Современные архитектуры файловых систем

Разработчики новых операционных систем стремятся обеспечить пользователя возможностью работать сразу с несколькими файловыми системами. В современном понимании файловая система состоит из многих составляющих, в число которых входят и файловые системы в традиционном понимании.

Современная файловая система имеет многоуровневую структуру (рис. 16.3), на верхнем уровне которой располагается так называемый переключатель файловых систем. Он обеспечивает интерфейс между запросами приложения и конкретной файловой системой, к которой обращается это приложение. Переключатель файловых систем преобразует запросы в формат, воспринимаемый следующим уровнем – уровнем файловых систем.

 

Рис. 16.3 Архитектура современной файловой системы

 

Каждый компонент уровня файловых систем выполнен в виде драйвера соответствующей файловой системы и поддерживает определенную организацию файловой системы. Переключатель является единственным модулем, который может обращаться к драйверу файловой системы. Приложение не может обращаться к нему напрямую. Драйвер файловой системы может быть написан в виде реентерабельного кода (если код разработан таким образом, что одна и та же копия инструкций программы в памяти может быть совместно использована несколькими пользователями или процессами), что позволяет сразу нескольким приложениям выполнять операции с файлами. Каждый драйвер файловой системы в процессе собственной инициализации регистрируется у переключателя, передавая ему таблицу точек входа, которые будут использоваться при последующих обращениях к файловой системе.

Для выполнения своих функций драйверы файловых систем обращаются к подсистеме ввода-вывода, образующей следующий слой файловой системы новой архитектуры. Подсистема ввода вывода - это составная часть файловой системы, которая отвечает за загрузку, инициализацию и управление всеми модулями низших уровней файловой системы. Обычно эти модули представляют собой драйверы портов, которые непосредственно занимаются работой с аппаратными средствами. Кроме этого подсистема ввода-вывода обеспечивает некоторый сервис драйверам файловой системы, что позволяет им осуществлять запросы к конкретным устройствам. Подсистема ввода-вывода должна постоянно присутствовать в памяти и организовывать совместную работу иерархии драйверов устройств. В эту иерархию могут входить драйверы устройств определенного типа (драйверы жестких дисков или накопителей на лентах), драйверы, поддерживаемые поставщиками (такие драйверы перехватывают запросы к блочным устройствам и могут частично изменить поведение существующего драйвера этого устройства, например, зашифровать данные), драйверы портов, которые управляют конкретными адаптерами.

Большое число уровней архитектуры файловой системы обеспечивает авторам драйверов устройств большую гибкость - драйвер может получить управление на любом этапе выполнения запроса - от вызова приложением функции, которая занимается работой с файлами, до того момента, когда работающий на самом низком уровне драйвер устройства начинает просматривать регистры контроллера. Многоуровневый механизм работы файловой системы реализован посредством цепочек вызова.

В ходе инициализации драйвер устройства может добавить себя к цепочке вызова некоторого устройства, определив при этом уровень последующего обращения. Подсистема ввода-вывода помещает адрес целевой функции в цепочку вызова устройства, используя заданный уровень для того, чтобы должным образом упорядочить цепочку. По мере выполнения запроса, подсистема ввода-вывода последовательно вызывает все функции, ранее помещенные в цепочку вызова.

Внесенная в цепочку вызова процедура драйвера может решить передать запрос дальше - в измененном или в неизмененном виде - на следующий уровень, или, если это возможно, процедура может удовлетворить запрос, не передавая его дальше по цепочке.

Основные составные части ОС

Операционная система MS-DOS состоит из следующих частей.

Дисковые файлы IO. SYS и MSDOS. SYS. Дисковые файлы IO.SYS и MSDOS.SYS, иначе называемые основными системными файлами MS-DOS, содержат программы MS-DOS, которые постоянно находятся в оперативной памяти компьютера. Файлы IO.SYS и MSDOS.SYS должны находиться в корневом каталоге диска, с которого загружается MS-DOS.

Файлы IO.SYS и MSDOS.SYS нельзя скопировать на другой диск обычными командами типа Сору, для их записи на диск имеется специальная ко­манда SYS. Кроме того, запись системных файлов на диск может осуществляться при форматировании диска.

В версиях MS-DOS до 7.0 файл IO.SYS представляет собой дополнение к функциям базовой системы ввода-вывода в BIOS, а файл MSDOS.SYS реализует основные высокоуровневые услуги DOS. В MS-DOS 7.0, входящей в состав Windows, файл IO.SYS содержит программы DOS, а файл MSDOS.SYS задает параметры загрузки DOS и Windows (фактически MSDOS.SYS в Windows является текстовым файлом).

В других версиях DOS основные системные файлы DOS могут называться и по-другому, например IВМBIO.СОМ и IВMDOS.СОМ для РС DOS, DRBIOS.SYS и т.д.

Командный процессор DOS. Командный процессор DOS обраба­тывает команды, вводимые пользователем. Стандартный командный процессор MS-DOS имеет имя СОММАМD.СОМ, обычно он находит­ся в корневом каталоге диска, с которого загружается DOS. Некото­рые команды пользователя, например TYPE, DIR или COPY командный процессор выполняет сам. Такие команды называются внутренними. Для выполнения остальных (внешних) команд пользователя команд­ный процессор ищет, на дисках программу с соответствующим именем и если находит ее, то загружает в память и передает ей управление. По окончании работы программы командный процессор удаляет про­грамму из памяти и выводит сообщение о готовности к выполнению команд (приглашение DOS).

Внешние команды DOS. Внешние команды DOS — это программы поставляемые вместе с операционной системой в виде отдельных файлов. Эти программы выполняют действия обслуживающего характера, например форматирование дискет, проверку дисков и т.д. Внешние команды DOS записываются в отдельный каталог при установке.

Драйверы. Драйверы устройств — это специальные программы, которые дополняют MS-DOS, например, обеспечивая обслуживание новых или нестандартное использование имеющихся устройств. Драйверы загружаются в память компьютера при загрузке операционной системы, их имена указываются в специальном файле CONFIG.SYS. Такая схема облегчает добавление новых устройств и позволяет делать это, не затрагивая системные файлы BIOS.

Базовая система ввода-вывода. Базовая система ввода-вывода (BIOS) находящаяся в постоянной памяти (постоянном запоминающем устройстве ПЗУ) компьютера, формально не является частью MS-DOS, однако тесно с ней связана. BIOS содержит программы для проверки оборудования компью­тера, инициирования загрузки операционной системы (ОС) и программы для выполнения базовых (низкоуровневых) операций ввода-вывода с монитором клавиатурой, дисками и принтером.

Загрузчик DOS. Еще одна программа, которую можно считать частью DOS, — это загрузчик DOS. Он находится в первом секторе каждой дискеты и в первом секторе логического диска, с которого происходит загрузка DOS (то есть диска С:). Назначение этой очень короткой программы — загрузка в память системного файла DOS IO.SYS при начальной загрузке компьютера.