Übungen zu Systemprogrammierung 1(SP1)
Ü6 – Dateisystem
Christian Eichler, Andreas Ziegler, Jürgen Kleinöder
Lehrstuhl für Informatik 4Verteilte Systeme und Betriebssysteme
Friedrich-Alexander-UniversitätErlangen-Nürnberg
SS 2017 – 03. bis 07. Juli 2017
http://www4.cs.fau.de/Lehre/SS17/V_SP1
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14-05-10
Agenda
7.1 Hinweise zur Evaluation7.2 (Mini-)Klausurvorbereitung7.3 Aufbau eines Dateisystems7.4 Dateisystem-Schnittstelle7.5 Wildcards7.6 Gelerntes anwenden
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14-05-10
Hinweise zur Evaluation
ÜbungsevaluationBei Kommentaren, die sich auf einen bestimmten Übungsleiter beziehen,bitte dessen Namen in jedem Feld voranstellen
→ Kommentarfelder werden in der Auswertung durcheinandergewürfeltBitte Zusatzfragen (u.a. zu den Aufgabenstellungen) beantworten
Vorlesungsevaluation: „Dozent hat Vorlesung zu ... selbst gehalten“Dozenten sind Wolfgang Schröder-Preikschat und Jürgen KleinöderTechnisch bedingt wird in der Evaluation nur WolfgangSchröder-Preikschat als Dozent genanntBitte beide Dozenten bei der Beantwortung der Frage berücksichtigen
c© eic, az, jk SP1 (Ü6 | SS 2017) 7 Dateisystem | 7.1 Hinweise zur Evaluation 7–3
eval1:
2017
-06-28
(Mini-)Klausurvorbereitung
In den letzten beiden Semesterwochen: Klausurvorbereitung in derTafelübung zur Vorbereitung auf
die SP1-Klausur für Mathematiker, Technomathematiker und2-Fach-Bachelordie Miniklausur zu Beginn von SP2 für alle Anderen
Wir erarbeiten die Klausur Februar 2016 gemeinsamKlausur ist auf Übungsseite (SP1 ⇒ Übung ⇒ Folien) verlinktEine Vorbereitung der Klausur im Vorfeld der Tafelübung wird erwartet
Voraussichtlicher Klausurtermin: Dienstag, 01.08.2017
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exam
prep1:
2017
-06-28
Agenda
7.1 Hinweise zur Evaluation7.2 (Mini-)Klausurvorbereitung7.3 Aufbau eines Dateisystems7.4 Dateisystem-Schnittstelle7.5 Wildcards7.6 Gelerntes anwenden
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Dateien und Verzeichnisse (UNIX)
Datenstrukturen im Namensraum9 Dateisystem (file system)
Indexknotentabelle
Text & Daten
Symbol Nummer
Verzeichnis Datei
die Indexknotentabelle (inode table) ist ein statisches Feld (array)von Indexknoten und die zentrale Datenstruktur
ein Indexknoten ist Deskriptor insb. eines Verzeichnisses oder einer Dateidas Verzeichnis (directory) ist eine Abbildungstabelle, es übersetztsymbolisch repräsentierte Namen in Indexknotennummern
eine von der Namensverwaltung des Betriebssystems definierte Dateidie Datei (file) ist eine abgeschlossene Einheit zusammenhängenderDaten beliebiger Repräsentation, Struktur und Bedeutung
9Als Einheit auf demselben Medium (z.B. Ablagespeicher) abgelegt.c©wosch SP (SS 2015, B – VI.3) 2.2Dynamische Namensauflösung –Pfadnamen VI.3/22
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14-05-10
Dateien und Verzeichnisse (UNIX)
Verzeichniseintrag IIein Namenverzeichnis ist eine spezielle Datei der Namensverwaltung
drwxrwxr−−
2 (di_nlink)
Indexknoten
Inhalt
(di_nlink)
So lautet d
ie Antwort
auf alle Fr
agen!Indexknoten
Inhalt
hal42
..
.
11
13
−rw−r−−r−−1
Datei
Verzeichnis
das selbst einen Namen hat, dereinen Indexknoten bezeichnetüber eine Verknüpfung erreichbarist aus einem anderen VerzeichnisNamen getrennt von eventuellenDateiinhalten speichert
Verknüpfungen anlegen/löschen zukönnen, ist eine Berechtigung, diesich nur auf das Verzeichnis derbetreffenden Verknüpfungen bezieht!
Selbstreferenz („dot“, 13) und Elterverzeichnis („dot dot“, 11) gebenwenigstens zwei Verweise auf ein Verzeichnis
auch wenn das Verzeichnis selbst sonst keine weiteren Namen enthält
c©wosch SP (SS 2015, B – VI.3) 2.2Dynamische Namensauflösung –Pfadnamen VI.3/24
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Rechte auf Verzeichniseinträgen
UNIX sieht folgende Zugriffsrechte vor (davor die Darstellung desjeweiligen Rechts bei der Ausgabe des ls-Kommandos)r lesen (getrennt für User, Group und Others einstellbar)w schreiben (analog)x ausführen (bei regulären Dateien) bzw. Durchgriffsrecht (bei
Verzeichnissen)s setuid/setgid-Bit: bei einer ausführbaren Datei mit dem Laden der
Datei in einen Prozess (exec) erhält der Prozess die Benutzer (bzw.Gruppen)-Rechte des Dateieigentümers
s setgid-Bit: bei einem Verzeichnis: neue Dateien im Verzeichnis erbendie Gruppe des Verzeichnisses statt der des anlegenden Benutzers
t bei Verzeichnissen: es dürfen trotz Schreibrecht im Verzeichnis nureigene Dateien gelöscht werden
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Agenda
7.1 Hinweise zur Evaluation7.2 (Mini-)Klausurvorbereitung7.3 Aufbau eines Dateisystems7.4 Dateisystem-Schnittstelle7.5 Wildcards7.6 Gelerntes anwenden
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Dateiinformationen auslesen
stat(2)/lstat(2) liefern Datei-Attribute aus dem Inode
Unterschiedliches Verhalten bei Symlinks:stat(2) folgt Symlinks (rekursiv) und liefert Informationen übers Ziellstat(2) liefert Informationen über den Symlink selber
Funktions-Prototypenint stat(const char *path, struct stat *buf);
int lstat(const char *path, struct stat *buf);
path: Dateinamebuf: Zeiger auf Puffer zum Speichern der Dateiinformationen
Für uns relevante Strukturkomponenten der struct stat:mode_t st_mode: Dateimode, u. a. Zugriffs-Bits und Dateityp
Zur Bestimmung des Dateitypes gibt es u. a. folgende Makros:S_ISREG, S_ISDIR, S_ISLNK
off_t st_size: Dateigröße in Bytes
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14-05-10
Verzeichnisinhalte auslesen
DIR *opendir(const char *dirname);struct dirent *readdir(DIR *dirp);int closedir(DIR *dirp);
Die DIR-Struktur ist ein Iterator und speichert die jeweils aktuellePositionreaddir(3) liefert einen Verzeichniseintrag und setzt denDIR-Iterator auf den Folgeeintrag
Rückgabewert NULL im Fehlerfall oder wenn EOF erreicht wurdebei EOF bleibt errno unverändert, im Fehlerfall wird errno entsprechendgesetzt
closedir(3) gibt die belegten Ressourcen nach Ende derBearbeitung frei
opendir e = readdir e == NULL?
Eintrag e
bearbeitennein
closedirja
c© eic, az, jk SP1 (Ü6 | SS 2017) 7 Dateisystem | 7.4 Dateisystem-Schnittstelle 7–11
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Aufbau der Struktur struct dirent
struct dirent {ino_t d_ino; /* inode number */off_t d_off; /* offset to the next dirent */unsigned short d_reclen; /* length of this record */unsigned char d_type; /* type of file; not supported
by all file system types */char d_name[256]; /* filename */
};
d_reclen: Tatsächliche Länge der Struktur inklusivedes Dateinamens
d_name: Name des Verzeichniseintragesd_type: Eventuell Dateityp
→ Nicht verwenden, da nicht von allenDateisystemen implementiert
c© eic, az, jk SP1 (Ü6 | SS 2017) 7 Dateisystem | 7.4 Dateisystem-Schnittstelle 7–12
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Diskussion der Schnittstelle von readdir(3)
Der Speicher für die zurückgelieferte struct dirent wird von denBibliotheksfunktionen selbst angelegt und beim nächstenreaddir-Aufruf auf dem gleichen DIR-Iterator potentiell wiederverwendet!
werden Daten aus der dirent-Struktur länger benötigt, müssen sie vordem nächsten readdir-Aufruf kopiert werden
Konzeptionell schlechtaufrufende Funktion arbeitet mit Zeiger auf internen Speicher derreaddir-Funktion
In nebenläufigen Programmen nur bedingt einsetzbarman weiß evtl. nicht, wann der nächste readdir-Aufruf stattfindet
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Vergleich: readdir(3) und stat(2)
Die problematische Rückgabe auf funktionsinternen Speicher wie beireaddir(3) gibt es bei stat(2) nicht
Grund: stat(2) ist ein Systemaufruf – Vorgehensweise wie beireaddir(3) wäre gar nicht möglich
Vergleiche Vorlesung B V.2 Seite 19ff.readdir(3) ist komplett auf Ebene 3 implementiert (Teil derStandard-C-Bibliothek/Laufzeitbibliothek)stat(2) ist (nur) ein Systemaufruf(-stumpf), die Funktion selbst istTeil des Betriebssystems (Ebene 2)
der logische Adressraum auf Ebene 3 (Anwendungsprogramm) istnur eine Teilmenge (oder sogar komplett disjunkt) von demlogischen Adressraum auf Ebene 2 (Betriebssystemkern)
Betriebssystemspeicher ist für Anwendung nicht sichtbar/zugreifbarFunktionen der Ebene 2 können keine Zeiger auf ihre internenDatenstrukturen an Ebene 3 zurückgeben
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Agenda
7.1 Hinweise zur Evaluation7.2 (Mini-)Klausurvorbereitung7.3 Aufbau eines Dateisystems7.4 Dateisystem-Schnittstelle7.5 Wildcards7.6 Gelerntes anwenden
c© eic, az, jk SP1 (Ü6 | SS 2017) 7 Dateisystem | 7.5 Wildcards 7–15
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Wildcards
... erlauben Beschreibung von Mustern für Pfadnamen* beliebiger Teilstring (inklusive leerer String)? genau ein beliebiges Zeichen
[a-d] ein Zeichen aus den Zeichen a - d[!a-d] ein Zeichen nicht aus den Zeichen a - dDie Erweiterung betrifft immer nur einzelne PfadkomponentenDateien, die mit einem ’.’ beginnen, müssen explizit getroffen werden
Weitere und ausführliche Beschreibung siehe glob(7)
Werden von der Shell expandiert, wenn im jeweiligen Verzeichnispassende Dateinamen existieren
Quoting notwendig, wenn Muster als Argument übergeben wird
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Fun with Wildcards
test* *test* test?.* t[1x].* t[!12].* .text*.text.c Xattest.doc Xt1.tar Xt2.txttest.c X Xtest2.c X X Xtx.map X X
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Wildcards auswerten
... mit der Funktion fnmatch(3)
int fnmatch(const char *pattern, const char *string, int flags);
Prüft, ob der String string zum Wildcard-Muster pattern passt
Flags (0 oder bitweises Oder von ein oder mehreren der Werte)FNM_PATHNAME: Ein Slash in string wird nur von einem Slash-Zeichen inpattern getroffen, nicht von einem Wildcard-ZeichenFNM_PERIOD: Ein führender Punkt in einer Pfadkomponente muss voneinem korrespondierenden Punkt in pattern getroffen werdenWeitere Flags siehe Man-Page
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Agenda
7.1 Hinweise zur Evaluation7.2 (Mini-)Klausurvorbereitung7.3 Aufbau eines Dateisystems7.4 Dateisystem-Schnittstelle7.5 Wildcards7.6 Gelerntes anwenden
c© eic, az, jk SP1 (Ü6 | SS 2017) 7 Dateisystem | 7.6 Gelerntes anwenden 7–19
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Aktive Mitarbeit!
„Aufgabenstellung“
Ausgabe aller Dateinamen von symbolischen Verknüpfungen imaktuellen Verzeichnis
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