file system

File Structure Dr. M. Rahgozar

In the Name of GodIn the Name of God

LectureLecture 22LectureLecture 22

بر بر يياجمال اجمال ييمرورمرور

نگاهدار نگاهدار سيستم ها ييسيستم ها داده داده

((File SystemFile System))

2 -2File Structure Dr. M. Rahgozar

سيستم ياجمال يمرور برها ينگاهدار داده

(File System)

؟ يچ3 (File ) فايل ست

سيستم ؟ يچ3 (File System) فايل ست

؟ يچ (Disk )سکيد ست

چگونه داده يلهايفا بهکاربران يدسترسباشد؟يم


سيستم ياجمال يمرور برها ينگاهدار داده

(File System) ؟ يچ3 (File ) فايل ست ا ها يمجموعه داده بوس ( Data ) از واحد بطور عامل لهيکه سيستم

((Operating System شناسا مد ييقابل م يريو باشد. يت( پايدار و مستقل واحد يک فايل ميباشد( Persistentهر ها داده .از

سيستم ؟ يچ3 (File System) فايل ستاز بخش اي مشاهده عامل قابل که سيستم مهم ميباشد ي وظيفه رابطه دو در

: داده فايلهاي نگهداريبا دارد عهده به را

فا ت يريمد • (Directory service ) لهايمشخصات (Storage service) لهايفا يمحتوا ينگاهدار •


نگاهدار ها يسيستم File)دادهSystem)

directoryservice

storageservice

pathname fileID requestedinformation

disk handler

disk

وظايف سيستم در تقسيم است؟ فايل چگونه



فا ت يريمد ( Directory ) لهايمشخصات

فايلها نامگذاريمديريت (Logical Naming)فا اطالعاتو مختصاتت يريمد به ( Meta Dataلها ) يمربوطبند و يسازماندهت يريمد (Organizationلها ) يفا يدسته

( Storage) لهايفا يمحتوا ينگاهدار

اي نگهداري گونه به & Persistent )مطمئنو ايدارپفايلهاReliable )

امکانات براي بروزنمودنو حذف، ايجادارائه کاربرانفايلها فايلها مشارکتبه کاربران گذاشتن (Sharing )بين دسترسي امنيتکنترل فايلها )در (Access Securityبه

directoryservice

storageservice

pathname fileIDrequestedinformation

disk handler

disk



؟ يچ (Disk )سکيد ست

نوع ي مغناط ک برا يم يسيحافظه که ساز يذخ يباشد استفاده داده فايلهاي يرهشود.يم

خواه ندهيآ يفصلهادر صحبت حافظه انواع مورد در .يمفصال نمود م

ها تيريمد ک سکيد يرو داده ؟ يبا ست

هرگونه ي حذف، جادياعمل داده ا فايلهاي به ديسک دسترسي توسط (Disk)رويديگر (Disk Handler) مستقل واحدک ي وظايف موازات به س يفا و انجام ستميل

.ميشود

directoryservice

storageservice

pathname fileIDrequestedinformation

disk handler

disk


فا يريمد مشخصات (Directory ) لهايت

نگاهدار يگوناگون يهاساختار وجود فايلها مشخصات يجهت:دارد

ساده 1. يا مسطح (Flat Directory Structure)ساختار

سطح 2. دو (Level Directory Structure 2) يساختار

درختواره 3. ( Tree Directory Structure)ساختار

گراف 4. (Graph Directory Structure)ساختار



ساده - 1 يا مسطح (Flat Directory Structure) ساختار

نگهداري ديسک روي آن آدرس و فايل نام فقط آن در که ساده ساختاريست.ميشود

مي استفاده قابل ابتدايي و کوچک بسيار هاي سيستم براي فقط ساختار اين.باشد

ميباشد آنها نام حسب بر فايلها سازماندهي .تنها بود نخواهد ميسر نام يک با فايل دو .ايجاد

namefileID

files



سطحي ) - 2 دو (Level Directory Structure 2ساختار

اختصاص و فايلها سازماندهي آن در که باشد مي تر پيشرفته ساختاريمختلف کاربران به گر آنها مي دد.ميسر

بود و نخواهد ميسر کاربران خود سازماندهي .لي

User 1User 2User 3User 4

cat dogdatatest dataA data AX


فا يريمد مشخصات لهايت(Directory)

درختواره- 3 (Tree Directory Structure)ساختار

باشد مي قبل ساختار يافته تعميم .نوع س امکان ميسازد اکه ميسر سطح چندين در را فايلها .زماندهي ميسر را مختلف گروه دو در فايل يک گذاشتن اشتراک به امکان ولي

سازد .نمي يک صورت به فايل هر شود" x/y/catمانند "Pathنام مي .ارائه

X

Y

/X/Y/cat

cat



گراف - 4 (Graph Directory Structure)ساختار

و فايلها گذاشتن اشتراک به امکان ، قبل ساختار تکميل در ساختار اينارتباط سازد (Link)ايجاد مي ميسر را مختلف گروههاي .بين

امنيت کنترل يا فايل يک فيزيکي حذف مانند مسايلي ساختار اين دراست ممکن فايل يک چون بود خواهند تر پيچيده فايلها به دسترسي

مختلف نام باشد (path)چند .داشته


ب و يارتباط کاربران ل يفا نستميس

(File System Interface)

به مربوط فا عمليات (Directoryلها )يمشخصات حذف يا Directoryايجاد فايلها نمودن باز يا حذف ، ايجاد يک به فايل يک ساختن Directoryمرتبط( فايلها امنيت (Access Rightsتعريف فايلها فهرست نمايش

( فايلها سازي ذخيره به مربوط (Storageعمليات

فايل خواندن فايل روزآوردن به يا نوشتن فايل بستن( جستجوSeek )فايل يک داخل در


فا لهايمشخصات (File Attributes)

فا چه؟ يعنيلها يمشخصات فا به مربوط اطالعات و Metaلها ) يمختصات

Data) باشند مي زير اجزاء : شامل

فايل نوع فايل فيزيکي ديسک ( محل )روي فايل اندازه فايل صاحب نام فايل به دسترسي امنيت روز به و دسترسي ، ايجاد وردن آزمانهاي

فايل

هستند؟ يا کجا اطالعات ن فا به مربوط اطالعات و اي لها يمختصات بگونه

فايل ) به دسترسي مسير از ( Pathمستقلميشوند .نگهداري

name1 fileID

name2 fileID

Meta-data

data


از يد کاربران داده يلهايفا دگاه(Logical / Physical Mapping)

کاربر ديدگاه :اناز رکوردهاي از اي مجموعه بعنوان فايل ميشود (Logical Records) داده يک (تعريف کجا؟.)

ديدگاه :سيستمل يفاازداده فضا بلوکهاي از اي مجموعه عنوان به ديسک شود (Physical Blocks)ي مي .تعريف

جه؟ينت ب فوق ديدگاه دو (Logical / Physical Mapping) .شوند بقطنم گريکديا بايستي

نصورت؟يرايدرغب هافضا ديسکها دونيي روي م يتشک استفاده ( (Fragmentation). شود يل چرا؟... )

Physicalblocks

Logical records


از يد کاربران داده يلهايفا دگاه (Logical / Physical Mapping)

کاربر زيمتما ديدگاه سيستم اننمودن ديدگاه مزا از و يچه ادارد؟ يبيمعا بهمراه را

ا:يمزا – 1 خا سيستم يک به نسبت افزار نرم (Portability )صاستقالل سيستم کارآيي و افزار نرم کارآيي بين (Performance) تمايز ب وظايف تردقيق فيرتعامکان الزامات دو يو ديدگاه نديسکها در تسهيل (( Disk Handler) مديريت چرا؟... )

ب:يمعا – 2 سازي بهينه شده يفضا مشکالت (Optimization )استفاده افزار نرم در رکوردها مديريت (مسئوليت چرا؟ ... )


به يدسترس داده يلهايفا کاربران

(Access Methods)

از فايل يک هاي داده به پذير چه دسترسي امکان طرقي؟ميباشد

سري بطور رکورد عني)دسترسي به رکورد يا بايت به بايت ( ي(Sequential)

آدرس يک به مستقيم ( Direct )دسترسي چگونه؟( ... )

يک حافظه Arrayهمانند )RAM )Memory Mapped در

کليد يک حسب بر مستقيم (Indexed ) دسترسي


ها داده همخواني و صحت(Data Consistency)

چ ها داده صحت از ست؟يمنظور د با ياز کاربران هاي که يستيدگاه در داده فا يموجود حت يل يک در يا

يکديگرهمخواني به نسبت مختلف (دنباشداشته فايلهاي مثال؟. )

فا س ينقش ستم؟يلستميس در UNIX يک هاي فايل کاربرداده در شدن نوشته محض به

ديگر کاربران فا ي)بوسيله به دسترس يکه اجازه ( يل قابل دارند باشد مي !(مشاهده خطر ... )

تا ها سيستم از ديگر برخي نوشته زماندر هاي داده ، فايل شدن بستهباشد نمي کاربران ديگر بوسيله مشاهده قابل آن در .شده

جه؟ينت مورد دو هر اول ب ( فوق در مورد خصوص کاربران )ه بين هماهنگي

دا صحت حفظ آنها دجهت همخواني و ها مورد ) ست.يالزام ه چرادوم؟(


امن ها تيحفظ داده(Access Protection)

امن از چ يمنظور ها داده ست؟يت ها داده امنيت کاربران حفظ بوسيله آنها به دسترسي کنترل مفهوم به

باشد مي .مجاز

کنترل ميباشد؟ اين جهاتي چه از دسترسي خواندن ( Read) نوشتن ( Write) اجرا ( Execute) ها حذف (Delete ) داده ها داده نمودن (Append ) اضافه فايلها مشخصاتمشاهده ( File Attributes )لها يفا يجستجو( Files & Directory Search ) ( ... يا) چرا؟ ن


امن ها تيحفظ داده(Access Protection)

روشها دارد؟ يبرا ييچه وجود امنيت کنترل ساده ليستهاي وسيله به فايلها امنيت کنترل روش طوالني )يک از (ولي

ميباشد پذير انجام دارند دسترسي آن به که فايلهايي و .کاربران (Access Lists)

درUnix تري ساده رود ( Access Groups ) روش مي شامل که بکارسه در کاربران باشد نوعتعريف :مي

فا- 1 لک ما (Ownerل ) يخود

فا- 2 لک ما با گروه هم ( Groupل )يکاربران

د- 3 ( Othersگر )يکاربران مثال؟ ( ... )

ا ) (يچرا است؟ تر ساده روش ن


هاي به يدسترس فا ي داده ليک (Opening a File)

ها يدسترس داده فا ي يبه چگونه يک لم شود؟يآغاز

دسترس گونه هر از ها يقبل داده ک ي يبهبا يفا .يفا يستيل نمود باز اصطالحا را ل

نمودن فا يباز چه؟ يعنيل يک

نمودن فا يباز معن يک به نمودن يل واردفا به مربوط س ياطالعات جداول در ستم يل

باشد. يم

) کجا؟) از

P1

P2

P3

System OFT


هاي به يدسترس فا ي داده ليک (Opening a Files)

نمودن فا يباز است؟ يک چگونه ل

فايلهايي مختلف که براي کاربران بوسيلهم جداول گردند،يباز در گوناگوني اطالعات

جمله از Open File Tableسيستمميشود .نگهداري

اطالعات) نوع ؟( يچه

P1

P2

P3

System OFT



اطالعات نوع چه س يبه جداول ستم يدرن م يمورد باشد؟ياز

عمومي :شامل اطالعات

ديسک روي فايل آدرس شده رزرو فضاي و دسترسي و ايجاد زمان بافرهايI/O شدن باز دفعاتLock ها غيره

هر به مربوط شامل: Processاطالعات

مختلف نشانگرهاي( Pointers ) ) مثال؟ ... )

دسترسي ي اجازه نوع(Access Permissions)

غيره



Open (filename)

Allocate and linkdata structures

File name lookup

Logical to physicalblock mapping

Pointer to buffer

Pointer to filedescriptor

Index to processOpen File table

File descriptor table

Open file table

Open file ptr

نمودن باز فا يمراحل چگونه يک لاست؟


فايل ديسک هانگهداري روي(Disk Allocation)

ي نياز مورد ديسک کفضاي روي را ميتوان هاروش چهبا فايل مشخصيي؟نمود

1 -: اول روش ( مرتبط يکديگر به شده رزرو ديسک فضاي از مختلفي مي( Linkقطعات

(Linked Allocation. )شوند ولي داشت نخواهد وجود شده رزرو فضاي در محدوديتي روش اين در

بايت يا رکورد يک به مستقيم بود دسترسي نخواهد (ممکن چرا؟. )


فايل ديسک هانگهداري روي(Disk Allocation)

ي نياز مورد ديسک کفضاي روي را ميتوان هاروش چهبا فايل يي؟نمود مشخص

2 -: دوم روش شده رزرو مختلف قطعات در موجود فضاي و فا ي يبرا آدرس در ليک

شوند Indexيک مي (Indexed Allocation )نگاهداري خواهد وجود بايت يا رکورد يک به مستقيم دسترسي امکان روش اين در

(داشت چرا؟. )


سيستم يفا ينگاهدار تحت لهاکس يوني

(Unix File System)

يونيکس سيستم تحت و فايلها نگهداري چه درچگونه و تعريف سطوحيشوند ؟مي

فا جداول يمشخصات چه در (I-nodes & Directoriesشوند؟ )يم ينگاهدار يلها

فا جداول يلهايمشخصات چه در (Open File Structureشوند؟ )يم ينگاهدار يبازشده

است؟ )يد يفضا يسازمانده چگونه (Disk Organizationسک

تحت فايلها م نگاهداري انجام صورت چه به (Network File Systemشود؟ )يشبکه



(Unix File System)ميشوند؟ نگاهداري جداولي چه در فايلها مشخصات

جداولDirectories جداولI-nodes

است؟ Directoryساختار چگونهشماره ساده فهرستي و فايلها اسامي باشد i-nodeاز مي .مربوطه

Smith

Jones

apple.c

file name i-node

an i-node

proj1.c



(Unix File System)

جدول يساختار است؟ I-nodeک چگونه

اصل در مشخصات فايل هر به مربوط مي I-nodeجدول کي ي نگهداريشوند.

ن ي فضا بلوکهاي ازيمورد بصورت ديسک بايتي 8روي .ميشوند رزروکيلو روش شود Indexed Allocationاز مي استفاده آنها به دهي آدرس .براي12 مستقيم گر به (direct pointer)اشاره مستقيم دسترسي داده امکان

تا يها آنها ظرفيت که را ميکنند 96فايلهايي فراهم باشد بايت .کيلو بعدي گر اشاره داده 16تا (Single indirect pointer)بوسيله بايت مگا

يک با فقط بود indexديگر، خواهد دسترسي قابل .اضافي گر اشاره با ، با 4تا Double indirect pointerسپس ، ديگر داده بايت گيگا

باشند مي دسترسي قابل ايندکس سطح .دو پروسسورهاي در ظرفيت اين تا 64و کند 32بيتي مي پيدا ارتقا بايت .گيگا



(Unix File System)

modeowners (2)

timestamps (3)size

block count

single indirectdouble indirecttriple indirect

direct blocks

data

data

lll

data

data

lll

lll

data

data

lll

data

data

data

data12

جدول يساختار است؟ I-nodeک چگونه



(Unix File System)فا جداول يلهايمشخصات چه در شوند؟يم ينگاهدار يبازشده

جدول File Descriptor Table و شده باز فايلهاي به مربوط اطالعاتيک در استفاده مورد . processنشانگرهاي کند مي مشخص را

( جدولOFT )Open File Table باز فايلهاي تمام به مربوط اطالعاتفايل هر بازشدن دفعات تعداد ، سيستم در قفل open countشده ،

فايل ) هر به مربوط را( Locksهاي غيره و ها داده صحت و امنيت کنترلکند مي .مشخص

جدولFile Allocation Table به مربوط ها فايل داده يبلوکهااطالعاتنگاهدار .يم يرا کند

جدولTable of I-nodes از کپي مورد I-nodesيک فايلهاي هايحافظه رااستفاده مي RAMدر .دکننگهداري



(Unix File System)

user space

FileDescriptor

Table

disk

datablocks

i-nodes

Open FileTable

r/w

File AllocationTable

Table ofI-nodes

kernel space

swappable

resident

فا جداول يلهايمشخصات چه در ينگاهدار يبازشدهشوند؟يم



(Unix File System)

است؟ )يد يفضا يسازمانده چگونه DiskسکOrganization)

چند شامل تواند مي ديسک واحد .باشد File Systemهر

يک روي سيستم فايل و Logical Diskهر شده تعريفيک تعدادي boot blockشامل .ميباشد Cylinder groupو

يک بلوک نام Logical Diskاولين ميباشد boot blockبهحاوي .ميباشد boot strap programکه

بقيهlogical disk چندين تقسيم Cylinder groupبه.ميشود

هرCylinder group تعدادي مجاور Cylinderشاملميباشد يکديگر

data blocks

i-nodes

cylinder block

Super block

data blocks



(Unix File System)

است؟ )يد يفضا يسازمانده چگونه (Disk Organizationسک

هر حاوي Super blockيک Cylinder groupدر که دارد قرارثابت .ميباشد File Systemاطالعات

هر حاوي cylinder blockيک Cylinder groupدر که دارد قرارآزاد بلوکهاي به مربوط متغير آزاد i-node، (free ) اطالعات هاي

غيره و شده اشغال فضاي درصد مثل آماري اطالعات نيز و.ميباشد

هرCylinder group براي شده رزرو فضاي يک ها i-nodeشامل.ميباشد

در موجود فضاي داده cylinder groupبقيه بلوکهاي data)برايblocks) ميشود .رزرو

data blocks

i-nodes

cylinder block

Super block

data blocks



(Unix File System)است؟ )يد يفضا يسازمانده چگونه (Disk Organizationسک

ميباشد داده بلوک تعدادي شامل فايل هر نگهداري براي الزم .فضاي

روي دهي آدرس قابل هاي بخش از ثابتي و مشخص تعداد عنوان به داده بلوک هرميشود Sector)بنام(ديسک .تعريف

حافظه از را داده انتقال راندمان بزرگتر بهتر RAMبلوکهاي بالعکس و ديسک به.مينمايند

ديسک فضاي از بخشي رفتن هدر به و ماندن استفاده بي از کوچکتر بلوکهايميکنند .جلوگيري

يا قطعه تعدادي بصورت بلوک هر در مفيد ميشود Sectorفضاي رزرو کاربر .بوسيله

هاي اندازه صحيح تعريف به بسته ديسک فضاي از بهينه و Blockاستفاده هاSector: . ¤ معموال دارد ها

اندازهBlock بين بايت 8تا 4ها باشد.يم کيلو اندازهSector بين بايت 2تا 0.5ها باشد.يمکيلو



(Unix File System)است؟ )يد يفضا يسازمانده چگونه (Disk Organizationسک

تعريفCylinder Group يونيک نسخه هدف BSD 4.2 ساز با ، بعد بهاست يافته انجام مشخصي محدوده يک در فايل يک هاي داده .گردآوري

جدولI-node فايل آن )هر اوليه هاي داده االمکان حتي همان (و درcylinder group به ميشوند Directoryمربوط .حفظ

هرSub-directory يک ميشود cylinder groupبه منتقل .ديگر

يک فضاي کردن مونوپوليزه از جلوگيري يک cylinder groupبراي بوسيلهبزرگ مستقيم )،فايل غير داده هر( indirect blocksبلوکهاي به مربوط

يک به ميشوند cylinder groupفايل منتقل .ديگر


سيستم يفا ينگاهدار تحت کس يونيلها (Unix File System)

ميشود؟ انجام صورت چه به شبکه تحت فايلها نگاهداري(Network File System)

شرکت بار اولين باز SUNبراي هاي سيستم و (open systems)تعريفمربوطه هاي نمود (NFS , XDR , RPC)پروتوکل ارائه .را

NFS استاندارد يک هاي به سيستم است heterogeneousبراي شده .تبديل

NFS مدل باعث Client /Serverاز و نمايد مي استفاده ها سيستم تعريف دردر اساسي است Unixتحوالت .شده

عنوان به ميتواند سيستم به Serverهر را خود فايلهاي به دسترسي امکانديگري .بدهد (Client) سيستم



ميشود؟ انجام صورت چه به شبکه تحت فايلها نگاهداري(Network File System)

:مثالserver

/lib /usr /usr2

/bin /lib

docserv

/usr

/bin

/lib

/man

/lib /usr2

client

/x /pub /usr

/bin /lib /man



ميشود؟ انجام صورت چه به شبکه تحت فايلها Network ) نگاهداريFile System)

سيستمClient( آوردن باال درخواست يک( mountميتواند سطح در راDirectory تمام سيستم Sub-directoryو به ، مربوطه .بدهد Serverهاي

شرکت ، تحول اين انجام و VFS( Virtual File Systems)تعريف SUNبرايبا i-nodeجايگزيني نمود V-nodeرا .پيشنهاد

V-node طور به فايلها گذاري شماره سطح Uniqueامکان را Networkدرسازد مي .فراهم



ميشود؟ انجام صورت چه به شبکه تحت فايلها Network ) نگاهداريFile System)

system call interface

VFS interface

other filesystems

Unix filesystems

NFSclient

rpc/xdr rpc/xdr

network

NFSserver

VFS interface

Unix filesystems

disk disk

Engineering

file system