Bài giảng Hệ điều hành - Chương 8: File. System interface - Lê Ngọc Minh

 Chương 8
 File-System Interface
 Nội dung
 Khái niệm cơ sở
 Các phương thức truy cập
 Cấu trúc thư mục
 File-System mounting
 Chia sẻ file
 Bảo vệ (Protection)
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.2-
 1
 Khái niệm cơ sở
 User Abstraction Hardware Resource
 Process/Thread CPU
 Address Space ⇐ OS ⇒ Memory
 Files Disk
 Mô hình trừu tượng hóa File System
 Program m er Applications Daemons Servers Shell
 Interface open() close() read() write() 
 Device link() rename()
Independent
 Interface sectors tracks
 seek() readblock() writeblock()
 Device
 Interface
 Hardware Disk 
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.3-
 Những yêu cầu của user
 Persistence: dữ liệu được lưu giữ bền vững
 Speed: truy xuất dữ liệu nhanh
 Size: có thể lưu trữ thật nhiều dữ liệu
 Sharing/protection: user có thể chia sẻ dữ liệu
 khi cần thiết và có thể bảo vệ dữ liệu riêng tư khi
 cần thiết
 Ease of use: user có thể dễ dàng tìm kiếm, kiểm
 tra, hiệu chỉnh, cập nhật dữ liệu
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.4-
 2
 Đặc điểm của phần cứng và OS
 Phần cứng cung cấp sự hỗ trợ sau
 – Persistence : các thiết bị lưu trữ bền vững (non-volatile memory)
 – Speed : cung cấp khả năng truy xuất ngẫu nhiên (random 
 access), nâng cao tốc độ đĩa (5400 → 7200 → 10K rpm,...)
 – Size : dung lượng đĩa ngày càng lớn (40GB, 80GB, 120GB,...)
 Hệ điều hành cung cấp
 – Persistence : lưu trữ dư thừa, back-up phục vụ cho recovery (ví
 dụ: RAID,...).
 – Ease of user : 
  Gán tên cho một khối dữ liệu (file)
  Tổ chức cấu trúc quản lý file: thư mục
  Thực hiện quá trình ánh xạ file (cái nhìn luận lý của user) vào
 không gian lưu trữ vật lý (trên đĩa). Quá trình này trong suốt
 đối với user.
 – Sharing/Protection : các quyền truy cập file/thư mục
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.5-
 Khái niệm cơ sở (t.t)
 Để quản lý các thiết bị lưu trữ một cách hiệu quả, 
 OS che dấu chi tiết cấp thấp của các thiết bị lưu
 trữ vật lý, chỉ định nghĩa các khái niệmlưu trữ
 luận lý
 Các khái niệm luận lý (user view)
 – File
 – File description
 – Directory
 – File System
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.6-
 3
 Các thuộc tính của File
 Name – tên file (human-readable form)
 Type – binary, text, image, 
 Location – con trỏ đến vị trí file trên thiết bị lưu trữ
 Size – kích thước hiện tại (và mức tối đa cho
 phép !!!) 
 Protection – kiểm soát quyền đọc, ghi, thực thi file
 Time, date, user identification –cácthôngtin dùng
 cho protection, security, và usage monitoring.
 Thông tin về file được giữ trong cấu trúc thư mục. 
 Cấu trúc này được lưu trữ trên thiết bị lưu trữ vật
 lý.
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.7-
 Các tác vụ trên file/thư mục
 Create  Delete
 – Cấp phát không gian lưu trữ – Tìm thư mục chứa file cần xóa
 – Thêm entry trong thư mục – Xóa các disk blocks của file
 Write – Xóa entry trong thư mục
 – Tìm file trong thư mục  Truncate 
 – Thực hiện tác vụ ghi tại vị – Giữ lại tất cả các thuộc tính file, 
 trí con trỏ ghi (write pointer) ngoại trừ kích thước file = 0
 Read  Open(Fi)
 – Tìm file trong thư mục – Tìm file Fi trong cấu trúc thư
 mục Search trên đĩa
 – Thực hiện tác vụ đọc tại vị
 trí con trỏ đọc (read pointer) – Kiểm tra quyền truy cập
 – Nạp nội dung entry Fi trong thư
 Reposition – file seek
 mục vào bộ nhớ
 – Thiết lập con trỏ đọc/ghi
  Close(Fi)
 đến vị trí được chỉ định (tái
 định vị). – Chuyển nội dung entry Fi trong
 bộ nhớ vào đĩa
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.8-
 4
 Các cấu trúc file 
 Không cấu trúc – một chuỗi words, bytes
 Cấu trúc record đơn giản
 –Lines 
 – Fixed length
 – Variable length
 Cấu trúc phức tạp
 – Formatted document (Word/Excel document,...)
 – Relocatable load file (executable, dynamic linking library,...).
 Mọi hệ điều hành phải hỗ trợ ít nhất một cấu trúc – đó
 là cấu trúc của file thực thi (DOS/Windows: exe, com,...)
 Ai quyết định cấu trúc của file
 – Operating System ?
 –Program ?
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.9-
 Kiểu file – Name, Extension
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.10-
 5
 Access Methods
 Sequential Access: truy xuất thông tin tuần tự
 – read (đọc và tự động dời con trỏ file đến vị trí kế tiếp)
 – write 
 – trở về đầu file, đến cuối file 
 – forward/backward n record
 Direct Access (relative access)
 – file cấu thành từ các khối, record kích thước cố định
 – read n
 – write n
 – position to n
 – read next
 – write next 
 – rewrite n
 Minh họa Sequential Access
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.11-
 Cấu trúc thư mục
 Là tập hợp các node lưu giữ thông tin của các file trong
 hệ thống
 Directory
 Files
 F F
 F1 2 4
 F3
 Fn
  Cả cấu trúc thư mục và các file đều nằm trên đĩa
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.12-
 6
 Ví dụ về cấu trúc File-System
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.13-
 Thông tin của thư mục
 Name 
 Type: file, directory, symbolic link, ...
 Address: địa chỉ của khối lưu trữ file
 Current length
 Maximum length
 Date last accessed 
 Date last updated 
 Owner ID 
 Protection information 
 ...
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.14-
 7
 Các tác vụ trên thư mục
 Search: tìm trong cấu trúc thư mục để lấy được thông tin 
 trong entry của một file 
 Create: tạo một file mới và thêm vào cấu trúc thư mục
 để quản lý
 Delete: xóa một file 
 List: hiển thị nội dung một thư mục
 Rename: đổi tên file
 Traverse: duyệt toàn bộ hệ thống file
 Thực chất, thư mục cũng là một file đặc biệt, cung cấp
 sự ánh xạ tương ứng giữa định danh của file và tất cả
 thông tin, dữ liệu khác của file.
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.15-
 Mục tiêu tổ chức cấutrúcthư
 mục
 Hiệu quả (efficiency) – định vị nhanh chóng một
 file nào đó.
 Đặt tên (naming) –thuậntiệnchouser. Vídụ
 – Hai users có thể có file trùng tên (nhưng khác nhau)
 – Một file có thể có nhiều tên khác nhau.
 Nhóm (grouping) – tổ chức thành các nhóm file 
 luận lý dựa trên các thuộc tính của file, (ví dụ: 
 file chương trình C, file tài liệu MS Word, file 
 chương trình games, )
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.16-
 8
 Cấu trúc single-level 
  Naming 
  Grouping 
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.17-
 Cấu trúc two-level 
☺ Khái niệm đường dẫn - path name: không có ở
 single-level
☺ Hai users có thể có file trùng tên
☺ Tìm kiếm hiệu quả hơn
 Không hỗ trợ khả năng grouping 
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.18-
 9
 Cấutrúccâythưmục
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.19-
 Cấutrúccâythưmục(t.t)
☺ Tìm kiếm hiệu quả
☺ Cung cấp khả năng grouping (bằng cách tổ chức cấu
 trúc thư mục con)
☺ Có thể dùng đường dẫn tuyệt đối hoặc tương đối
☺ Khái niệm thư mục làm việc (working directory). Ví dụ
 cd /spell/mail/prog
 cat list mail
☺ Xóa cây thư mục
 prog copy prt exp count
 xóa thư mục mail
 Tổ chức cấu trúc dữ liệu quản lý khá phức tạp (phần
 hiện thực hệ thống file)
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.20-
 10
 Cấu trúc acyclic-graph
 Có thể chia sẻ thư mục
 con và file.
 – Một file chia sẻ có thể có
 nhiều tên (aliasing)
 /spell/count
 Hiện thực chia sẻ
 – Symbolic link: một con trỏ
 đến file hoặc thư mục khác
 ln -s /spell/count 
 /dict/count
 – Hard link: nhân bản thông
 tin trong thư mục chia sẻ
Nếu file /dict/w/list bị xóa
 ⇒ dangling pointer
Giải pháp ???
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.21-
 File system mounting
 Để có thể truy xuất, file system phải được gán lắp
 (mount) 
 Một file system được gắn tại một thư mục, gọi là mount 
 point.
 Các bước tiến hành gán lắp: mount /device/dsk /users
 – Cung cấp tên thiết bị và mount point
 – Kiểm tra xem thiết bị có chứa một file system hợp lệ không?
 – Gán lắp file system vào vị trí mount point
 Nếu mount-point có chứa file?
 – Các file của thư mục mount point sẽ không nhìn thấy được, trừ
 phi un-mount file system.
 Có thể gắn lắp các file system khác nhau tại các mount 
 point khác nhau.
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.22-
 11
 File system mounting (t.t)
 Existing Un-m ounted M ount 
 partition Point
 (/device/disk)
 Vùng không nhìn thấy khi /device/disk được mount
 Lệnh gán lắp: mount /device/dsk /users
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.23-
 Chia sẻ file 
 Nhu cầu chia sẻ file trong hệ thống multi-user rất
 lớn
 Việc chia sẻ cũng có thể thực hiện qua cơ chế bảo
 vệ, kiểm soát nghiêm ngặt
 Trên hệ thống phân bố (distributed systems), các
 file có thể được chia sẻ qua mạng máy tính
 Network File System (NFS) là phương pháp chia sẻ
 file rất phổ biến dùng cơ chế RPC (mô hình client-
 server)
 Một file system từ xa cũng phải được mount trước
 khi sử dụng
 – mount ditlab.hcmut.edu.vn:/oscourse /home/osbook
 – Khi file system đã được mount, mọi truy xuất đến file/thư
 mục trên đó đều như bình thường, không phân biệt là local 
 hay remote nữa.
 – Vấn đề: naming (DNS, NIS, LDAP, Active Directory, ...)
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.24-
 12
 Ví dụ mount remote file-system 
 / /
 export
 hom e oscourse
 M ount
paper osbook DFS DSM
 /OS/DSM
 DFS DSM /hom e/osbook/DSM
 ditlab.hcm ut.edu.vn
 Local Client Remote Server
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.25-
 Automounter trên NFS
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.26-
 13
 Bảo vệ (protection)
 Chủ nhân của một file phải được cung cấp khả năng
 kiểm soát, điều khiển quá trình truy cập file
 – Các tác vụ có thể thực hiện trên file?
 – Những ai được quyền thực hiện thao tác trên file?
 Các kiểu truy xuất file
 –Read
 –Write
 –Execute
 – Append
 – Delete
 –List
 Để kiểm soát quá trình truy cập, cách tiếp cận thông
 thường là gán kèm theo mỗi file một access-control list 
 (ACL)
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.27-
 Access-control list và group
 Các chế độ truy cập: read, write, execute
 Ba nhóm user: owner, group, universe (public)
 – User name và user identifier (user ID)
 – Group name và group identifier (group ID)
 Ví dụ trong UNIX: có 3 field, mỗi field có 3 bits 
 – Field : read, write, execute
 – Bit : r(4), w(2), x(1)
 RWX
 owner access 7 ⇒ 1 1 1
 RWX
 group access 6 ⇒ 1 1 0
 RWX
 public access 1 ⇒ 0 0 1
 Khoa Công Nghệ Thông Tin – Đại Học Bách Khoa Tp.HCM -XI.28-
 14