Операционная система UNIX - Андрей Робачевский

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:

# crash

dumpfile = /dev/mem, namelist = /dev/ksyms, outfile = stdout

> !mount

/ on /dev/dsk/c0t3d0s0 read/write on Tue Feb 25 15:29:11 1997

/usr/local on /dev/dsk/c0t0d0s0 read/write on Tue Feb 25 15:29:13 1997

/tmp on swap read/write on Tue Feb 25 15:29:13 1997

/dev/fd on fd read/write/setuid on Tue Feb 25 15:29:11 1997

/proc on /proc read/write/setuid on Tue Feb 25 15:29:11 1997

/cdrom/unnamed_cdrom on /dev/dsk/c0t6d0 ronly on Mon Mar 25 15:29:43 1997

> vfs

FSTYP BSZ  MAJ/MIN   FSID VNCOVERED    PDATA BCOUNT FLAGS

ufs   8192  32,24  800018         0 f5b79b78      0 notr

ufs   8192  32,0   800000  f5c29ad0 f5c28c88      0 notr

tmpfs 4096   0,0        0  f5958d18 f5d16ee0      0 notr

fd    1024 158,0  2780000  f5c4f5d8        0      0

proc  1024 156,0  2700000  f5c4f718        0 283920

hsfs  2048  91,1  b9d02de5 f5f20698 f5b60d98      0 rd

Мы распечатали список подключенных файловых систем (команда mount(1M)) и элементы vfs таблицы монтирования. Рассмотрим подробнее vnode точки монтирования файловой системы раздела /dev/dsk/c0t0d0s0.

> vnode f5c29ad0

VCNT VFSMNTED     VFSP STREAMP VTYPE RDEV VDATA    VFILOCKS VFLAG

   2 f5c25c60 f0286570       0 d     -    f5c29ac8        0 -

Удостоверимся, что поле v_vfsmountedhere (VFSMNTED) адресует элемент vfs подключенной файловой системы, а поле v_fsp (VFSP) указывает на элемент корневой файловой системы.

> vfs f5c25c60

FSTYP  BSZ MAJ/MIN   FSID VNCOVERED    PDATA BCOUNT FLAGS

ufs   8192  32,0   800000  f5c29ad0 f5c28c88      0 notr

> vfs f0286570

FSTYP  BSZ MAJ/MIN   FSID VNCOVERED    PDATA BCOUNT FLAGS

ufs   8192  32,24  800018         0 f5b79b78      0 notr

Наконец, посмотрим на содержимое inode файловой системы ufs, адресованного полем v_data (VDATA) виртуального индексного дескриптора:

> ui f5c29ac8

UFS INODE TABLE SIZE = 1671

SLOT MAJ/MIN INUMB RCNT LINK UID GID SIZE    MODE FLAGS

   -  32,24   7552    2    2   0   0  512 d---755 rf

Полученная информация показывает, что запись таблицы inode ufs адресует дисковый индексный дескриптор с номером 7552 (INUMB). Для того чтобы узнать имя файла, используем команду ncheck(1M):

> !ncheck -i 7552

/dev/dsk/c0t3d0s0:

7552 /usr/local

Трансляция имен

Прикладные процессы, запрашивая услуги файловой системы, обычно имеют дело с именем файла или файловым дескриптором, полученным в результате определенных системных вызовов. Однако ядро системы для обеспечения работы с файлами использует не имена, а индексные дескрипторы. Таким образом, необходима трансляция имени файла, передаваемого, например, в качестве аргумента системному вызову open(2), в номер соответствующего vnode.

В табл. 4.6 приведены системные вызовы, для выполнения которых требуется трансляция имени файла.

Таблица 4.6. Системные вызовы, требующие трансляции имени

exec(2) Запустить программу на выполнение chown(2) Изменить владельца-пользователя chgrp(2) Изменить владельца-группу chmod (2) Изменить права доступа statfs(2) Получить метаданные файла rmdir(2) Удалить каталог mkdir(2) Создать каталог mknod(2) Создать специальный файл устройства open(2) Открыть файл link(2) Создать жесткую связь

Говоря формально, полное имя файла представляет собой последовательность слов, разделенных символом '/'. Каждый компонент имени, кроме последнего, является именем каталога. Последний компонент определяет собственно имя файла. При этом полное имя может быть абсолютным или относительным. Если полное имя начинается с символа '/', представляющего корневой каталог общего логического дерева файловой системы, то оно является абсолютным, однозначно определяющим файл из любого места файловой системы. В противном случае, имя является относительным и адресует файл относительно текущего каталога. Примером относительного имени может служить include/sys/user.h, а абсолютное имя этого файла — /usr/include/sys/user.h. Как следует из этих рассуждений, два каталога играют ключевую роль при трансляции имени: корневой каталог и текущий каталог. Каждый процесс адресует эти каталоги двумя полями структуры u_area:

struct vnode *u_cdir Указатель на vnode текущего каталога struct vnode *u_rdir Указатель на vnode корневого каталога

В зависимости от имени файла трансляция начинается с vnode, адресованного либо полем u_cdir, либо u_rdir. Трансляция имени осуществляется покомпонентно, при этом для vnode текущего каталога вызывается соответствующая ему операция vn_lookup(), в качестве аргумента которой передается имя следующего компонента. В результате операции возвращается vnode, соответствующий искомому компоненту.

Если для vnode каталога установлен указатель vn_vfsmountedhere, то данный каталог является точкой монтирования. Если имя файла требует дальнейшего спуска по дереву файловой системы (т.е. пересечения точки монтирования), то операция vn_lookup() следует указателю vn_vfsmountedhere для перехода в подключенную файловую систему и вызывает для нее операцию vfs_root для получения ее корневого vnode. Трансляция имени затем продолжается с этого места.

Пересечение границы файловых систем возможно и при восхождении по дереву, например, если имя файла задано указанием родительского каталога — ../../myfile.txt. Если при движении в этом направлении по пути встречается корневой vnode подключенной файловой системы (установлен флаг VROOT в поле v_flag), то операция vn_lookup() следует указателю vfs_vnodecovered, расположенному в записи vfs этой файловой системы. При этом происходит пересечение границы файловых систем, и дальнейшая трансляция продолжается с точки монтирования.

Если искомый файл является символической связью, и системный вызов, от имени которого происходит трансляция имени, "следует" символической связи, операция vn_lookup() вызывает vn_readlink() для получения имени целевого файла. Если оно является абсолютным (т.е. начинается с "/"), то трансляция начинается с vnode корневого каталога, адресованного полем u_rdir области u-area.

Процесс трансляции имени продолжается, пока не просмотрены все компоненты имени или не обнаружена ошибка (например, отсутствие прав доступа). В случае удачного завершения возвращается vnode искомого файла.

Доступ к файловой системе

Как было показано в главе 2, процесс совершает операции с файлами, адресуя их при помощи файловых дескрипторов — целых чисел, имеющих локальное для процесса значение. Это значит, что файловый дескриптор одного процесса может адресовать совершенно другой файл, нежели файловый дескриптор с таким же номером, используемый другим процессом. Процесс получает файловый дескриптор с помощью ряда системных вызовов, например, open(2) или creat(2)), выполняющих операцию трансляции имени, в результате которой выделяемый файловый дескриптор адресует определенный (или vnode) и, соответственно, файл файловой системы.

На рис. 4.12 показаны основные структуры ядра, необходимые для доступа процесса к файлу.

Рис. 4.12. Внутренние структуры доступа к файлу

Файловый дескриптор, используемый для доступа процесса к файлу, является индексом таблицы файловых дескрипторов (file descriptor table). Каждый процесс имеет собственную таблицу файловых дескрипторов, которая расположена в его u-area. На рис. 4.12 показаны два процесса, каждый из которых использует собственную таблицу файловых дескрипторов.