6.7. Современные архитектуры файловых систем

Разработчики новых операционных систем стремятся обеспечить пользователя возможностью работать сразу с несколькими файловыми системами. В новом понимании файловая система состоит из многих составляющих, в число которых входят и файловые системы в традиционном понимании.

Новая файловая система имеет многоуровневую структуру, на верхнем уровне которой располагается так называемый переключатель файловых систем. Он обеспечивает интерфейс между запросами приложения и конкретной файловой системой, к которой обращается это приложение. Переключатель файловых систем преобразует запросы в формат, воспринимаемый следующим уровнем - уровнем файловых систем.

Каждый компонент уровня файловых систем выполнен в виде драйвера соответствующей файловой системы и поддерживает определенную организацию файловой системы. Переключатель является единственным модулем, который может обращаться к драйверу файловой системы. Приложение не может обращаться к нему напрямую.

Для выполнения своих функций драйверы файловых систем обращаются к подсистеме ввода-вывода, образующей следующий слой файловой системы новой архитектуры. Подсистема ввода вывода - это составная часть файловой системы, которая отвечает за загрузку, инициализацию и управление всеми модулями низших уровней файловой системы. Обычно эти модули представляют собой драйверы портов, которые непосредственно занимаются работой с аппаратными средствами. Кроме этого подсистема ввода-вывода обеспечивает некоторый сервис драйверам файловой системы, что позволяет им осуществлять запросы к конкретным устройствам. Подсистема ввода-вывода должна постоянно присутствовать в памяти и организовывать совместную работу иерархии драйверов устройств. В эту иерархию могут входить драйверы устройств определенного типа (драйверы жестких дисков или накопителей на лентах), драйверы, поддерживаемые поставщиками (такие драйверы перехватывают запросы к блочным устройствам и могут частично изменить поведение существующего драйвера этого устройства, например, зашифровать данные), драйверы портов, которые управляют конкретными адаптерами.

7. Управление распределенными ресурсами

7.1. Базовые примитивы передачи сообщений в распределенных системах

Отличием распределенных систем от централизованных является межпроцессная взаимосвязь. В централизованных системах связь между процессами, как правило, предполагает наличие разделяемой памяти.

В распределенных системах нет какой бы то ни было разделяемой памяти и все межпроцессные коммуникации должны быть продуманы заново.

Основой взаимодействия служит передача по сети сообщений. В простом случае связь представлена двумя системными вызовами (примитивами): для посылки сообщения, и для получения. На их базе построены сетевые коммуникации (распределенная файловая система, вызов удаленных процедур и т.д.).

Эффективность работы сети зависит от способа задания адреса, от того, является ли системный вызов блокирующим или неблокирующим, и насколько надежным является протокол обмена сообщениями.

7.2. Способы адресации

Чтобы послать сообщение, необходимо указать адрес получателя. В простой сети адрес может задать константой, но в сложной нужен более изощренный способ адресации.

Адресом может быть физический адрес сетевой карты. Если в получающем компьютере выполняется только один процесс, то поступившее сообщение нужно передать этому процессу. Но если на машине выполняется несколько процессов, то не известно, какому из них назначено сообщение, поэтому такой вариант адресации возможен, когда на каждой машине выполняется только один процесс.

Пусть адрес состоит из двух частей – номера машины и номера процесса. Недостаток такого варианта состоит в том, что нужно явно задавать адрес машины-получателя. Если сервер откажет, то программа, в которой жестко используется адрес сервера, не сможет работать с другим сервером, установленным на другой машине.

Можно назначить процессу уникальный адрес, не связанный с адресом машины. Одним из таких способов является назначение процессам уникальных идентификаторов – разрешение каждому процессу выбора своего идентификатора из очень большого адресного пространства. Вероятность выбора одного и того же числа двумя процессами мала, а система хорошо расширяется. В этом случае возникает следующая проблема: как процесс-отправитель может узнать номер машины процесса-получателя.

В сети, которая поддерживает широковещательный режим (то есть в ней предусмотрен такой адрес, который принимают все сетевые адаптеры), отправитель может широковещательно передать специальный пакет, который содержит идентификатор процесса назначения. Все ядра получат эти сообщения, проверят адрес процесса и, если он совпадает с идентификатором одного из процессов этой машины, пошлют ответное сообщение, содержащее сетевой адрес машины.

Широковещательные сообщения перегружают систему. Такой перегрузки можно избежать, выделив в сети специальную машину для отображения высокоуровневых символьных имен. При применении такой системы процессы адресуются с помощью символьных строк, и в программы вставляются эти строки, а не номера машин или процессов. Каждый раз перед первой попыткой связаться, процесс должен послать запрос специальному отображающему процессу, обычно называемому сервером имен, запрашивая номер машины, на которой работает процесс-получатель.

Существует и совершенно иной подход, связанный с использованием специальной аппаратуры. Пусть процессы выбирают свои адреса случайно, а конструкция сетевых адаптеров позволяет хранить эти адреса. Теперь адреса процессов не обнаруживаются путем широковещательной передачи, а непосредственно указываются в кадрах, заменяя там адреса сетевых адаптеров.