4.6.2 I file

In generale, un file contiene delle informazioni (data) ed è caratterizzato da alcune proprietà, come il tipo, la dimensione, i permessi di accesso, ..., ovvero quelli che vengono denominati metadati (metadata). Il filesystem ext2 memorizza i metadati di un file in un’apposita struttura, detta index node, o più comunemente inode, mentre le informazioni contenute nel file sono memorizzate nei blocchi, denominati anche data block.

Ogni inode ha la struttura riportata nella sez. 4.6.1 ed il numero degli inode è fissato alla creazione del filesystem (per default viene creato un inode ogni 4096 byte disponibili nella partizione considerata). Quando tutti gli inode saranno utilizzati (allocati) da altrettanti file, non sarà più possibile creare altri file anche se ci sono data block liberi.

In un inode ext2 vengono memorizzati i metadati di un file, tra cui

• Tipo indica il tipo di file (regular file, directory, symbolic link, ...).¹²
• UID proprietario identifica l’utente propriertario del file (è il suo UID¹³);
• GID proprietario identifica il gruppo propriertario del file (è il suo GID¹⁴);
• Permessi (mode) sono i permessi di accesso al file (v. sez. 4.6.5);
• Dimensione indica la lunghezza del file in byte.
• Numero dei data block indica il numero dei data block utilizzati per memorizzare il file.
• data/ora dell’ultima modifica (mtime) è il riferimento al momento nel quale il contenuto del file ha subito l’ultima modifica (quella più recente);
• data/ora dell’ultimo cambiamento dei metadati (ctime) è il riferimento al momento nel quale l’inode relativo al file in questione ha subito l’ultima modifica (anche se il suo contenuto non è stato modificato);
• data/ora dell’ultimo accesso (atime) è il riferimento al momento nel quale il file è stato acceduto l’ultima volta;
• data/ora di cancellazione (dtime) è il riferimento al momento nel quale il file è stato cancellato (tale campo, se diverso da 0, indica che l’inode è stato cancellato ed il filesystem può riutilizzare lo spazio del disco da esso occupato per memorizzarci un altro inode);
• Numero degli hard link indica il numero degli hard link associati al file (v. sez. 4.6.3);
• Riferimenti ai data block sono i riferimenti ai blocchi nei quali sono memorizzate le informazioni contenute nel file (v. fig. 4.6). In particolare per ogni inode possono essere memorizzati fino a 12 riferimenti a blocchi contenenti dati (direct block), un riferimento ad un blocco che a sua volta contiene un elenco di direct block (indirect block), un riferimento ad un blocco che a sua volta contiene un elenco di indirect block (double indirect block) ed un riferimento ad un blocco che a sua volta contiene un elenco di double indirect block (triple indirect block).

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  Figura 4.6: Gli inode ed i riferimenti diretti ed indiretti ai blocchi di dati.

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  Ogni riferimento ai blocchi (direct o indirect) è relativo ad un blocco del filesystem, che nel caso di indirect block contiene i riferimenti (ognuno di 4 byte) ad altri blocchi.

  Supponendo di avere blocchi di dimensione B un file potrà contenere al massimo 12 + B 4 + (B 4 )² + (B 4 )³ blocchi. Considerando la dimensione dei blocchi di 1024 byte, la dimensione massima di un file permessa da ext2 è 17247252480 byte (poco più di 16 GiB) (16843020 blocchi), mentre con blocchi da 4096 byte si ha una dimensione massima dei file di 4402345721856 byte (circa 4 TiB) (1074791436 blocchi).

  Nel caso in cui, all’interno di un inode, il riferimento ad un blocco di dati sia nullo (cioè contenga il valore 0), esso indica che non si riferisce a nessun blocco (la numerazione dei blocchi e quella degli inode inizia da 1). Questo è il meccanismo di gestione che ext2 attua nel caso di sparse file¹⁵.

In un inode del filesystem ext2 sono memorizzati particolari flag (o attributi) che specificano appositi comportamenti di cui il sistema deve tenere di conto per tale inode (ognuno di essi è memorizzato in un bit del campo i_flags). Tali flag sono descritti di seguito

• Secure Deletion indica al sistema di azzerare i relativi data block quando l’inode viene cancellato;
• Undeletable indica al sistema di preservare i data block relativi quando l’inode viene cancellato, per poter permettere un successivo ripristino (non è nel kernel standard);
• Compress indica al sistema di gestire automaticamente la compressione e decompressionere del file relativo ad ogni accesso allo stesso: la compressione del file subito dopo il suo aggiornamento e la decompressione del file subito prima di una lettura (non è nel kernel standard);
• Synchronous update indica al sistema di effettuare operazioni di I/O sincrone su tale inode (non deve essere utilizzato nessun meccanismo di caching);
• No atime update indica al sistema di non aggiornare il campo i_atime dell’inode;
• Append only indica al sistema di permettere soltanto l’accodamento (appending) di informazioni per tale inode (nel caso di directory non permette la cancellazione dei file in essa contenuti);
• Immutable indica al sistema di non permettere nessuna modifica ai dati e metadati relativi all’inode (i symbolic link a tale inode possono comunque essere creati);
• No dump indica al comando dump di non considerare l’inode;
• No tail-merging indica al sistema che il relativo file non deve avere un fragment nell’ultimo blocco in comune con un altro file (per i filesystem che supportano il tail-merging);
• Journaling (ext3)¹⁶ indica al sistema di aggiornare il journal prima di effettuare una variazione sull’inode (ha senso soltanto se il filesystem è montato con le opzioni data=ordered o data=writeback);

Tali flag possono essere gestiti per mezzo dei comandi lsattr (list attributes - man page lsattr(1)) e chattr (change attributes - man page chattr(1)).

In particolare, i flag Append only e Immutable possono rivelarsi utili come difesa contro eventuali malintenzionati che possono intrufolarsi nel sistema.

Generalmente un filesystem memorizza il contenuto di un file in un numero intero di blocchi, quindi se un file contiene una quantità di informazioni che non è un multiplo della dimensione di un blocco, parte dello spazio dell’ultimo blocco del file risulta inutilizzato, quindi mediamente si ha lo spreco della metà della dimensione di un blocco per ogni file (ad esempio, per memorizzare un file di 1025 byte in un filesystem in cui la dimensione dei blocchi è 1024 byte, vengono utilizzati 2 blocchi, ovvero 2048 byte, di cui gli ultimi 1023 sono inutilizzati). Per ovviare a tale inconveniente (frammentazione interna), è previsto l’utilizzo di porzioni di blocchi (i fragment), ma questa caratteristica non è attualmente utilizzata.

Il filesystem ext2 riserva alcuni inode per memorizzare informazioni particolari, ad esempio

• • l’inode 1 contiene l’elenco dei blocchi danneggiati;
• • l’inode 2 contiene la root directory del filesystem;
• • gli inode 3 e 4 contengono informazioni relative all’ACL¹⁷;
• • l’inode 5 contiene informazioni relative al boot loader;
• • l’inode 6 contiene informazioni relative ai file ripristinati;
• • l’inode 7 contiene informazioni relative ai group descriptor;