Les systèmes de fichiers

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1 Les systèmes de fichiers I Généralités

2 Fichiers : motivation Un disques est une collection de blocs adressables qui peuvent être lus et écrits. Pour utiliser un disque, il faut décider où y placer l information à conserver et savoir comment retrouver cette information. Il faut aussi des mécanismes pour protéger l information conservée et régler l accès à celle-ci. Le concept de fichier est introduit pour répondre à ces problèmes.

3 Concept de fichier Un fichier est un ensemble d informations associées conservées sur disque auxquelles on attribue un nom. Le nom du fichier est l information qui permet de retrouver son contenu sur le disque. Les opérations de manipulation des fichiers font référence au nom du fichier

4 Types de fichiers L information contenue dans un fichier peut être de nature très variable : programme exécutable, code source, texte éventuellement formaté, images, sons, données structurées,... On pourrait prévoir des types de fichiers différents suivant la nature des informations conservées. Un choix plus simple largement adopté est de prévoir un seul type de fichier générique. Pour les données structurées telles qu utilisées dans les bases de données, il sera toutefois nécessaire de prévoir des types de fichiers spécifiques.

5 Les fichiers génériques Nous considérons des fichiers génériques qui sont une séquence d octets de longueur quelconque. La seule structure existant sur les octets constituant un fichier est l ordre dans lequel ils figurent dans la séquence. Ces fichiers seront appelés séquentiels. Un fichier générique se consulte donc en le parcourant séquentiellement. Pour ce faire on utilise un pointeur de fichier qui sert à mémoriser la position courante dans le fichier.

6 Trouver un fichier : les catalogues Pour pouvoir accéder à un fichier il faut savoir où il se trouve sur le disque. Pour ce faire, on utilise un catalogue qui associe aux noms de fichiers de l information sur leur localisation. Outre l information de localisation, le catalogue contient aussi de l information sur la taille, l utilisateur propriétaire, les dates et heures d accès et modification, la protection du fichier,...

7 Les catalogues : illustration gaston% ls -l total 582 -rw-r--r-- 1 pw pw-adm Jan 30 17:59 cours1.tex -rw-r--r-- 1 pw pw-adm 9190 Jan 31 16:19 cours2.tex -rw-r--r-- 1 pw pw-adm 5344 Jan 30 18:11 cours2.tex~ -rw-r--r-- 1 pw pw-adm 8 Jan 31 16:19 main.aux -rw-r--r-- 1 pw pw-adm Jan 24 17:58 main.dvi -rw-r--r-- 1 pw pw-adm 8579 Jan 31 16:19 main.log -rw-r--r-- 1 pw pw-adm Jan 31 16:19 main.pdf -rw-r--r-- 1 pw pw-adm Jan 24 13:56 main.ps -rw-r--r-- 1 pw pw-adm 429 Jan 31 12:09 main.tex -rw-r--r-- 1 pw pw-adm 422 Jan 30 18:11 main.tex~ drwxr-xr-x 2 pw pw-adm 512 Jan 30 18:01 old/

8 L organisation des catalogues Chaque disque, ou partition d un disque, contient un catalogue des fichiers qui y sont conservés. Ce catalogue se trouve à une place fixe, ce qui permet de le retrouver sans informations spécifiques. Un catalogue peut simplement être une liste de paires (nom de fichier, information), mais il est très utile d organiser les catalogues sous forme hiérarchique. Dans un catalogue hiérarchique, certains fichiers peuvent eux-mêmes être des (sous-)catalogues.

9 Un catalogue hiérarchique home usr user1 user2 bin core src file1 dir1 file2 file1 file2 ls rm ls rm file3 file Notation pour un nom de fichier : /home/user1/file1 Notons que les extensions utilisées dans les noms de fichiers (.txt,.o,.html,.jpg,.tex,.pdf,... sont seulement une indication non contraignante de leur type destinée à faciliter la manipulation des fichiers par les applications.

10 Liens et références multiples à un fichier Le même fichier peut apparaître plusieurs fois à des endroits différents du catalogue. En fait, le catalogue contient plusieurs entrées pour le même fichier. Ces entrées multiples sont souvent appelées des liens. Les liens peuvent être directs (ils donnent alors l adresse physique du fichier) ou symboliques (ils contiennent le nom du fichier vers lequel le lien est dirigé). Les liens directs donnent un accès immédiat au fichier référencé, les liens symboliques permettent plus de flexibilité. En présence de liens directs, on compte le nombre de références à un fichier pour pouvoir distinguer la suppression d un lien de l effacement du fichier.

11 Un catalogue contenant un lien direct home usr user1 user2 bin core src file1 dir1 file2 file1 file2 ls rm ls rm file3 file

12 Liens directs : illustration pwport% touch test1 pwport% ls -l total 0 -rw-r--r-- 1 pw ia 0 Jan 31 22:13 test1 pwport% ln test1 test2 pwport% ls -l total 0 -rw-r--r-- 2 pw ia 0 Jan 31 22:13 test1 -rw-r--r-- 2 pw ia 0 Jan 31 22:13 test2 pwport% rm test1 pwport% ls -l total 0 -rw-r--r-- 1 pw ia 0 Jan 31 22:13 test2 pwport% rm test2 pwport% ls -l total 0 pwport%

13 Un catalogue contenant un lien symbolique home usr user1 user2 bin core src file1 dir1 file2 file1 file2 ls rm ls rm file3 file4 /home/user2/dir1/file

14 Lien symbolique : illustration pwport% touch test pwport% ln -s test test2 pwport% ls -l total 0 -rw-r--r-- 1 pw ia 0 Jan 31 22:32 test lrwxrwxrwx 1 pw ia 4 Jan 31 22:32 test2 -> test pwport% rm test rm: remove test? y pwport% cat test2 cat: test2: No such file or directory

15 L opération mount et l accès à des disques multiples Il existe un catalogue par partition de disque. Pour avoir accès simultanément à plusieurs disques ou partitions, on les insère dans le catalogue principal de la machine. Les disques montés apparaissent alors comme des sous catalogues du catalogue principal.

16 Accès à des disques multiples : illustration pwport% df Filesystem 1k-blocks Used Available Use% Mounted on /dev/hda % / /dev/hda % /home gaston.montefiore.ulg.ac.be:/export/free % /gaston/free gaston.montefiore.ulg.ac.be:/export/users % /gaston/home

17 Opérations sur les fichiers Un système de gestion de fichiers doit fournir les opérations suivantes de manipulation des fichiers. Création d un fichier : insertion du fichier dans le catalogue et réservation d espace pour le fichier. Ecriture d information : écriture d information dans un fichier à la position donnée par le pointeur de fichier (peut être uniquement possible en fin de fichier). Lecture d information : lecture d information dans un fichier à la position donnée par le pointeur de fichier.

18 Positionnement dans un fichier : modification du pointeur de fichier seek. Remise à zéro d un fichier. Effacement de son contenu tout en maintenant son existence. Effacement d un fichier : libérer l espace occupé par le fichier et effacement du fichier dans le catalogue.

19 Opérations sur les fichiers 2 Deux opérations additionnelles sont nécessaires : l ouverture et la fermeture d un fichier. L ouverture doit précéder toute utilisation du fichier. Elle a pour rôle de préparer l accès au fichier en créant un descripteur de fichier reprenant dans une table en mémoire l information de localisation du fichier ainsi que le pointeur de fichier. L ouverture est aussi utilisée pour limiter les accès multiples simultanés à un fichier. La fermeture suit la dernière opération effectuée sur le fichier. Elle efface le descripteur de fichier et libère l accès au fichier.

20 Les systèmes de fichiers II Implémentation

21 Le problème de l implémentation Les opération sur le disque qui sert de support à un système de fichier sont l écriture et la lecture de blocs à une adresse donnée. Les opération sur les fichiers font référence aux noms des fichiers tels qu ils sont conservés dans le catalogue et considèrent les fichiers comme une séquence d octets. Le rôle de l implémentation d un système de fichiers est de traduire les opérations sur les fichiers en opérations sur les blocs du disque.

22 L organisation des données sur le disque Un élément fondamental pour l implémentation d un système de fichiers est le choix d une organisation des blocs contenant les données du fichiers. Plusieurs choix sont possibles : Espace contigu, Liste liée (directe ou indirecte), Index des blocs.

23 Organisation des données : espace contigu On réserve simplement pour les fichiers une série de blocs se trouvant à des adresses consécutives. Il suffit alors que le catalogue contienne l adresse du premier bloc du fichier pour que l accès soit possible. L avantage de l espace contigu est que l accès aux fichiers est rapide. L inconvénient majeur de l espace contigu est son manque de flexibilité. Un fichier ne peut pas être créé s il n existe pas un espace contigu suffisant ; augmenter la taille d un fichier n est pas toujours possible. La technique de l espace contigu n est pas utilisée telle qu elle.

24 Organisation des données : liste liée Le fichier est conservé dans une liste liée de blocs. L adresse du premier bloc est conservée dans le catalogue et chaque bloc contient l adresse du bloc suivant. répertoire : File1

25 Organisation des données : liste liée indirecte Plutôt que d utiliser une liste liée, il est possible d utiliser une table des blocs dans laquelle on construit une liste liée (File Access Table). Cela évite d inclure des pointeurs dans les blocs de données et permet de se déplacer dans le fichier sans en lire tous les blocs. répertoire : File FAT end of file nb de blocs -1

26 Organisation des données : index L idée d un index est de conserver la liste des blocs du fichier dans une série de blocs réservés à cet effet. Les blocs utilisés pour l index peuvent être gérés par une liste liée, un index à plusieurs niveaux, une méthode combinée.

27 Exemple d index : les Inodes UNIX Unix utilise pour ses fichiers un système d index dont le nombre de niveaux varie en fonction de la taille du fichier. Les premiers blocs du fichier sont accessibles directement, ensuite on utilise un niveau d indirection, ensuite deux et si nécessaire trois.

28 Les Inodes UNIX Inode Info sur le fichier données données blocs directs Indirection simple Indirection double Indirection triple... données... données.... données données données données

29 La gestion de l espace libre Pour pouvoir allouer de l espace pour les fichiers, il faut savoir où se trouvent les blocs libres. Il y a deux techniques principales pour gérer ce problème : Maintenir une liste des blocs libres ; Conserver un vecteur de bits indiquant les blocs libres. La technique du vecteur de bits nécessite plus de manipulations mais permet facilement de repérer les espaces libres contigus.

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