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Lezione T11Virtual File SystemSistemi Operativi (9 CFU), CdL Informatica, A. A. 2013/2014Dipartimento di Scienze Fisiche, Informatiche e MatematicheUniversità di Modena e Reggio Emiliahttp://weblab.ing.unimo.it/people/andreolini/didattica/sistemi-operativi
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Quote of the day(Meditate, gente, meditate...)
“In UNIX, everything is a file; if something is not a file, it is a process.”
Ken Thompson (1943-)ProgrammatoreIl padre dei SO UNIX e Plan 9Ideatore dei linguaggi B e Go
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IL VIRTUAL FILE SYSTEM
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Che cosa è il Virtual File System(Componente del kernel)
Il Virtual File System (VFS) è un sottosistema del kernel. In Linux, esso è implementato in tutti i file di primo livello contenuti nella directory $LINUX/fs.
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A cosa serve il Virtual File System(Fornisce una visione omogenea, gerarchica, di file e directory)
Il VFS fornisce una visione omogenea, gerarchica, indipendente dai dispositivi.Visione di cosa? Del contenuto informativo (organizzato per file e directory) ottenuto da:
periferiche hardware locali (dischi, CD, chiavette, …).periferiche hardware remote (file system di rete).kernel (file system virtuali per debug, statistiche, …).
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A cosa serve la visione omogenea?(Provate a scambiare due hard disk in Windows...)
Si supponga di avere mountpoint con nomi direttamente associabili alle periferiche.Esempio: Windows.
Primo disco SATA: “C:\”.Secondo disco SATA: “D:\”.Terzo disco SATA: “E:\”.
Si scriva un'applicazione che fa riferimento a file contenuti in “D:”.Si scambino di posto il secondo ed il terzo disco.
→ L'applicazione non accede più ai file.
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Uno schema(File system virtuali, fisici locali, fisici remoti)
User
Kernel
Hardware
ApplicazioneLibreria del C
I/O
Chiamata di sistema
fread()
read()
Virtual File System
Lettura
sys_read()
vfs_read()
RAM Discointerno
Discoesterno
Discoremoto
/procfile system
EXT4file system
VFATfile system
NFSfile system
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Compiti del Virtual File System(Risoluzione dei percorsi e redirezione al sottosistema opportuno)
Il VFS decompone il percorso di un file nelle sue componenti (path lookup) ed individua i dispositivi in cui queste si trovano.Il VFS gestisce descrittori di file rappresentanti i file aperti dall'applicazione. Il descrittore punta ad informazioni sulle operazioni possibili nel file system.
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Struct inode(Il File Control Block)
Nei sistemi UNIX (pertanto, anche in GNU/Linux), il FCB è rappresentato da una struttura dati impacchettata in un blocco, detta inode.Nel caso di EXT4, l'inode è definito tramite la struttura dati struct ext4_inode nel file:
$LINUX/fs/ext4/ext4.hL'inode contiene informazioni statiche sul file.
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Inode del file system e del VFS(AKA “perché è meglio portarsene appresso due, di inode”)
File system diversi possono avere inode in formato diverso. Per tale motivo il VFS definisce un unico formato di inode, valido per tutti i file system: struct inode, definita nel file:
$LINUX/include/fs.hTale struttura è creata al primo uso di un file, è riempita con il contenuto dell'inode su disco ed è mantenuta in memoria centrale per motivi di efficienza.
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Struct file(Rappresenta un file aperto)
La struct file rappresenta un file aperto:$LINUX/include/fs.h
Contiene informazioni dinamiche sul file:puntatore all'inode del VFS.posizione nel file.modalità di apertura.il percorso del file.puntatori alle operazioni possibili sul file.
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Struct dentry(Rappresenta un elemento di directory)
La struct dentry rappresenta un elemento del percorso di un file:
$LINUX/include/dcache.hAd esempio, il file /bin/vi è composto da due dentry: /bin (directory) e vi (file).La prima volta che il kernel scandisce tale percorso, costruisce le due dentry e le inserisce in un albero in memoria centrale (dentry cache).
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Path name lookup(Se le dentry sono in RAM, è fulmineo)
Perché mantenere le dentry in RAM? Perché l'operazione di analisi del percorso di un file (path name lookup) è frequente e onerosa.Con una dentry cache, il path name lookup si riduce ad una navigazione di un albero binario in memoria centrale.
Implementazione in $LINUX/fs/namei.c.Path name lookup implementato dalla funzionevfs_path_lookup().
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Struct file_operations(Rappresenta le operazioni possibili su un file)
La struct file_operations è un array di puntatori a funzione rappresentante le operazioni possibili su un file:
$LINUX/include/fs.hOperazioni: lettura, scrittura, apertura, chiusura, flush, …
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Struct dentry(Rappresenta un elemento di directory)
La struct dentry rappresenta un elemento del percorso di un file:
$LINUX/include/dcache.hAd esempio, il file /bin/vi è composto da due dentry: /bin (directory) e vi (file).La prima volta che il kernel scandisce tale percorso, costruisce le due dentry e le inserisce in un albero in memoria centrale (dentry cache).I lookup successivi sono effettuati in memoria.
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Struct dentry_operations(Rappresenta le operazioni possibili su un elemento del percorso)
La struct dentry_operations è un array di puntatori a funzione rappresentante le operazioni possibili su un elemento del percorso:
$LINUX/include/dcache.hOperazioni: calcolo hash sul nome, confronto con stringa, eliminazione dalla cache, individuazione del mountpoint, …La struttura è impacchettata in 64 byte, in modo tale da occupare una intera linea di cache hardware Accesso fulmineo.→
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L'ALBERO DELLE DIRECTORY
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Filesystem Hierarchy Standard(Come sono organizzate le directory di un SO GNU/Linux?)
Le directory del file system di root sono organizzate secondo uno standard ben preciso: Filesystem Hierarchy Standard (FHS).http://www.linuxfoundation.org/collaborate/workgroups/lsb/fhs
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Organizzazione ad alto livello(10000 feet view)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /bin contiene i comandi necessari ad un sistema di base testuale.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /sbin contiene i comandi di amministrazione (utenti, periferiche) nonché l'eseguibile init che avvia i servizi.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /boot contiene dati relativi al processo di boot:immagini del kernel (e relative configurazioni), configurazione del boot loader.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /dev contiene i file speciali di dispositivo (device special file). Il colloquio a basso livello con le periferiche avviene interagendo con tali file.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /etc contiene la configurazione di sistema (valida per tutti gli utenti) relativa ai software installati nella macchina.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /home contiene gli spazi di lavoro degli utenti normali, organizzati in directory.studente
studente
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /lib contiene le librerie (dinamiche e statiche) necessarie all'avvio del sistema.
→ Libreria del C, load dinamico, moduli del kernel.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /mnt è il mount point classico, statico per periferiche esterne nei sistemi UNIX. Oggi è obsoleta e sostituita dalla cartella /media.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /opt contiene un root file system (con directory bin, sbin, lib, usr, …) destinato a software di terze parti non free e binario.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /proc contiene informazioni statistiche sulle risorse hardware e software, generate al volo dal kernel.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /root contiene lo spazio di lavoro dell'utente root (amministratore).
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /run è un file system contenuto in RAM. Esso contiene file volatili associati all'esecuzione di un servizio.
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File volatili associati all'esecuzione?(Eh?)
Ad esempio, gli script di avvio e terminazione di Apache2 (un Web server) devono sapere se il server è attivo oppure no e, nel caso, che PID ha.Tali script gestiscono un file contenente il PID del processo padre: /run/http/httpd.pid.Quando viene eseguito lo script di terminazione, viene letto il PID in tale file ed ucciso il processo esatto.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /tmp è un file system contenuto in RAM. Esso contiene file temporanei aperti dalle applicazioni e scartati ad ogni riavvio.
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /usr contiene un root file system (con directory bin, sbin, lib, usr, …) destinato al software non necessario all'avvio della macchina.
→ Desktop grafico, suite da ufficio, Web browser, giochi, …
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/varLa directory /usr/local contiene un root file system (con directory bin, sbin, lib, usr, …) destinato al software
non necessario all'avviodella macchina.compilato ed installatolocalmente da archivi UNIX.
/local
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Eseguibili di sistema(Servono a far partire la macchina e a gestire periferiche)
//bin
/boot/boot
/dev
/etc
/home
/lib
/mnt/opt /proc
/root
/run
/sbin
/tmp
/usr
/var
La directory /var contiene file il cui contenuto è supposto variare (crescere) nel tempo.
→ File di log, stato del gestore dei pacchetti, ...
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USI DEL VIRTUAL FILE SYSTEM
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Clone di dischi(One-liner equivalente all'uso di Ghost)
Il comando seguente:dd if=/dev/sda of=/dev/sdb
effettua una copia blocco per blocco del disco identificato da /dev/sda nel disco identificato da /dev/sdb.
→ Strumento per la clonazione di dischi.
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Masterizzazione di CD (DVD)(One-liner equivalente all'uso di Nero)
Il comando seguente:dd if=img.iso of=/dev/cdrw
effettua una copia blocco per blocco dell'immagine img.iso nel CD inserito nell'unità /dev/cdrw.
→ Strumento per la masterizzazione di CD.
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Analisi del contenuto di una partizione(Quali stringhe sono scritte sul disco?)
Il comando seguente:strings /dev/sda2
legge la partizione identificata da /dev/sda2 ed estrae le sequenze di valori identificanti
→ Strumento per la masterizzazione di CD.
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Visione di un terminale(Cosa sta scrivendo un utente sul terminale?)
Il comando seguente:watch -n 1 fold -w 80 /dev/vcs2
stampa ogni secondo la schermata del secondo terminale (tty2).
→ Strumento di monitoraggio dei terminali.Si dia il comando precedente e si vada sul terminale TTY2 con Ctrl-Alt-F2. Si digitino delle stringhe e si osservi il risultato del primo comando.
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Statistiche di un processo(Cosa sta scrivendo un utente sul terminale?)
Per un processo di PID p il kernel crea la directory /proc/p contenente informazioni statistiche.Ad esempio, è possibile vedere tutti i file aperti da un processo tramite il seguente comando:
ls -l /proc/p/fd
