Файловая система и I/O

14.10.2024

Файловая система и ввод-вывод информации

Задачи ОС по управлению файлами и устройствами

• Организация параллельной работы устройства ввода-вывода и процессора.

• Согласование скоростей обмена и кэширования данных.

• Разделение устройств и данных между процессами.

• Обеспечение логического интерфейса между устройствами и системой.

• Поддержка широкого спектра драйверов.

• Динамическая загрузка и выгрузка драйверов.

• Поддержка файловых систем.

• Поддержка синхронных и асинхронных операций ввода-вывода.

Организация параллельной работы устройства ввода-вывода и процессора

• Устройство управляется контроллером, который взаимодействует с драйвером.

• Контроллер позволяет устройству работать автономно от ОС.

• Важна минимизация нагрузки на процессор при работе с устройствами.

Согласование скоростей обмена и кэширования данных

• Для буферизации данных используются оперативная память и спул-файлы.

• При недостатке памяти данные размещаются в специальных файлах или памяти контроллеров.

Разделение устройств и данных между процессами

• Устройства могут быть доступны процессам в монопольном или разделяемом режиме.

• ОС контролирует доступ к устройствам и данным на основе прав пользователей.

• Используются спул-файлы для синхронизации скорости работы устройств и оперативной памяти.

Логический интерфейс между устройствами и системой

• Устройства представляются в виде файлов для удобства взаимодействия с приложениями.

• Используются специфические модели для работы с разными типами устройств, например, графическая подсистема, сетевые адаптеры.

Поддержка драйверов и их загрузка

• ОС должна поддерживать разнообразие драйверов для работы с разными устройствами.

• Драйверы взаимодействуют с ядром ОС через DKI (Driver Kernel Interface) и с устройствами через DDI (Driver Device Interface).

• Драйверы могут загружаться и выгружаться динамически, что повышает гибкость системы.

Файловая система

• Файловая система управляет хранением данных на внешних устройствах.

• Использует иерархическую структуру для организации данных.

• Логическая модель файловой системы скрывает физическое расположение данных.

Иерархическая структура файловой системы

• Логическая структура файлов организуется в виде дерева или сети.

• В Windows используется древовидная организация, в UNIX — сетевая.

Монтирование файловой системы

• Объединение нескольких файловых систем в одну для удобного доступа к данным.

• В UNIX монтирование позволяет использовать единое дерево каталогов для всех устройств.

Атрибуты файла

• Описание свойств файла, например, владелец, время создания, тип файла.

• Признаки: «только для чтения», «скрытый файл», «системный файл», «временный файл» и т. д.

Логическая организация файла

• Файлы могут быть структурированными (упорядоченные записи) или неструктурированными.

• Структурированные файлы используются в системах управления базами данных (СУБД).