Операционные системы 5 (стр. 19 из 43)

Если представить файловую систему на дисковом томе в виде дерева, то монтирование тома – это как бы «прививка» одного дерева к какому-либо месту на другом, основном дереве. В отличие от этого, MS-DOS и Windows допускают использование нескольких отдельных деревьев.

3.7.1.3. Типы и атрибуты файлов

Для каждого файла в UNIX хранится его тип, который при выдаче каталога обозначается одним из следующих символов:

- –	обычный файл, т.е. файл, содержащий данные;
d –	каталог;
c –	символьный специальный файл, т.е., на самом деле, символьное устройство;
b –	блочный специальный файл;
l –	символическая связь;
p –	именованный канал (будет рассмотрен в п. 4.6.3);
s –	сокет – объект, используемый для передачи данных по сети.

Особенностью UNIX является то, что работа с разными типами объектов, перечисленными выше (файлами, устройствами, каналами, сокетами) организуется с использованием одного и того же набора функций файлового ввода/вывода.

К числу атрибутов, описывающих файл, относятся его размер в байтах, число жестких связей и три «временных штампа»: дата/время последнего доступа к файлу, последней модификации файла, последней модификации атрибутов файла. Эту последнюю величину часто называют неточно «датой создания файла».

Для специальных файлов вместо размера хранятся старший и младший номера устройства, см. п. 2.10.1.

Кроме того, для каждого файла хранятся атрибуты управления доступом, описанные в следующем пункте, а также информация о размещении файла на диске, описанная в п. 3.7.2.

3.7.1.4. Управление доступом

Для каждого файла (в том числе каталога, специального файла) определены такие понятия, как владелец (один из пользователей системы) и группа-владелец. Их числовые идентификаторы (называемые, соответственно, UID и GID) хранятся вместе с другими атрибутами файла. Полные имена, пароли и другие характеристики пользователей и групп хранятся в отдельном системном файле. Владельцем файла обычно является тот пользователь, который создал этот файл.

Кроме того, для файла задаются атрибуты защиты, хранящиеся в виде 9 бит, которые определяют допустимость трех основных видов доступа – на чтение, на запись и на исполнение – для владельца, для членов группы-владельца и для прочих пользователей.

При отображении каталога с помощью команды ls –l эти атрибуты показываются в виде 9 букв или прочерков, например:

r w x r – x - - x

В приведенном примере показано, что сам владелец файла имеет все права (r – чтение, w – запись, x – исполнение), члены группы-владельца могут читать файл и запускать на исполнение (если этот файл содержит программу), всем прочим разрешено только исполнение.

Привилегированный пользователь (администратор системы) всегда имеет полный доступ ко всем файлам.

В том случае, если файл является каталогом, права доступа на чтение и на исполнение понимаются несколько иначе. Право на чтение каталога позволяет получить имена файлов, хранящиеся в данном каталоге. Право на исполнение каталога означает возможность читать атрибуты файлов каталога, использовать эти файлы, а также право сделать данный каталог текущим. Возможны интересные ситуации: если текущий пользователь не имеет права на чтение каталога, но имеет право на его «исполнение», то он не может узнать имена файлов, хранящихся в каталоге; однако, если он все же каким-то образом узнал имя одного из файлов, то может открыть этот файл или запустить на исполнение (если этому не препятствуют атрибуты доступа самого файла).

Чтобы удалить файл, не нужно иметь никаких прав доступа к самому файлу, но необходимо право на запись в соответствующий каталог (потому что удаление файла есть изменение не файла, а каталога). Впрочем, в современных версиях UNIX добавлен еще один битовый атрибут, при установке которого удаление разрешено только владельцу файла или пользователю, имеющему право записи в файл.

Изменение атрибутов защиты, а также смена владельца файла, могут быть выполнены только самим владельцем либо привилегированным пользователем.

Еще два битовых атрибута, имеющих отношение к защите данных, называются SUID и SGID. Они определяют, какие права (а точнее сказать, чьи идентификаторы владельца и группы) унаследует при запуске программа, хранящаяся в данном файле. Оба бита по умолчанию сброшены, при этом программа использует идентификаторы UID и GID того пользователя, который ее запустил. Программа как бы «действует от имени этого пользователя», и использует его права доступа к файлам. Если же для установлены атрибуты SUID и/или SGID, то запущенная программа будет использовать идентификаторы UID и/или GID своего владельца.

Для чего такие тонкости? Представим себе, что пользователь хочет сменить свой пароль. С одной стороны – нормальное желание, которое следует удовлетворить. С другой стороны, пароль данного пользователя хранится в одном файле с паролями других пользователей, и доступ к этому файлу должен быть, очевидно, закрыт для всех рядовых пользователей. Можно подобрать и другие примеры ситуаций, когда обычному пользователю необходим ограниченный доступ к данным, которые система должна защищать.

Решение, которое предлагает UNIX, заключается в следующем. Для работы с паролями имеется специальная программа, владельцем которой является администратор системы. Программа доступна для исполнения всем пользователям, но у нее установлен бит SUID. В результате этого запущенная программа работает от имени администратора, т.е. получает неограниченный доступ к файлам. Таким образом, ответственность за защиту системных данных перекладывается на работающую программу.

Следует отметить, что в UNIX нет особых средств защиты для периферийных устройств. Как было описано выше, устройства (а также именованные каналы и сокеты) считаются особыми типами файлов, поэтому для них определены те же атрибуты защиты, что и для файлов.

3.7.2. Структуры данных файловой системы UNIX

Дисковый том UNIX состоит из следующих основных областей, показанных (не в масштабе) на рис. 3‑5:

Рис. 3‑5

· блок начальной загрузки (BOOT-сектор); его структура определяется не UNIX, а архитектурой используемого компьютера;

· суперблок – содержит основные сведения о дисковом томе в целом (размер логического блока и количество блоков, размеры основных областей, тип файловой системы, возможные режимы доступа), а также данные о свободном месте на диске;

· массив индексных дескрипторов, каждый из которых содержит полные сведения об одном из файлов, хранящихся на диске (кроме имени этого файла);

· область данных, состоящая из логических блоков (кластеров), которые используются для хранения файлов и каталогов (в UNIX используется сегментированное размещение файлов).

В отличие от системы FAT, где основные сведения о файле содержались в каталожной записи, UNIX использует более изощренную схему.

Запись каталога не содержит никаких данных о файле, кроме только имени файла и номера индексного дескриптора этого файла.

В ранних версиях UNIX каждая запись имела фиксированную длину 16 байт, из которых 14 использовались для имени и 2 для номера. В более современных версиях запись имеет переменный размер, что позволяет использовать длинные имена файлов.

Как и в системе FAT, в каждом каталоге первые две записи содержат специальные имена «..» (ссылка на родительский каталог) и «.» (ссылка на данный каталог).

Точнее, это в FAT сделано по примеру UNIX.

Нулевое значение номера соответствует удаленной записи каталога.

Все сведения о файле, кроме имени, содержатся в его индексном дескрипторе (inode). Такая схема делает возможными жесткие связи, описанные выше: любое количество записей из одного каталога или из разных каталогов может относиться к одному и тому же файлу. Для этого надо только, чтобы эти записи содержали один и тот же номер inode.

Индексные дескрипторы хранятся в массиве, занимающем отдельную область диска. Размер этого массива задается при форматировании, этот размер определяет максимальное количество файлов, которое можно разместить на данном томе.

Дескриптор содержит, прежде всего, счетчик жестких связей файла, т.е. число каталожных записей, ссылающихся на данный дескриптор. Этот счетчик изменяется при создании и удалении связей, его нулевое значение говорит о том, что файл перестал быть доступным и должен быть удален.

В дескрипторе содержатся тип и атрибуты файла, описанные выше. Наконец, здесь же содержатся данные о размещении файла, имеющие весьма оригинальную структуру (см. рис. 3‑6).

Рис. 3‑6

Размещение блоков файла задается массивом из 13 (в некоторых версиях 14) элементов, каждый из которых может содержать номер блока в области данных. Пусть, для определенности, блок равен 1 Кб, а его номер занимает 4 байта (обе эти величины зависят от версии файловой системы). Первые 10 элементов массива содержат номера первых 10 блоков от начала файла. Если размер файла превышает 10 Кб, то в ход идет 11-й элемент массива. Он содержит номер косвенного блока – такого блока в области данных, который содержит номера следующих 256 блоков файла. Таким образом, использование косвенного блока позволяет работать с файлами размером до 266 Кб, используя для этого один дополнительный блок. Если файл превышает 266 Кб, то в 12-ом элементе массива содержится номер вторичногокосвенного блока, который содержит до 256 номеров косвенных блоков, каждый из которых… Ну, вы поняли. Наконец, для очень больших файлов будет задействован 13-й элемент массива, содержащий номер третичного косвенного блока, указывающего на 256 вторичных косвенных.