Обращаю ваше внимание, насколько UNIX экономит обращения к ВЗУ. Суперблок находится в оперативной памяти, и реальные действия с информацией суперблока происходят не с диска, а из оперативной памяти, хотя здесь возникает та же проблема с несанкционированным выключением питания.
Открывая файл, мы работаем с ИД. Мы выяснили, что работа с ИД осуществляется через работу с его копией, размещенной в программных таблицах в оперативной памяти. Это означает, что почти нет накладных расходов, связанных с маленькими файлами, и эти накладные расходы малы при работе с огромными файлами. Получается так, что почти вся инфраструктура, поддерживающая работу файловой системы, работает за счет глубокой эшелонированной буферизации.
Атрибуты файлов
Мы с вами говорили об организации пользователей системы; она имеет иерархическую трехуровневую структуру.
Любой пользователь принадлежит к группе. В соответствии с иерархией пользователей, определена иерархия защиты файлов и прав пользователей. Определено понятие владельца файла. Изначально владельцем файла является пользователь (а точнее, процесс пользователя), создавший этот файл. Атрибут «владелец файла» может быть изменен командой changeown. Каждый файл имеет атрибуты защиты, связанные с иерархией. Есть права доступа к некоторым действиям файла со стороны владельца файла. Это права на чтение, на запись, на исполнение. У каждого файла, кроме прав, связанных с уровнем пользователя, имеются права, связанные с уровнем группы. Это права для всех пользователей группы, к которой принадлежит владелец файла, за исключением его самого (т.е. права владельца и его группы различны). Третья категория защиты - все остальные. Это те права, которые имеют все пользователи системы, за исключением владельца и его группы. В системе имеется команда изменения прав доступа changemode.
Кроме атрибутов доступа, каждый файл может иметь признаки, в частности, т.н. t-бит и s-бит, которые также устанавливаются некоторой командой. Мы, уже зная структуру файловой системы, понимаем, что в принципе файл может находиться в очень сильно фрагментированном виде. Кроме того, файл может быть большим, а при открытии большого файла, возникают накладные расходы, связанные с доступом к далеким блокам файла. Поэтому открытие файла - это длительный процесс. Чтобы оптимизировать это действие, в системе имеется возможность пометить исполняемые файлы t-битом. После этого происходит следующее: в том случае, если вызывается исполняемый файл, помеченный t-битом, то при первом вызове за сеанс работы системы происходит копирование тела файла в область сохранения. При каждом повторном вызове файла, сначала происходит просмотр каталога области сохранения, и в том случае, если искомый файл там есть, то загрузка файла происходит не с ВЗУ, а из этой области. То есть это еще один путь минимизации обращений к ВЗУ. Обычно возможность установки t-бита - это прерогатива системного администратора, и системный администратор сам выбирает те процессы (и соответственно, файлы), которые надо пометить t-битом. Обычно им помечаются те процессы, которые используются наиболее часто (если, например, идет практикум, то t-битом имеет смысл пометить файл компилятора).
S-бит мы рассмотрим несколько поверхностно, но вернемся к нему позже. Есть следующая проблема. Все средства системы принадлежат кому-то, т.к. все средства, все команды (за исключением некоторых встроенных) в конечном счете представляют из себя файлы, у которых имеется владелец. Какие-то из этих команд могут обращаться в те или иные системные файлы. Возникает проблема, связанная с тем, что с одной стороны, должна быть защита от несанкционированного доступа к файлу. С другой стороны, все команды имеют потенциальные права для всех категорий. Как быть? Есть возможность помечать некоторые файлы s-битом. Владелец файла с s-битом остается неизменным, но при запуске этого файла, владельцу процесса запустившего этот файл, предоставляются права по доступу к данным от владельца исходного файла.
Предположим, есть исполняемый файл с именем file, и он работает каким-то образом с файлом file2, в котором находится конфиденциальная информация. Предположим, file корректирует file2, в котором находится информация обо всех зарегистрированных пользователях и, в частности, file может менять пароль пользователя в системе. Если я запущу file от своего имени, то могут возникнуть две ситуации: либо я не смогу работать с file2, в котором есть учетная информация о пользователях, потому что он закрыт для всех остальных; либо он открыт для всех, тогда нет никакой защиты. В этом случае работает s-бит. Суть его работы заключается в следующем. Владельцем исходного файла является пользователь ROOT. Предположим, этот файл захотел запустить пользователь с именем MASH. Если MASH запускает этот файл и нет s-бита, то получается, что владельцем файла является ROOT, а владельцем процесса стал MASH. В этом случае, файлы, которые недоступны пользователю MASH, будут недоступны и его процессу, и MASH не сможет изменить свой пароль в системе. S-бит позволяет продлить права владельца (ROOT) файла на владельца (MASH) процесса (запущенного из этого файла), и на время сеанса работы процесса ему будут доступны все те файлы, которые были доступны владельцу файла (ROOT).
Следующий вопрос: как интерпретируются права доступа к каталогам (поскольку каталоги также являются файлами)? Разрешение на чтение из каталога означает, что разрешен вход в каталог и открытие файлов из этого каталога. Разрешение на запись предоставляет возможность создавать и уничтожать файлы в этом каталоге. Разрешение на исполнение - это возможность поиска в данном каталоге (например, с помощью команды ls).
Файловая система с точки зрения пользователя.
Давайте рассмотрим структуру файловой системы с точки зрения пользователя. Эта структура будет рассматриваться для обобщенной операционной системы, так как реальная ее структура может варьироваться.
В корневом каталоге есть файл с именем unix. Это тот самый файл, который запускается программным загрузчиком, и который формирует ядро системы.
Каталог ETC. В этом каталоге находятся стандартные файлы данных системы и команды, обеспечивающие некоторый уровень управления функционированием системы. 1. Файл passwd. Все пользователи в системе зарегистрированы через этот файл. Это означает, что если пользователь может работать, то в файле passwd имеется строка, помеченная именем пользователя, которая содержит набор некоторых данных, разделенных символом разделителя. В частности, строка файла passwd содержит номер группы, к которой принадлежит пользователь, иногда может содержать закодированный пароль на вход пользователя в системе. Закодированный - означает то, что в системе используется взаимно неоднозначная возможность отображения последовательности символов в некоторый код, и в системе хранится отображение этого пароля. Современные UNIX-ы хранят пароли в отдельной защищенной базе данных (хотя файл passwd тоже присутствует), потому что файл passwd обычно открыт на чтение, алгоритм преобразования тоже обычно известен и есть возможность подобрать пароль.
Далее, строка содержит поле, в котором должен быть атрибут, характеризующий фамилию, имя и отчество пользователя; поле, в котором указывается статус пользователя; поле, в котором указан «домашний» каталог. В этой же строке указано (или может быть указано) с каким интерпретатором команд этот пользователь будет работать. Могут быть еще некоторые параметры.
2. Файл rc. В этом файле в текстовом виде находится набор команд, которые будут выполнены при загрузке операционной системы. Например, при загрузке, операционная система может запускать процесс проверки сохранности файловой системы.
Обращаю ваше внимание, что операционная система UNIX, за исключением нескольких случаев, содержит всю свою системную информацию в обыкновенных текстовых файлах. Эта информация легко просматривается и легко корректируется. В свое время, это был революционный шаг.
3. В этом же каталоге находятся команды, которые позволяют изменять пароли пользователя (исполняемый файл passwd), позволяют «примонтировать» к файловой системе локальные файловые системы и отбазировать эти же локальные системы, позволяют запускать процесс тестирования и коррекции файловой системы. Этот процесс проверяет файловую систему по некоторому набору признаков, например, множество свободных файлов должно при объединении с множеством занятых файлов давать все множество файлов. И так далее.
Каталог BIN. В этом каталоге находится подавляющее число стандартных команд системы, доступных пользователю.
Каталог MNT. Это каталог, к которому можно «примонтировать» локальные файловые системы. До сегодняшнего дня мы считали, что файловая система размещена на одном устройстве, но реально это не так. Имеется основная файловая система на системном устройстве, и имеется произвольное (в разумных пределах) количество локальных файловых систем, которые монтируются к системе с помощью некоторой команды. Корнем локальной файловой системы будет каталог MNT.
Каталог DER. В этом каталоге размещаются файлы, ассоциированные с конкретными драйверами внешних устройств, например, драйверы консоли, линейной печати и т.д. Вы помните, что файлы, ассоциированные с драйверами внешних устройств, в ИД, который ассоциирован с их именем, имеют признак того, что это файл-устройство, и также имеют в ИД ссылки на соответствующие таблицы драйверов. Эти файлы не имеют содержимого.