Λειτουργικά Συστήματα (Λ/Σ)

Λειτουργικά Συστήματα (Λ/Σ) Διαχείριση Αρχείων Βασίλης Σακκάς 11/12/2013 1

Διαχείριση Αρχείων 1 Μακρόχρονη αποθήκευση πληροφοριών 1. Αποθήκευση μεγάλου όγκου δεδομένων 2. Οι αποθηκευμένες πληροφορίες πρέπει να διατηρούνται και μετά το τερματισμό των διεργασιών που τις χρησιμοποιούν 3. Πολλαπλές διεργασίες πρέπει να μπορούν να έχουν πρόσβαση στις αποθηκευμένες πληροφορίες ταυτόχρονα. 2

Διαχείριση Αρχείων 2 Αρχείο (file) είναι ένα σύνολο δεδομένων, σχετιζόμενων μεταξύ τους, τα οποία είναι αποθηκευμένα στη δευτερεύουσα μνήμη. Τα δεδομένα αυτά μπορούν να χρησιμοποιούνται από προγράμματα ή να περιέχουν πληροφορίες που έχουν καταγραφεί από κάποιο χρήστη και τον ενδιαφέρουν. Η βασική ιδιότητα των αρχείων, η οποία τα διαφοροποιεί από τις διάφορες πληροφορίες που είναι αποθηκευμένες στην κύρια μνήμη του υπολογιστή, είναι ότι είναι μόνιμα, δηλαδή εξακολουθούν να υπάρχουν και όταν η διεργασία που τα δημιούργησε έχει τερματιστεί ή ακόμα και όταν ο υπολογιστής είναι εκτός λειτουργίας. Οι χρήστες έχουν πρόσβαση στα αρχεία μέσω των ονομάτων που τους έχουν αποδοθεί κατά τη δημιουργία τους. 3

Διαχείριση Αρχείων 3 Από τη πλευρά της αναπαράστασης τους στη δευτερεύουσα μνήμη τα αρχεία δειακρίνονται σε: Αρχεία κειμένου (text files), στα οποία τα δυαδικά ψηφία από τα οποία απαρτίζονται τα αρχεία, διερμηνεύονται ως ομάδες των 8 bits (χαρακτήρες του πίνακα ASCII) ή 16 bits (χαρακτήρες Unicode). Δυαδικά αρχεία (binary files), στα οποία κάθε bit ή byte έχει ειδική σημασία και η διαχείρηση του γίνεται με βάση κανόνες που ορίζονται στο ίδιο το αρχείο. 4

Διαχείριση Αρχείων 4 Το Σύστημα Αρχείων (file system) είναι το τμήμα εκείνο του Λ/Σ που αναλαμβάνει να οργανώσει και να διαχειριστεί τα δεδομένα των αρχείων, δίνοντας τη δυνατότητα στους χρήστες να: Αναφέρονται στα αρχεία με κάποιο συμβολικό όνομα. Τα ομαδοποιούν σε μια λογική δομή ανάλογα με τη φύση των δεδομένων που περιέχουν και τη χρησιμότητά τους. Τέτοιες ομαδοποιήσεις αρχείων ονομάζονται κατάλογοι (directories). Εκτελούν διάφορες σύνθετες λειτουργίες σε ένα ολόκληρο αρχείο. Χρησιμοποιούν τα δεδομένα των αρχείων χωρίς να ενδιαφέρονται που ακριβώς βρίσκονται αυτά στη δευτερεύουσα μνήμη. 5

Διαχείριση Αρχείων 5 Για να αναφερθεί ο χρήστης ή μια διεργασία σε ένα αρχείο και να μπορεί να χρησιμοποιήσει τα δεδομένα που περιέχονται σε αυτό, δίνεται στο αρχείο ένα όνομα (όνομα αρχείου - file name). Με τη βοήθεια του ονόματος αυτού μπορεί ο χρήστης να δώσει εντολές προς το Λ/Σ ζητώνταςπ.χ. την αποστολή των δεδομένων του αρχείου στον εκτυπωτή. Tο όνομα αρχείου αποτελείται από μια ακολουθία χαρακτήρων, η οποία ανάλογα με το συγκεκριμένο Λ/Σ μπορείναπεριέχειγράμματα, αριθμητικά ψηφία και ειδικά σύμβολα όπως «_», «.», «!». Κάθε Λ/Σ έχει το δικό του σύνολο κανόνων για το μέγιστο μήκος του ονόματος ενός αρχείου, τα ειδικά σύμβολα που επιτρέπεται ή όχι να περιέχει, το αν τα κεφαλαία και τα πεζά γράμματα είναι ισοδύναμα κλπ. 6

Διαχείριση Αρχείων 6 Συνήθως το όνομα του αρχείου είναι μια μικρή «περιγραφή» των δεδομένων τα οποία περιέχει. Π.χ. το αρχείο με όνομα «letter» κατά πάσα πιθανότητα περιέχει το κείμενο κάποιας επιστολής. Μια σύμβαση, που χρησιμοποιείται από αρκετά προγράμματα και Λ/Σ έτσι ώστε να δίνει το όνομα πιο πολλές πληροφορίες για τα περιεχόμενα του αρχείου είναι αυτή της προέκτασης ονόματος -file name extension. Η προέκταση είναι το τελευταίο τμήμα του ονόματος του αρχείου, που χωρίζεται από το υπόλοιπο όνομα με μια τελεία. Η προέκταση μπορεί να έχει περιορισμένο μήκος ή όχι, και περιέχει ένα συνδυασμό γραμμάτων ή μια λέξη που δηλώνει τον τύπο δεδομένων του αρχείου. 7

Διαχείριση Αρχείων 7 ΣυχνάταΛ/Σπροκαθορίζουν ορισμένες προεκτάσεις αρχείων οι οποίες έχουν ειδική σημασία, όπως προεκτάσεις για τα προγράμματα που μπορούν να εκτελεστούν, δηλαδή τα εκτελέσιμα (executable) αρχεία. Επίσης καθορίζουν και διάφορους άλλους τύπους αρχείων. Ένα αρχείο που έχει την προέκταση «txt», π.χ. το letter.txt κατά πάσα πιθανότητα περιέχει το κείμενο (text) μιας επιστολής. Η προέκταση αυτή ερμηνεύεται από το χρήστη, όμως υπάρχουν άλλες που ερμηνεύονται από προγράμματα ή το ίδιο το Λ/Σ. Ένα αρχείο με προέκταση «lib» μπορεί να περιέχει κάποια βιβλιοθήκη προγραμμάτων που καλεί το Λ/Σ, και ένα άλλο με προέκταση «c» μπορεί να αναγνωρίζεται από ένα μεταφραστή της γλώσσας προγραμματισμού C ως ένα πρόγραμμα γραμμένο σε C. 8

Διαχείριση Αρχείων 8.exe Εκτελέσιμο αρχείο.txt Αρχείο κειμένου.bat Εκτελέσιμο αρχείο εντολών του φλοιού.bmp Αρχείο χαρτογραφικής εικόνας.htm Αρχείο με κείμενο HTML (Internet).hlp Αρχείο με δεδομένα βοήθειας.doc Αρχείο της εφαρμογής Microsoft Word.xls Αρχείο της εφαρμογής Microsoft Excel.c Αρχείο πηγαίου κώδικα C.pas Αρχείο πηγαίου κώδικα Pascal.for Αρχείο πηγαίου κώδικα Fortran.bas Αρχείο πηγαίου κώδικα Basic.obj Μεταγλωττισμένος κώδικας.lib Βιβλιοθήκη μεταγλωττισμένου κώδικα.dll Δυναμική βιβλιοθήκη Συνήθεις προεκτάσεις αρχείων Σε μερικά συστήματα (π.χ. Unix) είναι απλές συμβάσεις: Δεν υπάρχουν περιορισμοί από το λειτουργικό σύστημα, ενώ σε άλλα (π.χ. Windows) το λειτουργικό χειρίζεται με συγκεκριμένο τρόπο τα αρχεία ανάλογα με την προέκταση τους 9

Διαχείριση Αρχείων 9 Τύποι Τα αρχεία, δυαδικά ή κειμένου, περιέχουν ένα συγκεκριμένο τύπο πληροφορίας. Το είδος της πληροφορίας που περιέχει το αρχείο ή το έγγραφο λέγεται τύπος αρχείου (file type). Για παράδειγμα, ένα αρχείο μπορεί να περιέχει ένα πρόγραμμα Java, μία εικόνα σε μορφή JPEG, ή ένα τραγούδι σε μορφή MP3 Τα περισσότερα λειτουργικά συστήματα αναγνωρίζουν τους πιο δημοφιλείς τύπους αρχείων. Η προέκταση του αρχείου λειτουργεί, συνήθως, ως οδηγός ως προς τον τύπο του αρχείου και κατά συνέπεια ως προς το ποια προγράμματα χρειάζονται για να διαβάσουμε τα περιεχόμενα του. Πολλά λειτουργικά συστήματα διακρίνουν ειδικούς τύπους αρχείων: κανονικά αρχεία (regular files) ειδικά αρχεία τμημάτων (block special files) ειδικά αρχεία χαρακτήρων (character special files) κατάλογοι (character special files) ψευδοαρχεία (pseudo files) 10

Διαχείριση Αρχείων 10 Δομή Το λειτουργικό σύστημα μπορεί ακόμα να υποστηρίζει ορισμένη δομή αρχείων: Αδόμητα αρχεία (Unix, Windows-NT, MS-DOS) Ακολουθίες εγγραφών (CP/M, Concurrent - Interdata - Perkin Elmer OS/32) Αρχεία με κλειδί (Perkin Elmer OS/32) Σε λειτουργικά συστήματα με αδόμητα αρχεία το περιεχόμενο των αρχείων ορίζεται με σύμβαση. Διακρίνονται αρχεία κειμένου (ASCII) καθώς και δυαδικά αρχεία. Το περιεχόμενο των δυαδικών αρχείων προσδιορίζεται συνήθως από το επίθεμά τους ή/και τη χρήση ενός μαγικού αριθμού (magic number). 11

Διαχείριση Αρχείων 11 Προσπέλαση στα Αρχεία Σειριακή Προσπέλαση (sequential access). Στα συστήματα αυτά, μια διεργασία μπορούσε να διαβάσει όλα τα bytes ή τις εγγραφές ενός αρχείου στη σειρά, ξεκινώντας από την αρχή, αλλά δεν μπορούσε να παραλείπει μερικά ή να τα διαβάζει εκτός σειράς. Στα σειριακά αρχεία μπορούμε να επανέλθουμε στην αρχή και έτσι μπορούν να διαβαστούν όσο συχνά απαιτείται. Τα σειριακά αρχεία είναι βολικά όταν το μέσο αποθήκευσης είναι η μαγνητική ταινία και όχι ο δίσκος Αρχεία Τυχαίας Προσπέλασης (random access files) Καλούνται τα αρχεία των οποίων τα bytes και οι εγγραφές μπορούν να αναγνωσθούν με οποιαδήποτε σειρά. Όταν εμφανίσθηκαν οι δίσκοι για αποθήκευση αρχείων, τα bytes και οι εγγραφές ενός αρχείου μπορούσαν να διαβάζονται χωρίς συγκεκριμένη σειρά, ή να προσπελαύνονται εγγραφές βάσει του κλειδιού τους και όχι βάσει της θέσης τους. 12

Διαχείριση Αρχείων 12 Λειτουργίες Αρχείων Το τμήμα του Λ/Σ που ασχολείται με το σύστημα αρχείων δίνει τη δυνατότητα στους χρήστες να εκτελέσουν διάφορες λειτουργίες στα αρχεία με δυο τρόπους: Με κλήσεις ρουτινών συστήματος, οι οποίες γίνονται μέσα από τα προγράμματα του χρήστη. Με εντολές του Λ/Σ, οι οποίες εισάγονται απευθείας από το xρήστη προς το Λ/Σ. Οι εντολές αυτές συνήθως εκτελούν προγράμματα που χρησιμοποιούν κλήσεις συστήματος. 13

Διαχείριση Αρχείων 13 Δημιουργία ενός νέου αρχείου. Αυτό αρχικά δεν περιέχει δεδομένα, δηλαδήτομέγεθόςτουείναι0. Το νέο αρχείο, μετά τη δημιουργία του είναι «ανοικτό» και διαθέσιμο στη διεργασία που το δημιούργησε για να προσθέσει δεδομένα ξεκινώντας από την αρχή του. Διαγραφή ενός αρχείου από τη δευτερεύουσα μνήμη. Ανάλογα με το Λ/Σ, τα περιεχόμενα του αρχείου μπορεί να χάνονται αυτομάτως ή να υπάρχει μια πιθανότητα να ανακτηθούν με ειδικά προγράμματα. Άνοιγμα ενός αρχείου από μια διεργασία, ώστε αυτή να έχει πρόσβαση στα περιεχόμενά του. Υπάρχουν διάφοροι τρόποι ανοίγματος ενός αρχείου: για ανάγνωση μόνο, για ανάγνωση και εγγραφή, κλπ. Ένα αρχείο μπορεί να ανοιχθεί ως μοιραζόμενο. Στην περίπτωση αυτή πολλές διεργασίες μπορούν να έχουν συγχρόνως το ίδιο αρχείο ανοικτό, να διαβάζουν ή να γράφουν σε αυτό. 14

Διαχείριση Αρχείων 14 Κλείσιμο ενός αρχείου που είχε ανοιχθεί νωρίτερα από μια διεργασία. Η διεργασία δεν έχει πλέον πρόσβαση στα περιεχόμενα του αρχείου, και όποιες αλλαγές είχαν γίνει σ' αυτό και δεν είχαν οριστικοποιηθεί τώρα μπορούν να αποθηκευτούν μόνιμα. Ανάγνωση δεδομένων από ένα ανοικτό αρχείο. Η ανάγνωση γίνεται στο τρέχον σημείο του αρχείου. Κατόπιν το τρέχον σημείο μετακινείται αυτόματα στα αμέσως επόμενα δεδομένα από αυτά που διαβάστηκαν. Εγγραφή δεδομένων σε ένα ανοικτό αρχείο, στο τρέχον σημείο του. Μετά από την εγγραφή το τρέχον σημείο προωθείται αμέσως μετά από τα δεδομένα που γράφτηκαν εκεί θα γίνει η επόμενη εγγραφή. Αν στο σημείο όπου έγινε η εγγραφή υπήρχαν δεδομένα, τότε αυτά χάνονται. Αν δεν υπήρχαν δεδομένα (π.χ. στο τέλος του αρχείου - η διαδικασία αυτή ονομάζεται προσάρτηση (append)), τότε χρησιμοποιείται νέος χώρος στη δευτερεύουσα μνήμη για να καταγραφούν οι νέες πληροφορίες 15

Διαχείριση Αρχείων Κατάλογοι 15 Δημιουργία ενός νέου καταλόγου, ο οποίος περιέχεται σε ένα άλλο κατάλογο. Κατά τη δημιουργία του συστήματος αρχείων, ο κατάλογος-ρίζα προϋπάρχει, οπότε αρχίζουν και δημιουργούνται κατάλογοι μέσα σε αυτόν. Διαγραφή ενός καταλόγου γιαναμπορείναδιαγραφείέναςκατάλογοςπρέπεινα είναι κενός, να μην περιέχει δηλαδή αρχεία ή άλλους καταλόγους. Ο κατάλογοςρίζα δεν μπορεί να διαγραφεί. Ανάγνωση των περιεχομένων ενός καταλόγου, δηλαδή απαρίθμηση των αρχείων και των υποκαταλόγων που αυτός περιέχει. Εγγραφή των περιεχομένων ενός καταλόγου η λειτουργία αυτή γίνεται μόνο έμμεσα, όταν δημιουργείται ένα νέο αρχείο ή υποκατάλογος μέσα στον κατάλογο, όταν διαγράφεται ένα αρχείο ή υποκατάλογος ή όταν μετονομάζεται κάποιο από τα περιεχόμενα του καταλόγου. Μετονομασία του καταλόγου το νέο όνομα δεν πρέπει να υπάρχει ήδη στον κατάλογο-πατέρα. Φυσικά, το όνομα του καταλόγου-ρίζα δεν μπορεί να αλλάξει. 16

Διαχείριση Αρχείων 16 Στα περισσότερα λειτουργικά συστήματα κάθε αρχείο συσχετίζεται με πρόσθετες πληροφορίες, που καλούνται ιδιοχαρακτηριστικά του αρχείου (file attributes). Αυτές μπορεί να είναι: Περιγραφή της προστασίας του αρχείου (ανάγνωση, μεταβολή) Περιγραφή της προστασίας του αρχείου (ανάγνωση, μεταβολή) Ταυτότητα του δημιουργού και του ιδιοκτήτη Τρόποι προσπέλασης (σειριακή, τυχαία) Ένδειξη τροποποίησης Ένδειξη κρυφού αρχείου Ένδειξη προσωρινού αρχείου Ένδειξη εφεδρείας Μήκος εγγραφής Στοιχεία του κλειδιού Ημερομηνία και ώρα δημιουργίας Ημερομηνία και ώρα τελευταίας προσπέλασης Ημερομηνία και ώρα τελευταίας μεταβολής Ημερομηνία και ώρα τελευταίας μεταβολής των ιδιοχαρακτηριστικών Τρέχον μέγεθος Μέγιστο μέγεθος 17

Διαχείριση Αρχείων 17 Για την οργάνωση των αρχείων πολλά λειτουργικά συστήματα υλοποιούν ιεραρχική δομή καταλόγων (tree directory structure). Η πρόσβαση σε ένα αρχείο μπορεί να γίνει είτε με απόλυτο όνομα διαδρομής (absolute file path) ή με σχετικό όνομα διαδρομής (relative file path) ως προς τον τρέχοντα κατάλογο (current directory). Ιεραρχικά συστήματα Καταλόγων 18

Σύστημα αρχείων Διατήρηση πληροφορίας για τις ελεύθερες και δεσμευμένες περιοχές των δίσκων Χρήση καταλόγων για τις θέσεις των αρχείων πάνω στο δίσκο. Μονοπάτια. Δενδροειδής δομή στην καταχώριση των αρχείων Χαρακτηριστικά αρχείων (κρυμμένο, συστήματος, readonly) 19