Андрей Робачевский - Операционная система UNIX

В UNIX существуют 6 типов файлов, различающихся по функциональному назначению и действиям операционной системы при выполнении тех или иных операций над файлами:

□ Обычный файл (regular file)

□ Каталог (directory)

□ Специальный файл устройства (special device file)

□ FIFO или именованный канал (named pipe)

□ Связь (link)

□ Сокет

Обычный файл представляет собой наиболее общий тип файлов, содержащий данные в некотором формате. Для операционной системы такие файлы представляют собой просто последовательность байтов. Вся интерпретация содержимого файла производится прикладной программой, обрабатывающей файл. К этим файлам относятся текстовые файлы, бинарные данные, исполняемые программы и т.п.

Каталог . С помощью каталогов формируется логическое дерево файловой системы. Каталог — это файл, содержащий имена находящихся в нем файлов, а также указатели на дополнительную информацию — метаданные, позволяющие операционной системе производить операции над этими файлами. Каталоги определяют положение файла в дереве файловой системы, поскольку сам файл не содержит информации о своем местонахождении. Любая задача, имеющая право на чтение каталога, может прочесть его содержимое, но только ядро имеет право на запись в каталог.

На рис. 1.1 в качестве примера приведена структура каталога. По существу каталог представляет собой таблицу, каждая запись которой соответствует некоторому файлу. Первое поле каждой записи содержит указатель на метаданные (номер mode), а второе определяет имя файла.

Рис. 1.1. Структура каталога

Специальный файл устройства обеспечивает доступ к физическому устройству. В UNIX различают символьные (character) и блочные (block) файлы устройств. Доступ к устройствам осуществляется путем открытия, чтения и записи в специальный файл устройства.

Символьные файлы устройств используются для небуферизированного обмена данными с устройством, в противоположность этому блочные файлы позволяют производить обмен данными в виде пакетов фиксированной длины — блоков . Доступ к некоторым устройствам может осуществляться как через символьные, так и через блочные специальные файлы.

Как производится работа с периферийными устройствами, описано в главе 5.

FIFO или именованный канал — это файл, используемый для связи между процессами. FIFO впервые появились в System V UNIX, но большинство современных систем поддерживают этот механизм. Более подробно мы рассмотрим этот тип файлов при обсуждении системы межпроцессного взаимодействия в главе 3.

Связь. Как уже говорилось, каталог содержит имена файлов и указатели на их метаданные. В то же время сами метаданные не содержат ни имени файла, ни указателя на это имя. Такая архитектура позволяет одному файлу иметь несколько имен в файловой системе. Имена жестко связаны с метаданными и, соответственно, с данными файла, в то время как сам файл существует независимо от того, как его называют в файловой системе [3] Данное утверждение верно лишь отчасти. Действительно, файлу "безразлично", какие имена он имеет в каталогах, но "небезразлично" число этих имен. Если ни одно из имен файловой системы не ссылается на файл — он должен быть удален (т.е. физически удалены его данные на диске). . Такая связь имени файла с его данными называется жесткой связью (hard link). Например, с помощью команды ln(1) мы можем создать еще одно имя ( second) файла, на который указывает имя first(рис. 1.2).

Рис. 1.2. Структура файловой системы после выполнения команды ln(1) . Жесткая связь имен с данными файла

$ pwd

/home/andrei

$ ln first /home/sergey/second

Жесткие связи абсолютно равноправны. В списках файлов каталогов, которые можно получить с помощью команды ls(1) , файлы firstи secondбудут отличаться только именем. Все остальные атрибуты файла будут абсолютно одинаковыми. С точки зрения пользователя — это два разных файла. Изменения, внесенные в любой из этих файлов, затронут и другой, поскольку оба они ссылаются на одни и те же данные файла. Вы можете переместить один из файлов в другой каталог — все равно эти имена будут связаны жесткой связью с данными файла. Легко проверить, что удаление одного из файлов ( firstили second) не приведет к удалению самого файла, т.е. его метаданных и данных (если это не специальный файл устройства).

По определению жесткие связи указывают на один и тот же индексный дескриптор inode. Поэтому проверить, имеют ли два имени файла жесткую связь, можно, вызвав команду ls(1) с ключом -i :

$ ls -i /home/andrei/first /home/sergey/second

12567 first

12567 second

Информацию о наличии у файла нескольких имен, связанных с ним жесткими связями, можно получить, просмотрев подробный листинг файлов с помощью команды /ls -l :

$ ls -l /home/sergey

...

-rw-r--r-- 2 andrei staff 7245 Jan 17 8:05 second

...

Во второй колонке листинга указано число жестких связей данного файла.

Сразу оговоримся, что жесткая связь является естественной формой связи имени файла с его метаданными и не принадлежит к особому типу файла. Особым типом файла является символическая связь , позволяющая косвенно адресовать файл. В отличие от жесткой связи, символическая связь адресует файл, который, в свою очередь, ссылается на другой файл. В результате, последний файл адресуется символической связью косвенно (рис. 1.3). Данные файла, являющегося символической связью, содержат только имя целевого файла.

Рис. 1.3. Символическая связь

Проиллюстрируем эти рассуждения на примере. Команда ln(1) с ключом -s позволяет создать символическую связь:

$ pwd

/home/andrei

$ ln -s first /home/sergey/symfirst

$ cd /home/sergey

$ ls -l

...

lrwxrwxrwx 1 andrei staff 15 Jan 17 8:05 symfirst->../andrei/first

Как видно из вывода команды ls(1) , файл symfirst(символическая связь) существенно отличается от файла second(жесткая связь). Во-первых, фактическое содержимое файла symfirstотнюдь не то же, что и у файла firstили second, об этом говорит размер файла — 15 байт. На самом деле в этом файле хранится не что иное как имя файла, на которую символическая связь ссылается — ../andrei/first— ровно 15 байт. Во-вторых, файл symfirstне содержит никаких ограничений на доступ (символы 2–10 в первой колонке).