Глава 4. Специфікація файлової системи BTRON та формату тома

4.1 Загальний огляд

У цьому розділі описується фізична та логічна структура файлової системи специфікації BTRON (BTRON File System), правила організації тома диска, заголовки, розміщення файлів та таблиці записів.

Файлова система BTRON розроблена для підтримки мережевої структури реальних та віртуальних об'єктів (Real/Virtual Object System). Вона забезпечує високу надійність зберігання даних, швидку навігацію по записах файлу, а також сумісність із різними типами фізичних носіїв (дискети, жорсткі диски, flash-пам'ять).

Основний блок розміщення даних у файловій системі називається сектором або блоком тома. За замовчуванням розмір фізичного сектора/блока становить 1024 байти (1 КБ). Усі адреси блоків та зсуви у томі обчислюються у кількостях блоків розміром n байт.

4.2 Логічна структура тома файлової системи

4.2.1 Загальна схема тома диска

Том файлової системи BTRON ділиться на системну область тома (System Block) та область даних файлів (File Data Region).

4.2.2 Системний блок тома (System Block & Volume Header)

Системний блок розміщується на початку тома диска і містить глобальний заголовок файлової системи, таблицю ідентифікаторів файлів (FID Table), таблицю назв файлів (File Name Table) та растрову карту вільних блоків (Allocation Bitmap).

Системний заголовок тома (Volume Header) розміщується у перших 128 байтах системного блока і має наведену нижче бінарну структуру:

Опис полів системного заголовка тома:

TRONID:

Системний сигнатурний код операційної системи TRON (16 біт):

Стандартний формат (Big-Endian)	0x42FE
Реверсивний формат (Little-Endian)	0x52FE

FSID (File System ID):

Ідентифікатор типу файлової системи BTRON (16 біт):

Стандартна файлова система BTRON	0x6400
Розширена файлова система BTRON	0x6401

SYS_SIZE:

Повний розмір системного блока тома у секторах/блоках.

SFIDT:

Розмір таблиці ідентифікаторів файлів (FID Table) у блоках:

SFIDT = (NFMAX * 4) / 1024

SFNMT:

Розмір таблиці назв файлів (File Name Table) у блоках:

SFNMT = (NFMAX * 4) / 1024

NBMP:

Розмір растрової карти вільних блоків (Allocation Bitmap) у блоках. Обчислюється залежно від кількості блоків на диску NLB:

NBMP (для 1-бітової карти)	≧ NLB / 8 / 1024
NBMP (для 4-бітової карти)	≧ NLB / 2 / 1024

BLOCK_SIZE:

Розмір одного дискового блока в байтах (за замовчуванням 1024 байти).

NFILES:

Загальна кількість файлів, зареєстрованих у даній файловій системі.

LANG:

Мовний код назви тома (наприклад, 0x0021 для TRON Code / кирилиці).

VOL_STATE:

Стан цілісності тома диска:

0	Нормально змонтований чистий том (Clean)
1	Том потребує перевірки утилітою fsck
2	Критична помилка тома (Corrupted)

VOL_CRETIME:

Час створення тома (секунди з 1 січня 1985 року GMT).

VOL_MODTIME:

Час останньої модифікації тома диска.

VOL_NAME:

Назва тома диска (40 байтів у кодуванні TRON Code).

DEV_NAME:

Назва пристрою / носія (40 байтів у кодуванні TRON Code).

Растрова карта зайнятості блоків (Allocation Bitmap) використовує біти "0" для позначення вільних блоків та "1" для зайнятих блоків тома.

4.2.3 Таблиця ідентифікаторів файлів (FID Table)

Таблиця ідентифікаторів файлів (File ID Table / FID Table) перетворює унікальний ідентифікатор файлу FID (File ID) у фізичну номерну адресу блоку заголовка файлу.

Максимальна кількість файлів у томі позначається константою NFMAX. Кожен запис у FID-таблиці займає 4 байти (32-бітний номер блока). Якщо FID-запис дорівнює 0, цей ідентифікатор файла вважається вільним.

4.2.4 Таблиця назв файлів (File Name Table)

Таблиця назв файлів (File Name Table / Short Name Table) використовується для швидкого пошуку ідентифікатора файла FID за його символьною назвою.

Хеш-значення назви обчислюється по 10 перших 16-бітних словах символьного рядка NAME[10] за допомогою операції XOR:

hash = 0;
for (i = 0; i < 10; i++) {
    hash = hash ^ NAME[i];
}

4.2.5 Кореневий файл каталогу (Root Directory File)

Кореневий каталог тома файлової системи BTRON має зарезервоване значення File ID = 0. Він є початковою точкою ієрархічного дерева реальних та віртуальних об'єктів тома.

4.3 Внутрішня структура файлу та індексація записів

4.3.1 Загальна схема організації файлу

Файл у специфікації BTRON складається з Блока заголовка (Header Block), Блоків даних (Data Blocks) та Індексу записів (Record Index).

Залежно від розміру та кількості записів, файл використовує 0-рівневу (прямий заголовок), 1-рівневу або 2-рівневу непряму індексацію записів.

4.3.2 Блок заголовка файлу (Header Block)

Блок заголовка містить метадані файлу, часові мітки, права доступу, таблицю локації фрагментів дискових блоків та первинну таблицю записів.

4.3.3 Заголовок файлу (File Header Record)

Перші 192 байти блока заголовка займає Заголовок файлу (File Header Record), який містить такі основні поля:

FILE_MAGIC:

Сигнатура файлу BTRON (0x54726f6e — "Tron").

FILE_TYPE / ATTR:

Слово атрибутів типу та режимів доступу до файлу (TTTT xxxx BAPO xRWE):

T (4 біти)	0: Звичайний файл, 1: Файл каталогу / об'єкта
RWE (3 біти)	Права доступу (Read, Write, Execute)
P, O, A, B	Прапорці захисту, стиснення та розширень додатка

APPL_TYPE:

Ідентифікатор типу додатка-власника файлу (Application ID).

FILE_SIZE:

Повний розмір файлу у байтах.

RECORD_COUNT:

Загальна кількість записів у файлі.

INDEX_DEPTH:

Глибина індексації записів (0, 1 або 2).

CRETIME, MODTIME, ACCTIME:

Часові мітки створення, останньої модифікації та останнього доступу до файлу (у секундах GMT з 1985 року).

FILE_NAME:

Символьна назва файлу (40 байтів TRON Code).

4.3.4 Таблиця фрагментів дискових блоків (Fragment Table)

Таблиця фрагментів (Fragment Table) описує послідовність дискових секторів/блоків, з яких складається файл. Якщо файл фрагментований, він описується декількома безперервними дисковими сегментами (початковий блок + кількість блоків).

4.3.5 Індекс записів файлу (Record Index)

Індекс записів (Record Index) перетворює порядковий номер запису файлу у його фізичний зсув та розмір всередині блоків даних.

4.3.6 Непрямий індекс записів (Indirect Index)

Для великих файлів із великою кількістю записів застосовується 1-рівневий або 2-рівневий непрямий індекс (Indirect Record Index), який дозволяє зберігати до 655360 записів у одному файлі.

4.3.7 Приклади індексації та розщеплення записів

4.3.8 Блоки даних файлу та фрагментація записів (Data Blocks)

Блоки даних (Data Blocks) зберігають безпосередній корисний вміст записів файлу. Якщо запис перевищує розмір одного блоку, він простягається через декілька послідовних або фрагментованих блоків даних.

Додаток A. Напів-BTRON специфікація файлової системи (Semi-BTRON File System)

Спрощена специфікація файлової системи Semi-BTRON призначена для вбудованих контролерів та пристроїв із обмеженими ресурсами пам'яті.

Додаток B. Приклади та діаграми структури тома BTRON