File system: system call e

strutture dati a run-time

Indice

1. Accesso ai file: system call e strutture dati di base

2. Redirezione dell’input/output

3. Pipelines

4. Altre strutture dati

1. Accesso ai file: system call e strutture dati di

base

Gestione dei file: filosofia

• opencarica in memoria l’i-node del file

• read / writeaccedono al file tramite il suo i-node

• closerilascia le strutture dati di memoria del file

Gestione dei file: strutture dati del kernel

Ø

1

2

NON RESIDENTE (U-AREA)

RESIDENTE

File descriptor Table File Table I-node Table

(Processo 1)

Ø

1

2

File descriptor Table

(Processo 2)

. . .

n

(Globale)

1 m read

1 p write

2 n write

(Globale)

2

1

Una entry per ogni file aperto da ogni processo Una entry per ogni

modalità di apertura di ogni file aperto

Una entry per ogni file aperto

ref count

offset di ultimo byte letto/scritto

modalità di apertura

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

. . .

• i-number • logical device number • flag di modificato

in-core i-node (copia dell'i-node statico)

ref count

in-core i-node table

La system call open

fd=open(pathname, mode)

1. tramite il pathname del file cerca il suo i-node nella i-list su disco2. se il file non esiste o non è accessibile nella modalità richiesta

restituisce un codice di errore3. altrimenti: copia il suo i-node nella in-core i-node table e la completa4. crea una entry nella File Table, e inizializza modalità di apertura,

reference count e offset5. crea una entry nella File Descriptor Table del processo utilizzando la

prima entry libera6. restituisce al chiamante l’indice di tale entry (fd)7. (se l’i-node esiste già nella in-core i-node table, inizia da 4)

File Descriptor

Table

File table

in-core i-node table

5

Ricerca nel file system tramite pathname

23

4a 567

b 458

c 234

a

b

c

56

7

45

8

i-list data blockssuperblock

/a/b/c

Esempioint fd;…fd=open (pathname, …);if (fd=-1) /* gestione errore */….read (fd, …);….close(fd);

NB: Un file può essere aperto più volte, e quindi avere più file descriptor associati contemporaneamente

La system call close

i=close(fd);

• dealloca la entry nella File Descriptor Table• se il reference count nella File Table è >1, lo decrementa e conclude • altrimenti

– dealloca la File Table entry– se il reference count nell’in-core i-node è >1 lo decrementa e conclude– altrimenti: dealloca l’in-core i-node

• restituisce l’esito dell’operazione (0 o 1)

File Descriptor

Table

File table in-core i-node table

5

Esempio

012

User File descriptor Table File Table I-node Table

(Processo A)

(Processo B)

345

012345

count 1

Read

count 1

Rd-Wrt

count 1

Read

count 1

Write

count 1

Read

count 3

(/etc/passwd)

count 1

(local)

count 1

(private)

Processo A

fd1=open("/etc/passwd",O_RDONLY);

fd2=open("local",O_RDWR);

fd3=open("/etc/passwd",O_WRONLY);

 

Processo B

fd1=open("/etc/passwd",O_RDONLY);

fd2=open("private",O_RDONLY);

La system call read

n=read(fd, buffer, nbytes)• accede alla File Table entry a partire da fd e controlla la

modalità di apertura• accede all’in-core i-node; lock l’in-core i-node• trasforma l’offset nella File Table entry in un indirizzo fisico

(indirizzo blocco + offset all’interno del blocco), attraverso la tabella di indirizzamento nell’in-core i-node

• legge il blocco/i richiesto/i nella buffer cache e copia gli nbytes richiesti in *buffer

• aggiorna l’i-node; unlock i-node• aggiorna l’offset in File Table entry• restituisce al chiamante il numero di byte letti

File Descriptor Table

File table

in-core i-node table

La buffer cache: lettura

kernel processo disco

buffer cachebuffer

read(fd, buffer, n)

La system call writesize=write(fd, buffer, nbytes)

• accede alla File Table entry a partire da fd e controlla la modalità di apertura

• accede all’in-core i-node; lock l’in-core i-node• trasforma l’offset nella File Table entry in un indirizzo fisico

(indirizzo blocco + offset all’interno del blocco), attraverso la tabella di indirizzamento nell’in-core i-node

• scrive gli nbytes di buffer nella buffer cache• aggiorna l’i-node; unlock i-node• aggiorna l’offset in File Table entry• restituisce al chiamante il numero di byte scritti

File Descriptor Table

File table

in-core i-node table

La buffer cache: scrittura

kernel processo disco

buffer cachebuffer

write(fd, buffer, n)

La system call lseek

currpos=lseek (fd, offset, dadove)

• sposta la posizione corrente del file fd di offset bytes a partire dalla posizione specificata nel terzo parametro

• restituisce la posizione corrente dopo la operazione, o –1 se errore

NB: Non effettua alcuna operazione di I/O

File Descriptor Table

File table

in-core i-node table

Altre system call• creat (pathname, permissions)

crea un file vuoto e lo apre in scrittura• link (pathname1, pathname2)

creazione di un (hard) link a un file• unlink (pathname)

distrugge il link indicato (se è l’ultimo, rimuove il file)• rename (oldname, newname)

cambia nome a un file• chmod (pathname, mode)

cambia i permessi di un file• chown (pathname, uid, gid)

cambia l’owner di un file• stat (pathname, buffer)

fornisce informazioni di stato sul file• ecc.

Directories: system call• mkdir (pathname, mode)

creazione di una directory• rmdir (pathname)

distruzione di una directory• chdir (pathname)

cambia la working directory• opendir (pathname)

apre una directory• readdir (dp)

legge da una directory entry• closedir (dp)

chiude una directory• ecc.

Introduzione al linguaggio Java 6

...

Processo 2

Testo

Dati

Stack

Processo n

Testo

Dati

Stack

U-Area

Processo 1

Testo

Dati

Stack

U-Area

Ready queue

Ker

nel

Buffer pool

File table i-node table

SwitcherSwitcher

System calls Interrupt Handlers I/O drivers

Process Table

Visione d’insieme

File descriptor table

2. Redirezione dell’input/output

La system call dup

i= dup (fd);

• duplica il file descriptor fd nella prima posizione libera della File Descriptor Table

• restituisce il nuovo file descriptor o –1 se errore

File Descriptor Table

File table

in-core i-node table

dup: esempio

0

1

2

3

4

5

6

File descriptor table

0

1

2

3

4

5

6

File table

0

1

2

3

4

5

6

in-core i-node table

dup (5)

dup: esempio

0

1

2

3

4

5

6

File descriptor table

0

1

2

3

4

5

6

File table

0

1

2

3

4

5

6

in-core i-node table

dup (5)

Standard files

0

1

2

3

4

5

6

File Descriptor Table

0

1

2

3

4

5

6

File Table

0

1

2

3

4

5

6

in-core i-node table

stdin

stdout

stderrstan

dar

d f

iles

Redirezione dell’input

0

1

2

3

4

5

6

File descriptor table

0

1

2

3

4

5

6

File table

0

1

2

3

4

5

6

in-core i-node table

close (0)

Redirezione dell’input

0

1

2

3

4

5

6

File descriptor table

0

1

2

3

4

5

6

File table

0

1

2

3

4

5

6

in-core i-node table

dup (5)close (0)

Redirezione dell’input

0

1

2

3

4

5

6

File descriptor table

0

1

2

3

4

5

6

File table

0

1

2

3

4

5

6

in-core i-node table

dup (5)close (0) close (5)

Redirezione dell’input

0

1

2

3

4

5

6

File descriptor table

0

1

2

3

4

5

6

File table

0

1

2

3

4

5

6

in-core i-node table

dup (5)close (0) close (5)

Struttura generale della shell

write (1, PROMPT);while ((n=read(0,buffer,80)=!0) {

riconosci nome file e args;If ( (pid=fork()) ==0) { /* I/O redirection */

if (exec(file, args)==-1) exit (1) }

procid=wait(status);If (status !=0) write (2, error);write(1,PROMPT)

}

FIGLIO

PADRE

Se il comando è eseguito in background, non viene eseguita la wait

$file args<><output>$

Shell: redirezione dell’input

If ((pid=fork())==0 {/* processo figlio */if (input redirection) {

fd=open(“f1”, …);close (0);dup (fd);close (fd);

}exec (…);

}

$cmd < f1

Shell: redirezione dell’output

If ((pid=fork())==0 {/* processo figlio */if (output redirection) {

fd=creat(“f1”, …);close (1);dup (fd);close (fd);

}exec (…);

}

$cmd > f1

3. Pipelines

Pipelines

L’operatore di pipe richiede alla shell di connettere fra loro due (o più) comandi:

comando1 comando2 …redirigendo lo standard output del primo nello standard input del successivo, e così via

Pipeline: come funzionanoPer eseguire AB la shell:

• crea un file temporaneo di tipo speciale, chiamato pipe (invisibile all’utente)

• redirige lo stdout di A sulla pipe, e crea un processo che esegue A (produttore)

• redirige lo stdin di B sulla pipe, e crea un processo che esegue B (consumatore)

• Il produttore A e il consumatore B si sincronizzano automaticamente

• quando A e B terminano, la pipe viene distrutta

A

"pipe"

B

Pipe

Una pipe è un file di dimensione limitata gestita come una coda FIFO:– un processo produttore deposita dati (e resta in

attesa se la pipe è piena)– un processo consumatore legge dati (e resta in

attesa se la pipe è vuota)

Produttore Consumatore

Tipi di pipe

• Pipe con nomecreate da mknod (devono essere aperte con open)

• Pipe senza nomecreate e aperte da pipe su un “pipe device” definito al momento della configurazione

Creazione di una pipe senza nome: pipe

i = pipe ( fd[2] )

• crea una “pipe” senza nome, e la apre in lettura e scrittura

• restituisce l’esito dell’operazione (0 o –1)

• assegna a fd[0] il file descriptor del lato aperto in lettura, e a fd[1] quello del lato aperto in scrittura

Pipe e file ordinari

Creazione e uso di un file ordinario:int fd;If ((fd=creat(filename,…) <0 ) err();write(fd,…);…Creazione e uso di una pipe (senza nome):int fd[2];If ( pipe(fd) < 0 ) err();write(fd[1],…);read(fd[0],…);…

File descriptor table

2

1

0

.....

n

.....

.....

m

read e write offset (stanno qui e non nella file table, perché devono essere visti da entrambi i processi)

1

1

2read

write

File table I-node table

fd_pipe n m

10pipe ( )

Pipe: uso tipico

figlio

pipe (fd);

close (fd[0]); write (fd[1],...);

fork ( );

close (fd[1]); read (fd[0],...);

padre

....

0

1

2

3

4u

-are

a

fd 3 4

0 1dat

i/sta

ckstrutture dati

che rappresentano

la pipe....

0

1

2

3

4

fd 3 4

0 1

Realizzazione di una pipelineshell

fork ( )(wait or proceed)

pipe (fd); fork ( );

close (1); dup (fd[1]); close (fd[0]); close (fd[1]);

exec (cmd1,...);

close (0); dup (fd[0]); close (fd[0]); close (fd[1]);

exec (cmd2,...);

produttore

consumatore

$cmd1 cmd2

Realizzazione di una pipeline (segue)• if ((pid=fork()) == 0) {• /* processo figlio */• if (pipeline) {• pipe (fd_pipe);• if (fork()==0) { /* produttore */• close(1);• dup(fd_pipe[1]);• close(fd_pipe[0]);• close(fd_pipe[1]);• exec (cmd1, ...);• } /* consumatore */• close (0);• dup (fd_pipe[0]);• close (fd_pipe[0]);• close(fd_pipe[1]);• exec (cmd2, ...);• }• ...• }

4. Altre strutture dati

Mount table

Tabella sempre residente, aggiornata da mount e umount, che contiene, per ogni file system montato:– major e minor number del device– puntatore al superblocco del file system– puntatore alla root del file system a cui è

montato– puntatore alla directory su cui è montato

Introduzione al linguaggio Java 6

...

Processo 2

Testo

Dati

Stack

Processo n

Testo

Dati

Stack

U-Area

Processo 1

Testo

Dati

Stack

U-Area

Ready queue

Ker

nel

Buffer pool

File table i-node tableMount Table

SwitcherSwitcher

System calls Interrupt Handlers I/O drivers

Process Table

Visione d’insieme