А. Робачевский - Операционная система UNIX (1114671), страница 60
Текст из файла (страница 60)
Другими слова!ми, между двумя последовательными вызовамиодного процессадругой процесс может модифицировать данные файла. Это, в частности,может привести к несогласованным операциям с файлом, и как следствие,к нарушениюцелостности его данных. Такая ситуация является неприем!Ⱦɚɧɧɚɹɜɟɪɫɢɹɤɧɢɝɢɜɵɩɭɳɟɧɚɷɥɟɤɬɪɨɧɧɵɦɢɡɞɚɬɟɥɶɫɬɜɨɦ%RRNVVKRSɊɚɫɩɪɨɫɬɪɚɧɟɧɢɟɩɪɨɞɚɠɚɩɟɪɟɡɚɩɢɫɶɞɚɧɧɨɣɤɧɢɝɢɢɥɢɟɟɱɚɫɬɟɣɁȺɉɊȿɓȿɇɕлемой длямногих приложений.Ɉɜɫɟɯɧɚɪɭɲɟɧɢɹɯɩɪɨɫɶɛɚɫɨɨɛɳɚɬɶɩɨɚɞɪɟɫɭpiracy@books-shop.comГлава 4. Файловаяспециально для управления блокированием.
При этом перед фак!тической файловой операцией (чтения или записи) процесс устанавливаетблокирование соответствующего типа (для чтения или для записи). Еслиблокирование завершилось успешно, это означает, что требуемая файловаяоперация не создаст конфликта или нарушения целостности данных, на!пример, при одновременной записи в файл несколькими процессами.По умолчанию блокирование является рекомендательным (advisory lock).Это означает, что кооперативно работающие процессы могут руководство!ваться созданными блокировками, однако ядро не запрещает чтение илизапись в заблокированный участок файла. При работе с рекомендательны!ми блокировками процесс должен явно проверять их наличие с помощьютех же функцийи lockf(3C).Мы уже встречались с использованием системного вызовадля бло!кирования записей файла в главе 2.
Там же была упомянута структураf l o c k , служащая для описания блокирования. Поля этой структуры опи!саны в табл. 4.8.Таблица 4.8. Поля структуры flockПолеshortТип блокирования: F_RDLCK обозначает блокирование длячтения (read lock),— блокирование для записи (writelock),обозначает снятие блокирования.shortl_whence Точка отсчета смещения записи в файле. Может приниматьзначения, аналогичные рассмотренным при разговоре о функ%ции lseek(2) в главе 2:SEEK_CUR, SEEK_END.of f_tl_startСмещение блокируемой записи относительно точки отсчета,указанной полем l_whence.of f_tl_lenДлина блокируемой записи. Нулевое значение l_len указы%вает, что запись всегда распространяется до конца файла,независимо от возможного изменения его размера.Идентификатор процесса, установившего блокирование, воз%вращаемый при вызове команды GETLK.Как следует из описания поля l_type структуры f l o c k , существуют дватипа блокирования записи: для чтенияRDLCK) и для записиПравила блокирования таковы, что может быть установлено несколькоблокирований для чтения на конкретный байт файла, при этом в установ!ке блокирования для записи на этот байт будет отказано.
Напротив, бло!кирование для записи на конкретный байт должно быть единственным,при этом в установке блокирования для чтения будет отказано.Приведем фрагмент программы, использующей возможность блокирова!ния записей:www.books-shop.comБуферный кэш3struct flocklock;описание lock с целью блокирования всего файла для=0;SEEK_SET;= 0;файл. Если блокирования, препятствующие данной операции,уже существуют — ждем ихfcntl(fd,данные в файл — нам никто неrecord,=SETLKW,В отличие от рекомендательного в UNIX существует обязательноевание (mandatory lock), при котором ограничение на доступ к записямфайла накладывается самим ядром. Реализация обязательных блокировокможет быть различной.
Например, в SCO UNIX (SVR3) снятие бита х длягруппы и установка битадля группы приводит к тому, что блоки!ровки, установленныеили lockf(3C), станут обязательными. U N I XSVR4 поддерживает установку блокирования отдельно для записи и длячтения, обеспечивая тем самым доступ для чтения многим, а для записи —только одному процессу. Эти установки также осуществляются с помощьюсистемного вызоваСледует иметь в виду, что использование обяза!тельного блокирования таит потенциальную опасность. Например, еслипроцесс блокирует доступ к жизненно важному системному файлу и покаким!либо причинам теряет контроль, это может привести к аварийномуостанову операционной системы.Буферный кэшВо введении отмечалось, что работа файловой подсистемы тесно связана собменом д а н н ы м и с периферийными устройствами.
Для обычных файлови каталогов — это устройство, на котором размещается соответствующаяфайловая система, для специальных файлов устройств — это принтер,терминал, или сетевой адаптер. Не вдаваясь в подробности подсистемыввода/вывода, рассмотрим, как во многих версиях U N I X организован об!мен данными с дисковыми устройствами — традиционным местом хране!ния подавляющего большинстваНа самомфайловые системы могут располагаться на удаленных компьютерах(например, в случае NFS). Хотя при работе с такими файловыми системамиввод/выводтем не менее и в этом случае кэширование блоков данных з н а ч и !тельно повышает производительность.www.books-shop.com312Глава 4. ФайловаяНе секрет, что операции дискового ввода/вывода являются медленнымипо сравнению, например, с доступом к оперативной или сверхоперативнойпамяти. Время чтения данных с диска и копирования тех же данных в па!мяти может различаться в несколько тысяч раз. Поскольку основные дан!ные хранятся на дисковых накопителях, дисковый ввод/вывод являетсяузким местом операционной системы.
Для повышения производительно!сти дискового ввода/вывода и, соответственно, всей системы в целом, вUNIX используется кэширование дисковых блоков в памяти.Для этого используется выделенная область оперативной памяти, где кэ!дисковые блоки файлов, к которым наиболее часто осуществля!ется доступ. Эта область памяти и связанный с ней процедурный интер!фейс носят название буферногои через него проходит большинствоопераций файлового ввода/вывода.
Схема взаимодействия различных под!систем ядра с буферным кэшем приведена на рис. 4.13.Рис. 4.13. Роль буферного кэшаwww.books-shop.comБуферный кэш313Внутренняя структура буферного кэшаБуферный кэш состоит из буферов данных, размер которых достаточендля размещения одного дискового блока. С каждым блоком данных связанзаголовок буфера, представленный структурой buf, с помощью которогоядро производит управление кэшем, включая идентификацию и поиск бу!феров, а также синхронизацию доступа. Заголовок также используется приобмене данными с драйвером устройства для выполнения фактическойоперации ввода/вывода. Когда возникает необходимость чтения или запи!си буфера на диск, ядро заносит параметры операции ввода/вывода в заго!ловок и передает его функции драйвера устройства.
После завершенияоперации ввода/вывода заголовок содержит информацию о ее результатах.Основные поля структуры buf приведены в табл. 4.9.Таблица 4.9. Поля структуры bufОписаниеb_f lagsav_f orw,b_addrФлаги. Определяют состояние буфера в каждый момент вре%мени (например,— буфер занят или— закон%чена операцияс буфером) и направление пере%дачиB_PHYS)Указатели двухсвязного рабочего списка буферов, ожидающихобработки драйверомЧисло байтов, которое требуется передатьВиртуальный адрес буфераНомер блока начала данных на устройствеСтарший и младший номера устройстваПоле b_flags хранит различные флаги связанного с заголовком буфера.Часть флагов используется буферным кэшем, а часть — драйвером устрой!ства.
Например, с помощью флагаосуществляется синхронизациядоступа к буферу. Флаготмечает буфер как модифицированный,или "грязный", требующий сохранения на диске перед повторным исполь!зованием. Флаги B_READ, B_WRITE,И B_ERROR ИСПОЛЬ!зуются драйвером диска. Более подробно операция ввода/вывода для драй!вера будет рассмотрена в следующей главе.Буферный кэш использует механизм отложенной(write!behind), прикотором модификация буфера не вызывает немедленной записи на диск.Такие буферы отмечаются как "грязные", а синхронизация их содержимогос дисковыми данными происходит через определенные промежутки вре!мени. Примерно одна треть операций дискового ввода/вывода приходитсяна запись, причем один и тот же буфер может на протяжении ограничен!ного промежутка времени модифицироваться несколько раз. Поэтому бу!кэшуменьшить интенсивность записи наwww.books-shop.comГлава 4.и реорганизовать последовательность записи отдельных буферов дляповышения производительности ввода/вывода (например, уменьшая времяпоиска, группируя запись соседних дисковых блоков).
Однако этот меха!низм имеет свои недостатки, поскольку может привести к нарушению це!лостности файловой системы в случае неожиданного останова или сбояоперационной системы.Операции ввода/выводаНа рис. 4.14 представлена схема выполнения операций ввода/вывода с ис!пользованием буферного кэша. Важной особенностью этой подсистемыявляется то, что она обеспечивает независимое выполнение операций чте!ния или записи данных процессом как результат соответствующих систем!ных вызовов, а также фактический обмен данными с периферийным уст!ройством.Когда процессу требуется прочитать или записать данные он используетсистемные вызовы read(2) илинаправляя тем самым запрос файло!вой подсистеме.
В свою очередь файловая подсистема транслирует этот за!прос в запрос на чтение или запись соответствующих дисковых блоков фай!ла и направляет его в буферный кэш. Прежде всего кэш просматривается напредмет наличия требуемого блока в памяти. Если соответствующий буфернайден, его содержимое копируется в адресное пространство процесса вслучае чтения и наоборот при записи, и операция завершается. Если блок вкэше не найден, ядро размещает буфер, связывает его с дисковым блоком спомощью заголовка buf и направляет запрос на чтение драйверу устройства.Обычно используется схемавперед (read!ahead), когда считываютсяне только запрашиваемые блоки, но икоторые с высокой вероятно!стью могут потребоваться в ближайшее время (рис. 4.14, а). Таким образом,последующие вызовыскорее всего не потребуют дискового вво!да/вывода, а будут включать лишь копирование данных из буферов в памятьпроцесса, — операция, которая, как отмечалось, обладает на несколько по!рядков большей производительностью (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
