３ ファイルシステム

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ファイルの概念

ファイルとは？ 情報を格納する論理的単位

プログラム： ソースプログラム，オブジェクト形式，実行形式 データ

ファイルの定義 OSが規定する． OSによって異なる． （例） UNIX: バイト列（単純）

ファイルの型 ファイルの型は作成者によって定義される． 型の例

プログラム：ソース（原始），オブジェクト，実行形式 その他： テキスト

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ファイルへのサポート ーOSがどこまでサポート（支援）すべきか？（１／２）ー

１）細かく支援する． 利点

サポートされた型については，ユーザにとって便利 （例） ソースプログラムを修正して実行する場合 実行形式プログラムを実行させるだけでよい．

– OSが，対応するソースプログラムを見つけて，コンパイル，リンクを自動的に行う．

欠点 OSがサポートしていない型については，ユーザが不便 （例） OSがサポートする型： テキストファイル，実行形式 ユーザ： テキストファイルを暗号化したファイルを作る． （暗号ファイル： ランダムなビット列） ↓

適当な型がない．

3

ファイルへのサポート ーOSがどこまでサポート（支援）すべきか？（２／２）ー

２）大まかに支援する．

利点

融通性がある．（型の定義がユーザレベルでできる．）

欠点

面倒くさい

定義するプログラムを書かなければならない．

4

テープを基盤としたシステム

準備中

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図３．１ ファイルシステムにおけるファイルの大きさ（準備中）

ディスクを基盤としたシステム

構造 トラックは，複数のセクタからなる．

セクタ： ハードウェアの読み書きの最小単位

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トラック

シリンダ

読書きヘッド

セクタ

腕（アーム）

回転

図３．２ 移動ヘッドディスク機構

例 セクタ：３２B～４KB トラック：４～３２セクタ 面：７５～５００トラック

セクタへのアクセス

３つの要素で規定 （トラック（シリンダ），面，セクタ）

OSの管理単位

ディスクブロック （トラック（シリンダ），面，セクタ）を１次元管理

ブロック番号の付け方（右図）

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②

ディスク装置の利点 １）ブロック単位での再書込み可能 ２）ヘッドの移動が（テープよりも）速い．

①

③

ブロック化

情報の管理単位

ハードウェア （物理）ブロック，物理レコード（＝セクタ）

ソフトウェア（OS） 論理レコード： ファイルを構成する最小単位

大きさ

通常，物理ブロック≧論理レコード

１つの論理レコード → １つの物理ブロックに格納

パック（pack），アンパック（unpack）

パッキング： 複数の論理レコードを１つにまとめる（物理ブロックの大きさに）

アンパッキング： 上記と逆

メモリ → ディスクへの格納：パッキング

ディスク → メモリへのロード： アンパッキング

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ファイルの支援機能（１／２） ファイルの操作

生成

書き出し

読み込み

巻き戻し

削除

上記の操作は，システムコール

OSは，何をやらなければならないか？

生成

ディスクの中に生成のための領域を確保

ファイル情報を追加（ディレクトリへ）

書き出し

システムコールを用いる． 引数：ファイル名，書き出す内容

OSは，下記を行う． ファイル名から，そのファイルが実際にどこにあるかを調べる（ディレクトリを用いる）

ファイルの終端ポインタの変更

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ファイルの支援機能（２／２） 読み込み

システムコールの引数：ファイル名，読出し先（メモリ上）

ポインタ移動

読込み用ポインタ，書き出し用ポインタ

↓

１つのポインタで代用（current file position pointer ： 現在ファイル位置）

巻き戻し

ポインタをファイルの先頭へ移動

削除

ファイル領域の解放

ディレクトリ項目（エントリ）の解放

操作の分類

以下の２種類を分離

１）操作開始，終了（今からファイルを使用／終了）

２）実際の操作（読書き，巻き戻し）

ファイルのオープン（ファイルを開く）

今からファイルを使用ディレクトリエントリのキャッシング

ファイルのクローズ（ファイルを閉じる）

ファイル使用の終了

オープン，クローズを明示的に行わないOSもある．

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装置ディレクトリ

情報の種類（OSによって異なる）

ファイル名

ファイルの型

ファイルの物理的位置

大きさ

現在の参照位置

保護： 読み込み，書き出し，実行

現在使用しているプロセス数

時刻，日付，プロセス識別子：聖性，最新の更新，

最新の使用

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割当技法

ディスクの空き領域をどのように管理するか？（空き

領域管理）

ファイルをどのようにディスクへ格納するか？

割当て技法の種類

連続(continuous)割当て

鎖状(linked)割当て

索引付き(indexed)割当て

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空き領域管理（１／２）

空き領域リスト（空き領域を集めたrスト）で管理

実現方法

１）ビットマップで管理

１ビットを１ブロックの空き／使用情報に使う．

例

ディスク：８ブロックで構成

０：空き，１：使用中

例：

ブロック１，２，５，６，７：使用中

ブロック０，３，４：空き

とすると，ビットマップは，下記となる．

ビットマップ：０１１００１１１

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空き領域管理（２／２）

２）リンクされたリストで管理

問題点

空きブロック検索に時

間がかかる．

修正版

複数の空きブロック情

報を１ブロックに格納

３）空きブロックの先頭と連

続空きブロック数を格納

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図３．８ ディスク上の連結された空き領域リスト

空き領域リストの先頭位置

割当て技法（１／６）：連続割当て

１）連続割当

１つのファイルを連続した領域に割当てる．

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図３．９ 連続割当て

ファイル 開始位置 長さ

count 0 2

Tr 5 3

Mail 12 4

count

Tr

Mail

ディレクトリ

割当て技法（２／６）：連続割当て

問題点

どのようにして空き領域を見つけるか？

十分な空き領域（ホール，hole）が複数あったときに，どれにファイルを格納するか？

空き領域への割当て方策

１）First-fit（初適合割当て）

最初に見つけた十分な空き領域を選ぶ．

２）Best-fit（最適適合割当て）

必要最小限の大きさの空き領域を選ぶ．

３）Worst-fit（最悪適合割当て）

最大の空き領域を選ぶ．

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割当て技法（３／６）：連続割当て

詰め直し（compaction）

外部断片化（external fragmentation）への対処

散在している小さなホールを集めて大きな

ホールを作り直す．

連続割当の問題点

ファイルの大きさに関する柔軟性に欠ける．

ファイルが大きくなった時，どうするか？

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割当て技法（４／６）：鎖状割当て ２）鎖状割当て（linked allocation）

ファイルを固定長に分割してブロック単位に格納，ブロックをリンクする．

利点

外部断片化が生じない．

ファイルの大きさに柔軟に対処できる（詰め直し不要）

欠点

アクセスに時間がかかる（ポインタをたどる必要あり），障害に弱い（ポインタの消滅）．

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図３．１０ ディスク上の鎖状割当て

ファイル 始点 終点

Jeep 11 16

ディレクトリ

割当て技法（５／６）：索引付き割当て ３）索引付き割当て

ポインタを一か所に集める．

ポインタが分散化する問題を解決

問題点

１つのファイルに１つの索引ブロック

索引ブロックを浪費する可能性あり（小さなファイルに対して）

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図３．１１ ディスク領域の索引付き割当て

ファイル 索引ブロック

Jeep 19

ディレクトリ

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1 14 16 -1

-1

割当て技法（６／６）：性能の比較

アクセス速度

連続割当て： ○

鎖状割当て： ×

索引付き割当て： △

領域の効率

連続割当て： △？

鎖状割当て： ○

索引付き割当て： △？

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ディレクトリシステム

ファイル情報の管理

２つのディレクトリ

１）装置ディレクトリ：

ファイルの物理的性質に関する情報を格納： ファイルの物理的位置，大きさ，．．．

２）ファイルディレクトリ：

ファイルの論理的情報を格納ファイル名，型，所有者，課金情報，保護情報，．．．

ディレクトリをどのような構造にするか？

ディレクトリへの操作

検索（search）：ファイル名から対応するファイル情報を検索

ファイルの生成：ディレクトリエントリの生成

ファイルの削除：ディレクトリエントリの削除

ディレクトリの表示

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ディレクトリシステム: 単一レベル（single level）ディレクトリ

最も単純な方法

利点

簡単

問題点

数が多くなったらどうするか？

異なるプログラムが同じ名前を持てない． 複数ユーザの場合，発生

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名前 ファイル型 割当て法 位置 大きさ 保護 ・・・

・・・

図３．１２ 単一レベルディレクトリ

ディレクトリシステム: ２レベルディレクトリ

単一レベルの問題点

ユーザ間でのファイル名の混乱

ユーザ空間ごとに異なるディレクトリを持つ．

共通に使うファイルをどこに置くか？

共通ファイル

システムファイル： コンパイラ，アセンブラ，ローダ，．．．

１）各ディレクトリごとにコピーして持つ．

メモリ領域の浪費

２）特別なディレクトリを用意して一括管理（よく採用される方法）

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利用者１ 利用者２ 利用者３ 利用者４

図３．１３ ２レベルディレクトリ構造

cat bo a test X data a a test a data

基本 ファイル ディレクトリ

利用者 ファイル ディレクトリ

ファイル

ディレクトリシステム: 木構造ディレクトリ

２レベルディレクトリの拡張

例：UNIXのファイルシステム

ファイルの指定方法

パス名で指定

パスの指定方法

１）完全（絶対，complete）パス名： ルートからのパス名で指定

２）相対パス名： カレント（現在）ディレクトリからのパス名で指定

24 24 図３．１４ 木構造ディレクトリ

list obj spell last first all

spell bin programs

stat mail dist find count hex reorder p e mail

prog copy prt exp reorder clist find hex count

Root,ルート

以上

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