Système de Gestion de Fichiers

Le système de gestion de fichiers est un outil de manipulation des fichiers et de la structure d'arborescence des fichiers sur disque et a aussi le rôle sous UNIX de conserver toutes les informations dont la pérennité est importante pour le système (et pour les utilisateurs biensur). Ainsi tous les objets importants du système sont référencés dans le système de fichiers (mémoire, terminaux, périphériques variés etc). Le système de gestion de fichier permet une manipulation simple des fichiers et gère de façon transparente les différents problèmes d'accès aux supports de masse

• partage : utilisation d'un même fichier / disque par plusieurs utilisateurs
• efficacité : utilisation de cache, uniformisation des accès
• droits : protection des éléments important du système et protection interutilisateurs
• alignement : transtypage entre la mémoire et les supports magnétiques

Le concept de fichier

L'unité logique de base de l'interface du Système de Gestion de Fichiers : le fichier. Un fichier UNIX est une suite finie de bytes matérialisée par des blocs disques, et une inode qui contient les propriétés du fichier. Le contenu est entièrement défini par le créateur, la gestion de l'allocation des ressources nécessaires est a la seule responsabilité du système. Sur UNIX les fichiers ne sont pas typés du point de vue utilisateur, le concept de fichier permet de proposer un type générique (polymorphe) aux programmeurs le système gérant la multiplicité des formats effectifs (différentes marques et conceptions de disques dur par exemple). L'inode définit le fichier, soit principalement les information :

• la localisation sur disque
• le propriétaire et le groupe propriétaire
• les droits d'accès des différents utilisateurs
• la taille
• la date de création

On trouvera sur d'autre systèmes d'autres structures d'information pour décrire les fichiers, par exemple NT utiliser des "objets files records". Un nom est lié à un fichier (une référence indique un fichier) mais un fichier n'est pas lié à une référence, un fichier peut exister sans avoir le nom dans l'arborescence.

Fichiers ordinaires / Fichiers spéciaux

Le système est un utilisateur du système de gestion de fichier et en temps que créateur il définit quelques contenus structurés ces fichiers auront de ce fait des accès réglementés. Pour le système les fichiers sont donc organisés en deux grandes familles :

• les fichiers standars que sont par exemple les fichiers texte, les exécutables, etc. C'est à dire tout ce qui est manipulé et structuré par les utilisateurs.

• les fichiers spéciaux périphériques, mémoire, et autre fichiers "physique" ou logique. Ces fichiers ont une structure interne définie (par les développeurs du système) qui doit être respecté c'est pourquoi leur manipulation n'est pas possible que par l'intermédiaire du système

  Les fichiers physiques sont dans le répertoire /dev.

  Cette distinction entre fichier ordinaire et spéciaux et tout simplement le fait que le système est un utilisateur comme les autres des fichiers. Pour certains fichier le système utilise une structure interne spéciale (d'où le nom) qui ne doit pas être modifié sous peine de comportement indéfini. Pour se protéger le système ne permet pas l'accès direct aux informations c'est lui qui fait toutes les entrées sortie sur les fichiers spéciaux de façon a en assurer l'intégrité. Ceci est indépendant du système de droits d'accès, la structure du code du noyau ne permet pas d'autres accès que les accès "spéciaux".

Organisation utilisateur des Disques

Comment permettre aux utilisateurs d'identifier les données sur les supports de masse ? Le système le plus répandu aujourd'hui est un système arborescent avec des fichiers utilisés comme noeud de l'arbre qui permet de lister les fichiers et les sous arbres qu'il coïtent, d'autres organisations "plates" existe ou l'on organise les fichiers en utilisant des types et des extensions de nom de fichier pour "organiser". Les arborescences de fichiers et de catalogues, organisés comme un graphe acyclique, apparaissent avec le projet MULTICS. Cette organisation logique du disque a les avantages suivants : Une racine, un accès absolu aisé, une structure dynamique, une grande puissance d'expression et un graphe acyclique.

L'organisation est arborescente avec quelques connections supplémentaires (liens multiples sur un même fichier) qui en font un graphe. Mais ce graphe doit rester acyclique, pour les raisons suivantes.

1. L'ensemble des algorithmes simples utilisables sur des graphes acycliques comme le parcours, la vérification des fichiers libres, etc. Deviennent beaucoup plus difficile à écrire pour les graphes admettant des cycles
2. Des algorithmes de ramasse-miettes doivent être utilisés pour savoir si certains objets sont utilisés ou non et pour récupérer les inodes ou blocs perdus après un crash.
3. Tous les algorithmes de détection dans un graphe quelconque ont une complexité beaucoup plus grande que ceux qui peuvent profiter de l'acyclité du graphe
4. Sous unix nous comme assurés que le graphe est acyclique car il est interdit d'avoir plusieurs références pour un même catalogue

Les inodes

L'inode est le passage obligé de tous les échanges entre les systèmes de fichier et la mémoire. L'inode est la structure qui contient toutes les informations sur un fichier donné à l'exception de sa référence dans l'arborescence (son nom), l'arborescence n'étant qu'un outil de référencèrent des fichiers. Les informations stockées dans une inode disque sont :

• utilisateur propriétaire
• groupe propriétaire
• type de fichier
• droit d'accès
• date de dernier accès
• date de dernière modification
• date de dernière modification de l'inode
• taille du fichier
• adresses des blocs-disque contenant le fichier

Organisation des disques System V

L'organisation disque décrite sur la figure ci dessous est la plus simple que l'on peut trouver de nos jours sous UNIX, il en exite d'autre où l'on peut en particulier placer un même disque logique sur plusieurs disques physiques, certaines où les blocs sont fragmentables etc

• Boot bloc utilisé au chargement du système
• Super Bloc il contient toutes les informations générales sur le disque logique
• Inode list table des inodes
• blocs mes blocs de données chaines à la création du disque (mkfs)

Adressage des blocs dans les inodes

Le système d'adressage des blocs dans les inodes (système V) consiste en 13 adresses de blocs. Les dix premières adresses sont des adresses qui pointent directement sur les blocs de données du fichier. Les autres sont des adresses indirectes vers des blocs de données contenant des adresses. L'intérêt de cette représentation est d'économiser sur la taille des inodes tout en permettant un accès rapide au petits fichiers (la majorité des fichiers sont petits). Mais en laissant la possibilité de créer de très gros fichiers.

Allocation des inodes d'un disque

L’allocation des inodes est réalisée en recherchant dans la zone des inodes du disque une inode libre. Pour accélérer cette recherche : un tampon d’inodes libres est géré dans le SuperBloc, de plus l’indice de la première inode libre est gardé en référence dans le SuperBloc afin de redémarrer la recherche qu’à partir de la première inode réellement libre.

Allocation des blocs disques

L’algorithme utilisé pour gérer l’allocation des inodes s’appuie sur le fait que l’on peut tester si une inode est libre ou non en regardant son contenu. Ceci n’est plus vrai pour les blocs. La solution est de chaı̂ner les blocs. Ce chaı̂nage est réalisé par blocs d’adresses pour accélérer les accès et profiter au maximum du buffer cache. Il existe donc un bloc d’adresses dans le super bloc qui sert de zone de travail pour l’allocateur de blocs.