и помещает ее в связанный список, подключенных файловых систем, как это показано на рис. 4.11. Поле vfs_vnodecovered указывает на vnode точки монтирования. Это поле устанавливается нулевым для корневой (root) файловой системы, элемент vfs которой всегда расположен первым в списке подключенных файловых систем. Поле vfs_op адресует вектор операций, определенный для данного типа файловой системы. Наконец, указатель на данный элемент vfs сохраняется в поле v_vfsmountedhere виртуального индексного дескриптора каталога — точки монтирования.

После этого вызывается операция vfs_mount() соответствующая данному типу файловой системы. Конкретные действия определяются реализацией файловой системы и могут существенно различаться. Например, операция монтирования локальной файловой системы ufs предусматривает считывание в память метаданных системы, таких как суперблок, в то время как монтирование удаленной NFS файловой системы включает передачу сетевого запроса файловому серверу. Однако монтирование предусматривает выполнение и ряда общих операций, включающих:

□ проверку соответствующих прав на выполнение монтирования;

□ размещение и инициализацию специфических для файловой системы данного типа данных, сохранение адреса этих данных в поле vfs_data элемента vfs;

□ размещение vnode для корневого каталога подключаемой файловой системы, доступ к которому осуществляется с помощью операции vfs_root().

После подключения файловая система может быть адресована по имени точки монтирования. В частности, при отключении файловой системы с помощью системного вызова umount(2), в качестве аргумента ему передается имя точки монтирования. Адресация с помощью специального файла устройства, как это происходило раньше, нарушает унифицированный вид виртуальной файловой системы, так как некоторые типы вообще не имеют такого устройства (например, NFS).

Определение корневого vnode для подключенной файловой системы производится с помощью операции vfs_root(). Заметим, что в некоторых реализациях независимой файловой системы (например, в SCO UNIX, хотя там используется другая терминология) одно из полей записи таблицы монтирования явно указывало на корневой vnode. Подход, предложенный фирмой Sun Microsystems, позволяет не хранить корневой vnode постоянно, размещая его только при необходимости работы с файловой системой. Это минимизирует ресурсы, занимаемые подключенными файловыми системами, которые продолжительное время не используются.

На рис. 4.10 приведен вид логического файлового дерева до и после монтирования файловой системы А к каталогу /usr/local. На рис. 4.11 приведен вид виртуальной файловой системы после этой операции монтирования.

Рис. 4.10. Монтирование файловой системы А к корневой файловой системе

Рис. 4.11. Схема монтирования файловых систем различных типов

Исследовать описанные структуры данных можно с помощью утилиты crash(1M). Для этого применяются команды vfs и mode, отображающие содержимое соответствующих структур данных. Приведем пример такого исследования файлового дерева операционной системы Solaris 2.5: