Файлові системи

Основним компонентом будь-якої розподіленої системи є файлова система, елементами якої є текстові файли, бінарні дані, виконувані програми тощо. Особливе місце у файловій системі належить каталогам.

Каталог — це файл з іменами файлів, які містяться у ньому, а також з покажчиками додаткової інформації — метаданих, що дають змогу операційній системі виконувати операції над цими файлами. За допомогою каталогів формується логічне дерево файлової системи. Каталоги визначають положення файлу в дереві файлової системи, оскільки сам файл не містить інформації про своє місцезнаходження. Будь-яка задача, що має право на читання каталогу, може прочитати його вміст, але тільки ядро має право на запис у каталог. Насправді, каталог — це таблиця, кожний запис якої відповідає певному файлу. Перше поле кожного запису містить покажчик на метадані, а друге — визначає ім’я файлу.

Як і у централізованих системах, у розподіленій системі функцією файлової системи є збереження програм, даних і надання доступу до них. Файлова система підтримується одним або кількома комп’ютерами, що називаються файл-серверами. Файл-сервери перехоплюють запити на читання або запис файлів, що надходять від клієнтів. Кожен надісланий запит перевіряється і виконується, а відповідь відсилається назад. Файл-сервери містять ієрархічні файлові системи, кожна з яких має кореневий каталог і каталоги нижчих рівнів. Робоча станція може приєднувати і монтувати ці файлові системи до своїх локальних файлових систем. При цьому монтовані файлові системи залишаються на серверах.

Важливо розуміти різницю між файловим сервісом і файловим сервером. Файловий сервіс — це опис функцій, які файлова система пропонує своїм користувачам. До цього набору входять наявні примітиви, їхні параметри і функції, що виконуються. З точки зору користувачів файловий сервіс визначає те, з чим користувачі можуть працювати, але нічого не говорить про те, як усе це реалізовано. По суті, файловий сервіс визначає інтерфейс файлової системи з клієнтами.

Файловий сервер — це процес, що виконується на окремій машині і допомагає реалізовувати файловий сервіс. У системі може бути один файловий сервер або кілька, але у добре організованій розподіленій системі користувачі не знають, як реалізована файлова система. Зокрема, їм не відома кількість файлових серверів, їхнє місцеположення і функції. Вони тільки знають, що якщо процедура визначена у файловому сервісі, то необхідна робота певним чином виконується, і їм повертаються одержані результати. Оскільки файловий сервер — це просто процес користувача (або іноді процес ядра), що виконується на деякій машині, то у системі може бути кілька файлових серверів, кожен з яких пропонує різний файловий сервіс. Наприклад, у розподіленій системі може бути два сервера, що забезпечують файлові сервіси систем UNIX і MS-DOS, і будь-який процес користувача обслуговуватиметься потрібним сервісом.

Файловий сервіс у розподілених файлових системах (утім, як і у централізованих) має дві функціонально різні частини: власне файловий сервіс і сервіс каталогів. Перший має справу з операціями над окремими файлами, такими як читання, запис або добавлення, а другий — зі створенням каталогів і керуванням ними, добавленням і вилученням файлів із каталогів тощо.

Велика комп’ютерна мережа потребує централізованого збереження якомога повної довідкової інформації про себе, починаючи з даних про користувачів, сервери, робочі станції і закінчуючи даними про кабельну систему. Доцільно організувати таку інформацію у вигляді бази даних, ведення якої доручити мережевій операційній системі. Дані з цієї бази можуть запитуватися багатьма мережевими системними програмами, насамперед, системами керування й адміністрування. Хоча корисних застосувань єдиної довідкової служби багато, вона потрібна передусім для ефективного розв’язання задачі адміністрування, тобто ведення облікової інформації на користувачів мережі та визначення прав доступу цих користувачів до розподілених ресурсів мережі.

В ідеалі мережева довідкова інформація має реалізовуватися як єдина база даних, а не у вигляді набору спеціалізованих баз даних, як це часто буває у реальних операційних системах. Єдина база даних, яка зберігає довідкову інформацію, надає таке саме різноманіття можливостей і породжує таку саму кількість проблем, як і будь-яка велика база даних. Вона дає можливість здійснювати різні операції пошуку, сортування, модифікації тощо. Це істотно полегшує життя як адміністраторам, так і користувачам. Проте за зручності доводиться розплачуватися необхідністю вирішення проблем розподіленості, реплікації і синхронізації, що виникають при побудові великомасштабної бази даних для великої мережі.

Реалізація довідкової служби для централізованої бази даних, що зберігається тільки у вигляді однієї копії на одному із серверів мережі, не є придатною для великої системи з кількох причин, насамперед, через низькі продуктивність і надійність такої структури. Продуктивність є низькою через те, що запити на логічний вхід усіх користувачів надходять до єдиного серверу, який у разі великої кількості користувачів не зможе їх опрацювати, тобто таке рішення невдало масштабується відносно до кількості користувачів і розподілених ресурсів. Надійність також не може бути високою у системі з єдиною копією даних. Структура бази даних дає змогу робити логічне групування ресурсів і користувачів за структурними підрозділами підприємства та призначати для кожної такої групи свого адміністратора.

Зі збільшенням масштабу мережі проблеми збереження продуктивності та надійності певною мірою вирішуються шляхом використання розподілених баз даних довідкової інформації. Розподіл даних між кількома серверами знижує навантаження на кожний сервер, а надійність при цьому досягається завдяки наявності кількох копій кожної частини бази даних. Для кожної частини бази даних можна призначити свого адміністратора, який має право доступу тільки до об’єктів своєї частини інформації про систему. Для користувача, як і для мережевих прикладних програм, така розподілена база даних — єдина, що забезпечує доступ до всіх ресурсів мережі незалежно від того, з якої робочої станції користувач здійснив вхід до мережі.