操作系統(tǒng)論文

1、操作系統(tǒng)文件管理和設備管理The file of operating system is managed with equipment management 一 摘要(Make a summary)操作系統(tǒng)的文件管理和設備管理是操作系統(tǒng)的兩大功能和難題，該論文的目的主要是為了探討一下操作系統(tǒng)中的文件管理和設備管理的面臨的問題和相關(guān)的解決思路和方法。FAN由下列六個核心組件構(gòu)成：存儲設備、文件服務設備/接口、命名空間、文件管理和控制服務、客戶端、連接。提供FAN解決方案的廠商：Brocade、微軟、EMC、其它像HP、NetApp等公司都提出自身特色的FAN解決方案，前景可觀。設備管理與文件管理

2、的合作關(guān)系即：文件管理實現(xiàn)文件存取前的準備工作，而文件的物理存取由設備管理實現(xiàn). Linux系統(tǒng)采用設備文件統(tǒng)一管理硬件設備，從而將硬件設備的特性及管理細節(jié)對用戶隱藏起來，實現(xiàn)用戶程序與設備無關(guān)性。在構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)核時，可以使用配置腳本將設備驅(qū)動程序包含在系統(tǒng)內(nèi)核中。The file of operating system is managed with equipment management is the two great merits of operating system can with baffling problem, the purpose of this paper major

3、 is for discuss the file in operating system related solution and the problem of management and equipment management that is faced with train of thought and method. FAN is formed by 6 following key assemblies: Stock equipment , file service equipment /interface , name space and file management and c

4、ontrol service, customer end and connection. Offer FAN the manufacturer of solving schema: Brocade Microsoft and EMC , the other companies such as HP and NetApp put forward the FAN solving schema of self characteristic , prospect considerable. Equipment is managed with file the cooperative relation

5、of management: File management realization the preparation work before file access, and the physical access of file is realized by equipment management. Linux system adopt equipment file unified management hardware equipment, so, hide management details and the property of hardware equipment for use

6、r , realize user program and equipment to be unconcerned sex. When founding systematic kernel can use disposition script will equipment driver.關(guān)鍵字： 文件管理：File is managed 設備管理 Equipment is managed二 操作系統(tǒng)的文件管理功能(Operating system file management function)文件是一個在邏輯上具有完整意義的一組相關(guān)信息的有序集合，計算機系統(tǒng)中的信息，如系統(tǒng)程序、標準子程序、

7、應用程序和各種類型的數(shù)據(jù)，通常都以文件的形式保存在外存中。操作系統(tǒng)中與管理文件有關(guān)的軟件和數(shù)據(jù)稱為文件系統(tǒng)。文件系統(tǒng)作為一個統(tǒng)一的信息管理機制，應具有下述功能：（1） 統(tǒng)一管理文件存儲空間（即外存），實施存儲空間的分配與回收。即在用戶創(chuàng)建新文件時為其分配空閑區(qū)，而在用戶刪除或修改某個文件時，回收和調(diào)整存儲區(qū)。（2） 確定文件信息的存放位置及存放形式。（3） 實現(xiàn)文件從名字空間到外存地址空間的映射，實現(xiàn)文件的按名存取。即文件有一個用戶可見的邏輯結(jié)構(gòu)，用戶按照文件邏輯結(jié)構(gòu)所給定的方式進行信息的存取和加工，并且這種邏輯結(jié)構(gòu)是獨立于物理存儲設備的，從而使用戶不必了解文件存放的物理結(jié)構(gòu)和查找方法等與存取

8、介質(zhì)有關(guān)的部分，只需給定一個代表某一文件的文件名，文件系統(tǒng)就會自動地完成對與給定文件名相對應文件的有關(guān)操作。（4） 有效實現(xiàn)對文件的各種控制操作（如建立、撤銷、打開、關(guān)閉文件等）和存取操作（如讀、寫、修改、復制、轉(zhuǎn)儲等）。（5） 實現(xiàn)文件信息的共享，并且提供可靠的文件保密和保護措施。1.文件管理的難題所在(File the place of baffling problem of management)有統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在當今的企業(yè)環(huán)境中，有60%80%的數(shù)據(jù)是非結(jié)構(gòu)化的，比如圖片、文件等。這些數(shù)據(jù)的量雖然龐大，但大多分散于企業(yè)的數(shù)據(jù)中心以外，比如存儲在PC機、筆記本電腦中，企業(yè)平時很少留心，也

9、疏于管理。 許多企業(yè)現(xiàn)有的存儲架構(gòu)和應用方案多是針對數(shù)據(jù)庫這樣的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)設計的，并不適合文件的存儲與管理。在文件的管理工作量不大的情況下，使用NAS或是普通的文件管理工具，似乎也可以很好地解決文件管理中遇到的問題。但是，我們必須注意到這樣一種趨勢：用戶的文件正以平均每年30%的速度增長；大量法律法規(guī)的出現(xiàn)增加了文件的存儲量；大量數(shù)據(jù)散落在分支機構(gòu)，增加了文件的管理難度；不斷購買的存儲設備導致各個文件服務器和NAS成為孤島；缺乏針對文件系統(tǒng)的高可靠方案以及快速恢復解決方案。 上述難題從客觀上催生了FAN這一新興應用。FAN全稱File Area Network，文件區(qū)域網(wǎng)絡是一種系統(tǒng)方法，通過

10、有效地整合多種文件技術(shù)，為用戶提供一個可擴展的、靈活的、智能的文件信息共享平臺2.FAN由下列六個核心組件構(gòu)成(FAN is formed by 6 following key assemblies)存儲設備：部署FAN的最基本條件是存儲的基礎設施，可以是SAN或NAS環(huán)境。唯一的先決條件是FAN必須利用聯(lián)網(wǎng)的存儲環(huán)境，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)和資源的共享。 文件服務設備/接口：可以是直接集成在存儲基礎設施上的一部分（如NAS），或作為網(wǎng)關(guān)接口（如SAN），所有FAN的設備必須具有標準協(xié)議（如CIFS或NFS）進行文件級操作。命名空間：所有FAN都建立在現(xiàn)有文件系統(tǒng)的基礎上，為授權(quán)用戶組織、展示和存儲文件

11、內(nèi)容。這種功能被稱為文件系統(tǒng)的“命名空間”，是整個FAN的核心概念，在FAN中可以存在多種命名空間。文件管理和控制服務：該服務與命名空間進行互操作，為企業(yè)創(chuàng)造更多價值。從部署方面看，這些服務可以直接與文件系統(tǒng)集成，或集成在聯(lián)網(wǎng)設備中，也可以是單獨的服務。文件管理和控制服務包括文件虛擬化、分類、復制和廣域文件服務?？蛻舳耍核械腇AN都具有可以訪問由文件系統(tǒng)創(chuàng)建的命名空間的終端客戶機。這些客戶端可以位于任何平臺或計算設備上。連接：FAN具有多種連接終端客戶端和命名空間的方法，通常是通過標準LAN進行連接，但是也可以同時或交替地利用任何廣域網(wǎng)技術(shù)。目前，文件管理的新技術(shù)主要包括廣域文件服務（WAF

12、S）、WAN優(yōu)化和應用加速、分布式和集群文件系統(tǒng)、網(wǎng)絡文件管理（NFM）/文件虛擬化、文件/文檔管理軟件、文件分類軟件，以及文件數(shù)據(jù)的存放/移動控制。FAN是一個可擴展的靈活的智能平臺，用來幫助企業(yè)更加有效地處理文件信息。 3文件管理三大法寶(File 3 management big a magic weapons)要想解決文件管理中的諸多難題，必須從以下三方面入手：文件虛擬化引擎、可管理的分支機構(gòu)以及權(quán)限管理。 近年來，Brocade公司在產(chǎn)品戰(zhàn)略上實現(xiàn)了重要轉(zhuǎn)移，將其產(chǎn)品從數(shù)據(jù)塊級SAN光纖交換機，擴展到文件級管理解決方案，并通過收購提供命名空間創(chuàng)建和文件服務解決方案的NuView軟件公

13、司，以及與Packeteer-Tacit達成合作伙伴關(guān)系，Brocade的業(yè)務由原來的核心SAN交換機領域擴展為SAN交換機和FAN解決方案兩大業(yè)務并駕齊驅(qū)。 為了解決文件資源的集中管理問題，Brocade推出了Tapestry產(chǎn)品家族，其產(chǎn)品主要包括StorageX(文件集中管理平臺)、WAFS(異地文件集中和廣域網(wǎng)文件加速設備)以及MyView(文件訪問權(quán)限索引平臺)等。 Brocade Tapestry StorageX是一個文件資源虛擬管理解決方案。它是一個集成應用程序套件，用于從邏輯上整合異構(gòu)環(huán)境中分散的文件數(shù)據(jù)，為管理員提供自動數(shù)據(jù)管理方案。Tapestry StorageX的基礎

14、是全域命名空間功能，可以將多個文件系統(tǒng)虛擬化到單一的邏輯文件系統(tǒng)中，統(tǒng)一地虛擬化企業(yè)所存儲的異構(gòu)文件數(shù)據(jù)。用戶無需知道分散文件的位置情況，就可以直觀地訪問這些文件，就像我們訪問Web站點而不知道IP地址一樣。 Brocade Tapestry WAFS是Tapestry家族中最早推出的產(chǎn)品之一，可以幫助用戶以安全、可靠的方式整合全局存儲資源，簡化遠程分支機構(gòu)的IT服務，優(yōu)化廣域網(wǎng)文件傳輸，進而達到降低運營成本和提高管理效率的目的。 Brocade Tapestry MyView是一個全域資源訪問管理解決方案，可以全面滿足企業(yè)內(nèi)部Windows文件資源的個性化安全訪問需求。MyView可以動態(tài)地

15、為企業(yè)中的每個用戶建立個性化命名空間，簡化數(shù)據(jù)訪問過程，進一步增強了安全性。MyView并不提供訪問授權(quán)，而是提供一個集中化的視圖，生成授權(quán)與資源訪問報告，讓管理員可以直觀地看到每個文件的訪問權(quán)限。 三 操作系統(tǒng)的設備管理功能(The equipment management function of operating system)在計算機的運行過程中，系統(tǒng)設備是必不可少的，它把硬件和其驅(qū)動程序緊密地聯(lián)系起來，能夠保證系統(tǒng)正常高效地工作。系統(tǒng)設備中存放著硬件和設備的信息，用戶可以使用“硬件向?qū)А卑惭b、卸載新硬件或配置硬件文件。在設備管理器中會顯示計算機上安裝的設備并允許更改設備屬性，用戶還可

16、以為不同的硬件配置創(chuàng)建硬件配置文件Linux操作系統(tǒng)設備特性及設備管理分析設備管理是操作系統(tǒng)五大管理中最復雜的部分。與Unix系統(tǒng)一樣，Linux系統(tǒng)采用設備文件統(tǒng)一管理硬件設備，從而將硬件設備的特性及管理細節(jié)對用戶隱藏起來，實現(xiàn)用戶程序與設備無關(guān)性。在Linux系統(tǒng)中，硬件設備分為兩種，即塊設備和字符設備。 1.特別文件(Special file)用戶是通過文件系統(tǒng)與設備接口的，所有設備都作為特別文件，從而在管理上就具有一些共性。 (1)每個設備都對應文件系統(tǒng)中的一個索引節(jié)點，都有一個文件名。設備的文件名一般由兩部分構(gòu)成，第一部分是主設備號，第二部分是次設備號。 主設備號代表設備的類型，可以

17、惟一地確定設備的驅(qū)動程序和界面，如hd表示IDE硬盤，sd表示SCSI硬盤，tty表示終端設備等；次設備號代表同類設備中的序號，如hda表示IDE主硬盤，hdb表示IDE從硬盤等。 （2）應用程序通?？梢酝ㄟ^系統(tǒng)調(diào)用open( )打開設備文件，建立起與目標設備的連接。 （3）對設備的使用類似于對文件的存取。打開設備文件以后，就可以通過read( )、write( )、ioctl( )等文件操作對目標設備進行操作。 （4）設備驅(qū)動程序都是系統(tǒng)內(nèi)核的一部分，它們必須為系統(tǒng)內(nèi)核或它們的子系統(tǒng)提供一個標準的接口。例如，一個終端驅(qū)動程序必須為Linux內(nèi)核提供一個文件I/O接口；一個SCSI設備驅(qū)動程序

18、應該為SCSI子系統(tǒng)提供一個SCSI設備接口，同時SCSI子系統(tǒng)也應為內(nèi)核提供文件I/O和緩沖。（5）設備驅(qū)動程序利用一些標準的內(nèi)核服務，如內(nèi)存分配等。另外，大多數(shù)Linux設備驅(qū)動程序都可以在需要時裝入內(nèi)核，不需要時可以卸載下來。 處于應用層的進程通過文件描述字fd與已打開文件的file結(jié)構(gòu)相聯(lián)系。在文件系統(tǒng)層，按照文件系統(tǒng)的操作規(guī)則對該文件進行相應處理。 對于一般文件(即磁盤文件)，要進行空間的映射從普通文件的邏輯空間映射到設備的邏輯空間，然后在設備驅(qū)動層做進一步映射從設備的邏輯空間映射到物理空間(即設備的物理地址空間)，進而驅(qū)動底層物理設備工作。 對于設備文件，則文件的邏輯空間通常就等價

19、于設備的邏輯空間，然后從設備的邏輯空間映射到設備的物理空間，再驅(qū)動底層的物理設備工作。2.設備驅(qū)動程序和內(nèi)核之間的接口(The interface between equipment driver and kernel)Linux系統(tǒng)和設備驅(qū)動程序之間使用標準的交互接口。無論是字符設備、塊設備還是網(wǎng)絡設備的驅(qū)動程序，當內(nèi)核請求它們提供服務時，都使用同樣的接口。 Linux提供了一種全新的機制，就是“可安裝模塊”?？砂惭b模塊是可以在系統(tǒng)運行時動態(tài)地安裝和拆卸的內(nèi)核模塊。利用這個機制，可以根據(jù)需要在不必對內(nèi)核重新編譯連接的條件下，將可安裝模塊動態(tài)插入運行中的內(nèi)核，成為其中一個有機組成部分，或者從內(nèi)

20、核卸載已安裝的模塊。設備驅(qū)動程序或與設備驅(qū)動緊密相關(guān)的部分(如文件系統(tǒng)) 都是利用可安裝模塊實現(xiàn)的。 在應用程序界面上，利用內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)可安裝模塊的動態(tài)安裝和拆卸。但通常情況下，用戶是利用系統(tǒng)提供的插入模塊工具和移走模塊工具來裝卸可安裝模塊。插入模塊的工作主要如下： (1) 打開要安裝的模塊，把它讀到用戶空間。這種“模塊”就是經(jīng)過編譯但尚未連接的.o文件。 (2) 必須把模塊內(nèi)涉及對外訪問的符號(函數(shù)名或變量名)連接到內(nèi)核，即把這些符號在內(nèi)核映象中的地址填入該模塊需要訪問這些符號的指令及數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。 (3) 在內(nèi)核創(chuàng)建一個module數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，并申請所需的系統(tǒng)空間。 (4) 最后，

21、把用戶空間中完成了連接的模塊映像裝入內(nèi)核空間，并在內(nèi)核中“登記”本模塊的有關(guān)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(如file_operations結(jié)構(gòu))，其中有指向執(zhí)行相關(guān)操作函數(shù)的指針。 如前所述，Linux系統(tǒng)是一個動態(tài)的操作系統(tǒng)。用戶根據(jù)工作中的需要，會對系統(tǒng)中設備重新配置，如安裝新的打印機、卸載老式終端等。這樣，每當Linux系統(tǒng)內(nèi)核初啟時，它都要對硬件配置進行檢測，很有可能會檢測到不同的物理設備，就需要不同的驅(qū)動程序。 在構(gòu)建系統(tǒng)內(nèi)核時，可以使用配置腳本將設備驅(qū)動程序包含在系統(tǒng)內(nèi)核中。在系統(tǒng)啟動時對這些驅(qū)動程序初始化，它們可能未找到所控制的設備，而另外的設備驅(qū)動程序可以在需要時作為內(nèi)核模塊裝入到系統(tǒng)內(nèi)核中。 為了適應設備驅(qū)動程序動態(tài)連接的特性，設備驅(qū)動程序在其初始化時就在系統(tǒng)內(nèi)核中進行登記。Linux系統(tǒng)利用設備驅(qū)動程序的登記表作為內(nèi)核與驅(qū)動程序接口的一部分，這些表中包括指向有關(guān)處理程序的指針和其它信息。在應用程序界面上，利用內(nèi)核提供的系統(tǒng)調(diào)用來實現(xiàn)可安裝模塊的動態(tài)安裝和拆卸。但通常情況下，用戶是利用系統(tǒng)提供的插入模塊工具和移走模塊工具來裝卸可安裝模塊。3插入模塊的工作主要如下(The work of inserting into modula