[OS] Chapter 10 — File System Interface

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Notion 好讀版

File Concept

File 也是抽像的概念。

  • Physical storage unit in disk

  • File attributes (Metadata)

    • Identifier: non-human-readable name
    • Name
    • Type
    • Location
    • Size
    • Protection
    • Last-access time, Last-updated time

  • File operations

    • Create
    • Write
    • Read
    • Repositioning within a file (i.e. file seek)
    • Delete
    • Truncating → 切掉尾巴
    • Appending → 貼在尾巴

  • Open-File Tables

    注意他存的是 metadata，不是 data

    • Per-process table

      • Tracking all files opened by this process

      • 跟操作這個 file 有關的資訊（independent 的）

      • File pointer → process 操作這個檔案到的位置

      • 裡面還有一個 pointer 指到 file 的 System-wide table

        ⇒ 這樣就可以避免資料一致性的問題，所以才不要 duplicate 一份到 Per-process table 裡面

    • System-wide table ****
      • 不管誰操作都要看到的資訊（share 的）
      • File size, disk location

  • Open File Attributes

    • File pointer (per-process)
    • File open count (system table)
    • Disk location (system table)
    • Access rights (per-process)

  • File types

    • .exe, .com, .obj, .cc, .mov, etc

    • Hint for OS to operate file in a reasonable way

Access Methods

是以使用者的角度來看：

  • Sequential access

    • 連續的存取
    • fread, fwrite

  • Direct (relative) access a.k.a random access

    • Call API 需要給他位址
    • 像是使用 table
    • 使用者要自己維護位址（With great power comes great responsibility）

  • Index Access Methods

    • DB

    • 用 index 去存取資料

    • Index: contains pointers to blocks of a file

    • With a large file → index could become too large

    • To find a record in a file:

      • search the index file → find the pointer
      • use the pointer to directly access the record

Review Slides (I)

  • File vs. Sector, Track
  • Open-file (in-memory) attributes
    • Per-process, system-wide?
  • File-access methods?
    • Sequential access
    • Direct access
    • Index access

Directory Structure

Directory Basics

  • Partition (Raw partition) — 儲存的空間切割後變成單獨的 partition 作是使用和管理，但是這個區塊我們還沒作格式化的動作

  • Volume — 我們有把他作 formatted（File system 的格式化） 的動作了（File system 的專有名詞）→ 強調這是由 file system 管理使用的空間

  • Directories — used by file system to store the information about the files in the partition

  • File-System Organization

    Volume 和 Partition 是可以跨 disk 的

  • File name 本身也是 directory 的一部分

    • 因為要找到 file，就要有 file name
    • 所以 Directory 的最後一層是 file name
    圈圈是 directory 的最後一層，方框是 file content

  • Directory Operations

    • Search for a file
    • Create a file
    • Delete a file
    • List a directory
    • Rename a file
    • Traverse the file system

Directory structure

Single-Level Directory

  • 指的是沒有資料夾，完全只有檔案
  • Single 指的是 file name
  • File name 很容易打架，因為不能重複
  • 因為是 flat 的，所以每次都要 scan through，效能差

Two-Level Directory

  • 出現了資料夾
  • 一個 user 一個資料夾，所以還是有上面的問題

Tree-Structured Directory

  • Multi-Level
  • 有 absolute path 和 relative path

Acyclic-Graph Directory

  • 可以建立捷徑到同一個 file
  • When does a file actually get deleted?
    1. deleting the link but not the file
    2. deleting the file but leaves the link → dangling pointer
    😃 deleting the file when reference counters is 0

General-Graph Directory

  • 可以隨便亂指，甚至可以有 cycle

  • 有可能會明明 access 不到了，但是因為有 link 在，所以也沒刪掉檔案

    • Garbage collection

      → 從 root 開始 traverse，mark 每一個人，沒 mark 到的就刪掉

      ☹️ Poor performance

    • Use cycle-detection algorithm when a link is created

Review Slides (II)

  • Directory structure: pros & cons
    • One-level directory
    • Two-level directory
    • Tree-structured directory
    • Acyclic-graph directory
    • General-graph directory

File System Mounting & File Sharing

Mounting

  • A file system must be mounted before it can be accessed

  • Mount point — 接到的位址（the root path that a FS will be mounted to），系統槽就是 mount 在 /

  • Mount timing: three possibility

    1. boot time （系統槽）
    2. automatically at run-time（USB）
    3. manually at run-time

  • File System Mounting Example

    • Partition B 的 mount point 是在 /usr
    • Partition C 的 mount point 是在 /home

  • mount –t ext2 /dev/sda0 /mnt/hdd

    • mount 一個 file type 是 ext2 的（所以知道這是啥 FS，才能正確讀取），他現在是 /dev/sda0 （是被 I/O device attach 成一個檔案的，mount 之後才可以讀取）要 mount 到 /mnt/hdd

  • How to extend the tree

    • Tree 長這樣

    • 前面的 m 代表那不是我管的，是 mount 進來的，所以要去查下面的 mount table

    • mount 就會修改這裡面的內容

Sharing

  • 基本上都是 multi-user，所以要 sharing，但是要處理 permission

  • 對於每一個 process，需要去管理他的

    • Identity：誰 call 的（Login 就知道了）（也有 groping 去幫助管理）
    • Permission：知道是誰後要知道他可以動誰

  • Each user — UserID, GroupID

  • Each file has 3 sets of attributes — owner (one and only), group (can operate), others

  • Access-Control

    Create an access-control list (ACL) for each user

    • 每次 request 就去查他的權限

    ☹️  會太大，每新增一個 user or file ACL will be huger

    • 3 classes of users → 3 ACL (RWX) for each file
      • Owner — (e.g. 7 = RWX = 111)
      • group — (e.g. 6 = RWX = 110)
      • other (public) — (e.g. 4 = RWX = 100)
      chmod 664 intro.ps (第一個 bit 代表他 484 dir)

Protection

  • Access control protection
  • Data failure protection
    • 用加密的方式保護他不會遺失

Review Slides (III)

  • File system mounting point, timing?
  • Access-control list? How does it function?

Textbook Problem Set

此筆記為清華大學周志遠教授作業系統之課堂筆記，所有內容及圖片皆取材於課堂內容。
如內容有誤，歡迎來信 mail@arui.dev。