Gestion des fichiers

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1 Gestion des fichiers Généralités Un fichier (file) est un ensemble de données portant un nom et généralement situé en mémoire secondaire. Les opérations courantes à effectuer sur un fichier sont open : ouverture du fichier close : fermeture du fichier create : création d'un nouveau fichier destroy : destruction d'un fichier copy : recopie du contenu d'un fichier dans un autre rename : changement du nom du fichier list : affichage du contenu d'un fichier read : lecture d'un enregistrement de fichier write : écriture d'un enregistrement de fichier update : mise à jour d'un enregistrement de fichier insert : ajout d'un nouvel enregistrement dans un fichier delete : suppression d'un enregistrement de fichier Les fonctions que doit procurer un système d'exploitation pour la gestion des fichiers sont nombreuses ; ces fonctions constituent le système de gestion de fichiers (SGF) : des utilisateurs doivent pouvoir créer, modifier, détruire des fichiers des utilisateurs doivent pouvoir partager des fichiers le partage des fichiers doit impliquer des contrôle d'accès des utilisateurs doivent pouvoir structurer des fichers à leur guise des possibilités de sauvegarde et de restauration doivent être offertes des utilisateurs doivent pouvoir effectuer des transferts de données entre fichiers les utilisateurs doivent pouvoir référencer les fichiers par leurs noms symboliques (transparence du stockage en mémoire secondaire) en environnement sensible, les données des fichiers peuvent être cryptées et décryptées le SGF doit donner aux utilisateurs une vue logique de leurs fichiers En général, pour les fichiers structurés, il y a une hiérarchie de structure :

2 Sur un disque, l'unité d'information (de transfert entre la mémoire secondaire et la mémoire principale) est le bloc. Un bloc correspond en général à plusieurs enregistrements : Les transferts entre mémoire secondaire et mémoire principale nécessitent l'utilisation de tampons (buffers). Une méthode classique est celle du "double buffering". Pendant que le processeur écrit dans BUF2, le contenu de BUF1 est copié en mémoire secondaire : On distingue plusieurs organisation de fichiers suivant le mode d'accès aux informations : organisation séquentielle : placement des enregistrements en séquence physique ; utilisation imposée dans les bandes magnétiques ; organisation séquentielle indexée : placement des enregistrements en séquence logique suivant une clé contenue dans chaque enregistrement ; utilisation d'une table d'index pour faciliter les recherches ; il y a donc ici un double accès : quasi-direct avec la table d'index et séquentiel dans l'ordre

3 des clés. organisation directe : accès direct par adresse physique (en anglais ce mode est appelé "random") organisation positionnée : le fichier est découpé en sous-fichiers séquentiels : Le SGF est une composante importante du système d'exploitation car le traitement de l'information implique de nombreuses manipulations de fichiers et on peut classer quatre catégories les fonctionnalités d'un SGF : méthodes d'accès : possibilités d'accès aux données gestion de la mémoire secondaire : allocation d'espace sur la mémoire secondaire pour placer physiquement les fichiers manipulation des fichiers :mécanismes pour stocker, référencer, partager, protéger les fichiers intégrité : garantie de la présence d'informations correctes D'un point de vue logique, et pour permettre une utilisation par plusieurs utilisateurs, les fichiers sont usuellement organisés suivant une arborescence comportant des répertoires et des sous-répertoires : Un fichier est alors désigné sans ambiguïté par son nom nom complet (pathname) qui n'est autre que le chemin à suivre depuis la racine pour atteindre le fichier ; par exemple : racine.rep2.b2

4 Allocation d'espace disque On considère ici que la mémoire secondaire est constituée d'un disque magnétique qui est encore aujourd'hui le support de mémoire auxiliaire le plus utilisé. Le problème de l'allocation est similaire à celui de la mémoire principale. On peut considérer deux grandes catégories d'allocation. l'allocation contiguë Les fichiers sont stockés dans des espaces disque contigus. création d'un fichier : l'utilisateur doit indiquer la taille ; si le disque n'a pas de zone libre de cette taille, la création ne peut se faire. avantage : gestion facile : on note, pour chaque fichier, l'adresse de départ et la longueur du fichier. inconvénient : les trous! l'allocation non contiguë secteurs liés division du disque en secteurs placement d'un fichier : répartition sur des secteurs libres non contigus reliés par des pointeurs (qui prennent de la place) la gestion des secteurs peut utilise rune liste blocs : ensemble de secteurs placement d'un fichier : répartition sur plusieurs blocs les plus proches possibles les uns des autres pour accélérer l'accès à l'information. Plusieurs méthodes d'implémentation sont possibles. Nous en donnons ci-dessous trois exemples. blocks chaining

5 index block chaining block oriented file mapping

6 Contrôle d'accès, sauvegarde, restauration Un fichier est décrit au niveau du système d'exploitation, par un descripteur de fichier (file descriptor, file control block) qui est un bloc de contrôle contenant des informations nécessaires à la gestion du fichier : nom symbolique du fichier localisation du fichier en mémoire secondaire organisation du fichier (séquentiel, séquentiel indexé,...) type du dispositif de stockage contrôle d'accès type de fichier (données, programme source, programme objet,...) date de création date de destruction date de dernière modification compteurs d'activité (nombre de lectures,...) L'ouverture d'un fichier consiste à transférer le descripteur en mémoire principale. Seul le système a accès au descripteur. Une méthode simple de contrôle d'accès est celle qui utilise une matrice A définie comme suit Aij = 0 si l'utilisateur i n'a pas accès au fichier j Aij = 1 si l'utilisateur i a accès au fichier j

7 Comme il existe plusieurs types d'accès (lecture, écriture, exécution,... et leurs combinaisons), il est nécessaire de disposer de plusieurs matrices ou une matrice unique avec plusieurs codages. L'inconvénient immédiat est que cette matrice est très très importante (beaucoup de fichiers en nombre variable, beaucoup d'utilisateurs en nombre variable) ce qui est peu pratique. On peut réduire le nombre d'utilisateurs en les répartissant en classes. Par exemple : classe 1 : propriétaire du fichier classe 2 : groupe d'utilisateurs classe 3 : tous les autres Pour chaque fichier, les droits d'accès sont définis pour chaque classe. Un crash disque peut toujours arriver (donc il arrivera : loi de Murphy) ainsi que d'autres catastrophes. Pour s'en prémunir, diverses mesures doivent être prises : mesures physiques de sécurité : protection des matériels, contrôle des utilisateurs,... mesures informatiques : copies périodiques du disque, tenue d'un journal des transactions (log transactions) sur un autre disque. UNIX et les fichiers Un périphérique, sous Unix, est identifié par deux entiers : MDN (Major Device Number) : driver (programme de gestion du périphérique) mdn (minor Device Number) : périphérique particulier Les transferts de données entre la mémoire secondaire et la mémoire principale s'effectue de deux manières :

8 par caractères : terminaux, imprimantes par blocs de taille fixe (512 ou 1024 octets) : disques, bandes Pour Unix, un fichier n'a pas de structure particulière : c'est un ensemble de caractères successifs. Un volume physique (un disque par exemple) correspond à un système de fichiers Le champ i-liste correspond à un ensemble d'enregistrements à 64 caractères repérés par un index. Un enregistrement correspond à un i-node. Le contenu d'un i-node est le suivant : type de fichier (fichier répertoire, fichier ordinaire, fichier spécial) adresses des blocs relatifs au fichier (13 adresses de 3 octets) nom du propriétaire, nom du groupe nombre total de liens sur le fichier longueur totale courante du fichier date de création, de dernière modification, de dernier accès droits d'accès

9 Il existe trois types des fichiers : fichier-répertoire : associe un nom logique et un numéro de fichier (index i) fichier ordinaire fichier spécial : description des périphériques (rangés dans /dev) notamment. Le schéma suivant indique comment s'effectue l'adressage des blocs d'un fichier La structure d'un répertoire est décrite dans le schéma ci-dessous On notera que la racine (/) a toujours l'index 2. Unix gère trois tables résidentes la table des i-nodes (structure globale) la table des fichiers ouverts (structure globale)

10 elle garde trace de l'octet courant (pour lecture/écriture) elle indique les droits d'accès la table des descripteurs de fichier : 1 table par processus située dans le segment de données identification de tous les fichiers ouverts pour ce processus La table des i-nodes contient la copie du i-node disque des informations complémentaires

11 statut : verrouillé ou non ; processus attendant le déverrouillage numéro du périphérique index i compteur : indique le nombre d'activités du fichier pointeurs : chaînage des i-nodes