Système de fichiers Ahmed Serhrouchni.

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1 Système de fichiers Ahmed Serhrouchni

2 Plan Fichier: les concepts Système de gestion de fichier
Exemple le système de fichier UNIX

3 Fichier: Concept Espace d’adresse logique contiguë Types: Data
numérique caractère binaire Programme

4 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

5 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

6 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

7 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

8 Fichier: verrouillage en ouverture
Fournit par certains systèmes d’exploitation et systèmes de fichier Médiateur pour accéder à un fichier

9 Fichier: Types, Nom, Extension

10 Fichier: méthodes d’accès
Accès Sequentiel read next write next reset no read after last write (rewrite) Accès directe read n write n position to n rewrite n n = relative block number

11 Fichier: accès séquentiel

12 Fichier: Simulation de l’accès séquentiel sur accès direct

13 Fichier: exemple d’un index de fichier relatif

14 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

15 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, …)

16 Fichier: un niveau de répertoire
Un simple répertoire pour tous les utilisateurs Problèmes de nommage et de groupage

17 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

18 Fichier: arbre structuré de répertoire

19 Fichier: arbre structuré de répertoire
Recherche efficace Capacité de groupage Répertoire courant (working directory) cd /spell/mail/prog type list

20 Fichier: arbre structuré de répertoire
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 courant mkdir <dir-name>

21 Fichier: répertoire en Graphe Acyclique
Partage de répertoire et de fichiers

22 Fichier: répertoire en graphe générale

23 Fichier: Montage du système de fichier
Le SF doit être monté avant d’être accessible UN SF non monté (Fig (b)) est monté à un point de montage

24 (a) Existante. (b) Partition non monté

25 Point de montage

26 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

27 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

28 Listes d’accès et Groupes
Mode d’accès: read, write, execute Trois classes d’usagers RWX a) owner access 7  RWX b) group access 6  1 1 0 c) public access 1  0 0 1 owner group public chmod 761 game

29 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.

30 SF de fichiers en couches

31 Structure: File Control Block

32 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.

33 Structures du SF en mémoire

34 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.

35 Vue Schématique d’un VFS

36 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

37 Méthodes Allocation Une méthode allocation réfère comment allouer les blocs de données aux fichiers : Allocation Contiguë Allocation avec lien Allocation indexée

38 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.

39 Allocation Contiguë d’espace disque

40 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.

41 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. pointeur bloc =

42 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

43 Allocation basée sur les liens

44 File-Allocation Table

45 Allocation par table d’index
Tous les pointeurs sont la table d’index « index block ». index table

46 Exemple d’allocation basée sur la table d’index

47 Allocation Indexée Besoin de table d’index Accès aléatoire
Accès dynamique sans fragmentation externe, surcharge avec la table d’index.

48 Schéma: exemple UNIX (4K bytes par block)

49 Gestion de l’espace libre
1 2 n-1 Bit vector (n blocks) … 0  block[i] libre 1  block[i] occuppé bit[i] =  Calcul du numéro de Bloc (nombre de bits par mot) * (nombre de 0-valeur du mot) + offset du premier 1 bit

50 Gestion de l’espace libre
Bit map requires extra space. Example: block size = 212 bytes disk 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

51 Liste liée des espaces libres sur le disque

52 Le système de fichier 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

53 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.

54 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

55 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 …

56 Adresses des blocks de données dans un INODE
Direct block addresses 000 001 ……. 009 010 011 012 Indirect block addresses Double indirect block addresses Triple indirect block addresses File data blocks

57 Adresses des blocks de données dans un INODE
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

58 Vue externe d’un SF root ( / ) user bin dev etc hello.c ls.tmp junk vi
tty1 mto tty2 null

59 Vue interne d’un SF Block 0 Boot Block 1 Super Block 2 i-list Blocks
…… . . . FD-1 Last i-list Blocks FD First Data Block . . Data Blocks . T Total Blocks in File System

60 Vue interne d’un SF Boot Block: le premier bloc du SF UNIX, contient le programme boot et d’autres informations d’initialisation ou non utilisée. Super Block: le second bloc, contient l’ensemble des informations spécifiques sur le SF i-list Blocks: liste des inodes pour le SF, contigu au super block. Le nombre d’inodes est spécifié by par l’administrateur système Data Blocks: immédiatement après la i-list et occupe le reste des blocs.

61 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]; }

62 Structure des Blocs libres
s_nfree s_free[0] s_free[1] …… s_free[49] df_nfree df_free[0] df_free[1] …… df_free[49] df_nfree df_free[0] df_free[1] …… df_free[49] df_nfree df_free[0] df_free[1] …… df_free[49] df_nfree df_free[0] df_free[1] …… df_free[49]

63 Appels systèmes du SF UNIX
19 appels systèmes en 7 catégories: Return file desp. Assign inodes Set file attr. Process input/ output Change file system Modify view of file system Use namei algorithm open close creat pipe dup creat link unlink chown chmod stat fstat read write lseek mount umount chdir chroot open creat mknod chdir chroot chown chmod stat mount umount